Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,831

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ШЛАМОВЫХ АМБАРОВ ПОСАДКОЙ ЧЕРЕНКОВ ИВЫ В УСЛОВИЯХ ПОДЗОНЫ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ

Морозов А.Е. 1 Белов Л.А. 1 Залесов С.В. 1 Осипенко Р.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет»
Предпринята попытка определения лесоводственной эффективности рекультивации шламовых амбаров на нефтяных месторождениях подзоны северной тайги Ханты-Мансийского автономного округа – Югры. В процессе исследований производилось определение приживаемости черенков ивы и накопления подроста основных пород лесообразователей на пробных площадях (ПП) с закладкой учетных площадок на внутренних и наружных откосах и на обваловке отвала. Биологический этап рекультивации предусматривал посадку черенков ивы (Salix L.) в обваловку шламового амбара и рогоза широколистного (Typha latifolia L.) непосредственно в шламовый амбар без предварительной засыпки песком последнего. Отличие предлагаемой технологии рекультивации шламовых амбаров заключается в отсутствии необходимости размещения содержимого амбаров на специальных полигонах, а также засыпки их песком. Создание полигонов для хранения отходов и карьеров для добычи песка вызывает необходимость дополнительного изъятия земель из лесного фонда с последующей рекультивацией нарушенных земель после завершения работ по добыче песка, в частности. Экспериментально установлены количественные показатели приживаемости и сохранности черенков ивы, а также появившегося под ее защитой подроста основных пород лесообразователей. Среди них сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), сосна сибирская (Pinus sibirica Du Tour.), береза повислая (Betula pendula Roth.) и пушистая (Betula pubescens Ehrh.), тополь дрожащий (осина) (Populus tremula L.). Предложены рекомендации по рекультивации шламовых амбаров, обеспечивающие при условии их реализации естественное зарастание при минимальных затратах на лесовосстановление. Отмечается, что предлагаемый способ рекультивации максимально использует потенциальные возможности естественного лесовозобновления на нарушенных землях и позволяет сформировать на обваловке отвалов полноценные лесные насаждения.
нефтегазодобыча
нарушенные земли
шламовые амбары
рекультивация
черенки ивы
сохранность
подрост
1. Залесов С.В., Кряжевских Н.А., Крупинин Н.Я., Крючков К.В., Лопатин К.И., Луганский В.Н., Луганский Н.А., Морозов А.Е., Ставишенко И.В., Юсупов И.А. Деградация и демутация лесных экосистем в условиях нефтегазодобычи. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2002. Вып. 1. 436 с.
2. Ли Н.А., Попов А.С., Касимова Ю.Р. Оценка успешности рекультивации лесных земель, нарушенных в результате размещения на них точечных и линейных объектов добычи и транспортировки нефти, в условиях ХМАО-Югры // Леса России и хозяйство в них. 2017. № 4 (63). С. 22–29.
3. Половникова А.В. Рекультивация и мелиорация нарушенных земель. Пермь: Изд-во Пермской гос. с.-х. академии. 2016. 51 с.
4. Adams M.B. The Forestry Reclamation Approach: guide to successful reforestation of mined lands // Gen. Tech. Rep. NR3-169. Newtown square, PA: US Department of Agriculture, Forest Service, Northern Research Station. 2017. V. 169. 128 p.
5. Иванова Н.С., Шикилова Е.В. Рекультивация и землевание как эффективное восстановление горнопромышленных ландшафтов // Научные основы и практика переработки руд и технологического сырья. 2018. С. 461–464.
6. Белюченко И.С. Методы рекультивации нарушенных земель // Экологический вестник Северного Кавказа. 2019. Т. 15. № 1. С. 4–13.
7. Нуреева Т.В., Куклина Н.А. Повышение эффективности лесной рекультивации карьеров по добыче песка в Республике Марий Эл. Йошкара-Ола: ПГТУ, 2015. 140 с.
8. Бачурина А.В., Залесов С.В., Толкач О.В. Эффективность лесной рекультивации нарушенных земель в зоне влияния медеплавильного производства // Экология и промышленность России. 2020. № 24 (6). С. 67–71. DOI: 10.18412/1816-0395-2020-6-67-71.
9. Zalesov S.V., Ayan S., Zalesova E.S., Opletaev A.S. Experiences on Establishment of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Plantation in Ash Dump sites of Reftinskaya Power Plant, Russia. Alinteri Journal of Agriculture Sciences. 2020. V. 35(1). xx – xx. DOI: 10 / 28955 / alinterizbd. 696559.
10. Залесов С.В., Залесова Е.С., Зарипов Ю.В., Оплетаев А.С., Толкач О.В. Рекультивация нарушенных земель на месторождении тантал-бериллия // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 12. С. 63–67.
11. Мартынюк А.А., Кураев В.Н. использование органических отходов в лесном хозяйстве. Пушкино: ВНИИЛМ, 2012. 126 с.
12. Иванова Н.А. Биологическая рекультивация песчаных карьеров Марийского Заволжья созданием лесных культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.): автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Йошкар-Ола, 2020. 21 с.
13. Белов А.Н. Восстановление растительности на отвалах буроугольных месторождений Южного Приморья, разрабатываемых открытым способом // Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та ИПЦ УрФУ, 2012. С. 22–26.
14. Камачкова И.В. Самовосстановление почвенно-растительного покрова в техногенных ландшафтах юга Приморья // Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та ИПЦ УрФУ, 2012. С. 131–136.
15. ОСТ 56-69-83 Пробные площади лесоустроительные. Методы закладки. М.: Изд-во ЦБНТИ лесхоз, 1984. 60 с.
16. Зарубина Л.В., Коновалов В.Н. Эколого-биологические особенности ели в северотаежных фитоценозах (состояние, антропогенное влияние). Архангельск: САФУ, 2015. 186 с.
17. Fomin V.V., Zalesov S.V., Popov A.S., Mikhailovich A.P. Historical avenues of research in Russian forest typology: ecological, phytocoenotic, genetic, and dynamic classifications. Canadian Journal of Forest Research, e – First Article. 2017. P. 1–12. DOI: 10.1139/cjfr–2017–0011.
18. Anikeev D.R., Lugannskii N.A., Zalesov S.V., Yusupov I.A., Lopatin K.I. Effect of emissions from petroleum Gas Flares on the reproductive state of Pine stands in the Northern Taiga subzone. Russian Journal of Ecology. 2006. V. 37. No 2. P. 109–113.
19. Stavishenko I.V., Zalesov S.V., Luganskii N.A., Kryazhevskikh N.A., Morozov A.E. Communities of Wood – Attacking Fungi in the Region of ail and Gas Production. Russuan Journal of Ecology. 2002. V. 33. No 3. P. 161–169.
20. About the reclamation and conservation of land: Approved. Decree of the Government of the Russian Federation No. 800 dated July 10, 2018 (in Russian).
21. Руководство по лесной рекультивации шламовых амбаров на землях лесного фонда Ханты-Мансийского автономного округа. М., 1999. 30 с.
22. Седых В.Н., Малышкина Л.А., Даниленко Л.А. Методическое руководство по рекультивации шламовых амбаров без засыпки на территории лесного фонда Российской Федерации в среднетаежной подзоне Западной Сибири. М.:ФАЛХ, 2005. 38 с.

Добыча углеводородов неразрывно связана с изъятием земель из лесного фонда [1; 2]. Изъятие земель необходимо с целью создания инфраструктуры нефтегазового комплекса, в том числе кустовых оснований, на которых размещают буровое оборудование, а затем установки, качающие нефть из скважин. Изымаемые земли после завершения их использования подлежат рекультивации, то есть возвращению в исходное состояние. Из общего перечня направлений рекультивации в условия подзоны северной тайги наиболее перспективным является лесохозяйственное, при котором на рекультивированных землях создаются искусственные или естественные насаждения.

Опыт проведения рекультивации нарушенных земель показал [3–5], что это мероприятие достаточно трудоемкое и дорогостоящее. Объем трудозатрат зависит от вида нарушенных земель и природно-географических условий региона [6; 7]. Так, нарушенные земли на горных склонах вблизи медеплавильного производства требуют создания террас и посадки древесной растительности [8]. При рекультивации золоотвалов и отвалов отходов обогащения бедных руд чаще всего необходимо землевание, то есть размещение на поверхности слоя почвогрунта [9; 10] или удобрений, в том числе нетрадиционных [11; 12].

В то же время при планировании и проведении рекультивационных работ в целях минимизации трудовых и финансовых затрат необходимо максимально использовать естественное лесовозобновление [13; 14].

При разведке и добыче нефти важнейшим объектом рекультивации являются шламовые амбары. Несмотря на то что возможности их рекультивации изучаются уже на протяжении нескольких десятилетий, однозначного решения в выборе оптимального способа рекультивации не найдено.

Целью исследований является изучение лесоводственной эффективности рекультивации шламовых амбаров посадкой черенков ивы и корневищ рогоза.

Материалы и методы исследования

В основу исследований положены материалы 9 пробных площадей (ПП), заложенных на шламовых амбарах ПАО «Сургутнефтегаз». Каждый из обследованных объектов прошел 2 этапа рекультивации. Технический, заключающийся в выравнивании наружного и внутреннего откосов, и биологический, включающий оторфовку на ряде шламовых амбаров, и без таковой, с последующей посадкой черенков ивы местных видов.

Ширина обваловки в верхней ее части 5–6 м, в нижней 10–12 м при высоте от 0,5 до 1,5 м. На откосах обваловки шламовых амбаров было посажено по 2 ряда ивы с наружной и внутренней сторон, а в амбаре – корневища рогоза.

На каждой из 9 ПП было равномерно по площади заложено 20–30 учетных площадок размером 2×2 м для определения количественных и качественных показателей подроста согласно апробированным методическим рекомендациям [15; 16]. Дополнительно учитывалась приживаемость (сохранность) высаженных черенков ивы и отмечалось развитие живого напочвенного покрова. Поскольку рекультивируемые шламовые амбары являются по своей сути новыми землями, механический состав почвогрунта, формирование подроста, подлеска и живого напочвенного покрова позволяет проследить формирование типа леса [17]. Последнее особенно важно, если учесть, что объекты нефтегазодобычи оказывают влияние на все компоненты прилегающих насаждений, включая репродуктивную систему деревьев [18] и даже сообщества дереворазрушающих грибов [19].

Результаты исследований и их обсуждение

Шламовые амбары представляют собой котлованы, которые создаются для сброса отходов при бурении скважин по традиционной технологии. Объем каждого шламового амбара, в зависимости от количества скважин и глубины бурения, варьируется от 1000 до 5000 м3. Складируемые в шламовых амбарах отходы представляют собой многокомпонентную смесь с доминированием бурового раствора и бурового шлама.

В целом в отходах, сбрасываемых в амбары, содержится 45,1 % воды, 51,4 % твердой фазы и 3,5 % органики.

В составе отходов возможно наличие нефти, поступающей при бурении пласта – коллектора. При этом токсичность отходов зависит от применяемых реагентов, их взаимодействия между собой. Во избежание распространения токсичных элементов отходов в окружающую среду вокруг шламовых амбаров выполняется обваловка.

В соответствии с действующими нормативно-правовыми документами, после завершения работ производится рекультивация шламовых амбаров [20; 21] путем вывоза накопленных отходов на полигон и засыпки амбаров песком. При этом чаще всего вывоз отходов не производится, а шламовые амбары засыпаются песком. В результате вредные химические элементы консервируются в почве и постепенно распространяются с грунтовыми водами. Кроме того, для засыпки шламовых амбаров требуется создание новых карьеров для добычи песка, которые также требуют рекультивации.

В.Н. Седых с соавторами [22] предложили рекультивацию шламовых амбаров без засыпки их грунтом. В основу рекультивации положен факт разложения нефтепродуктов и других отходов, содержащихся в шламовых амбарах при взаимодействии с кислородом воздуха. Для ускорения процесса биохимического разложения предлагалось высаживать в амбар корневища рогоза, а в обваловку амбара – черенки ивы местного происхождения. Нами проанализирована лесоводственная рекультивация шламовых амбаров, выполненная по указанной технологии.

Сохранность высаженных черенков ивы на наружном и внутреннем откосах обваловки спустя 1–5 лет после посадки приведена в табл. 1.

Таблица 1

Сохранность черенков ивы на обваловке шламовых амбаров

п/п

Давность

посадки,

лет

Сохранность черенков ивы, %

Примечание

внутренний

откос

наружный

откос

1

1

2

Шаг посадки 0,9 м, между рядами 1,3 м

1

45

88

Шаг посадки 1,0 м, между рядами 1,2 м

3

24

48

Шаг посадки 1,2 м, между рядами 2,0 м

4

43

74

Шаг посадки 1,3-1,4 м, между рядами 0,5–0,6 м

4

48

52

Шаг посадки 1,0 м, между рядами 1,2 м

10С

4

39

52

Шаг посадки 1,4 м, между рядами 1,6 м

12С

4

94

42

Шаг посадки 1,6 м, между рядами 0,9 м

6

8

11

Шаг посадки 1,3-1,4 м, один ряд

6

5

11

Шаг посадки 1,3-1,4 м, один ряд

Материалы табл. 1 свидетельствуют об отсутствии четкой зависимости между сохранностью черенков ивы и давностью ее посадки. Так, в частности, приживаемость ивы спустя один год после посадки на ПП–5С не превышает 2 %. Другими словами, практически все черенки не прижились (не укоренились), что, на наш взгляд, объясняется недостаточным перемешиванием торфосмеси. На откосах обваловки практически один торф. В то же время на ПП–7, где торф перемешан с песком, приживаемость черенков на наружном откосе составила 88 %, а на внутреннем 45 %.

Более низкие показатели сохранности черенков ивы на внутренних откосах по сравнению с наружными объясняются наличием в амбарах вредных для ивы химических элементов. В то же время если отходы, размещенные в шламовом отвале, не токсичны (ПП–12С), то сохранность высаженных на внутреннем откосе черенков ивы даже выше, чем на наружной стороне. Указанное свидетельствует о необходимости проверки амбаров на предмет токсичности содержащихся в них отходов перед проведением лесной рекультивации.

Посадка черенков ивы обусловила закрепление песка, предотвращение ветровой и водной эрозии откосов обваловки шламового амбара. Последнему во многом способствовало также внесение торфа. В результате на обваловке начал формироваться подрост основных пород лесообразователей (табл. 2).

Таблица 2

Видовой состав, встречаемость и количество жизнеспособного подроста на обваловке шламовых амбаров

п/п

Порода

Количество всходов, шт./га

Количество и встречаемость подроста

мелкого

среднего

крупного

густота, шт./га

встречаемость, %

густота, шт./га

встречаемость, %

густота, шт./га

встречаемость, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Ос

1833

90

1792

85

 

Б

42

5

125

15

К

267

400

20

Ос

233

15

300

20

167

10

Б

67

5

Окончание табл. 2

п/п

Порода

Количество всходов, шт./га

Количество и встречаемость подроста

мелкого

среднего

крупного

густота, шт./га

встречаемость, %

густота, шт./га

встречаемость, %

густота, шт./га

встречаемость, %

С

960

25

К

40

10

 

Ос

240

10

                 

С

387

25

К

357

20

Ос

298

20

287

40

30

10

Б

30

5

208

20

60

15

10С

С

3250

8750

100

2500

60

60

15

Б

250

10

Ос

250

10

250

10

12С

С

313

60

438

70

К

219

2938

90

Ос

469

25

219

20

31

10

Б

156

10

438

55

656

90

С

2833

85

2667

75

Ос

167

15

167

15

К

833

С

560

80

520

75

 

К

40

5

 

Ос

840

90

720

85

80

15

 

Б

360

65

Согласно материалам табл. 2, спустя год после посадки черенков ивы на ПП–5С всходы и подрост древесных пород отсутствуют, а на ПП–7С имеет место лишь мелкий и средний подрост мягколиственных пород. По мере увеличения давности проведения посадки черенков ивы в подросте на откосах обваловок шламовых амбаров формируется подрост сосны (Pinus sulvestris L.) и кедра (P. sibirica Du Taur.). Так, в частности, встречаемость подроста сосны спустя 6 лет после посадки черенков ивы составляет 80–85 % для мелкого и 75 % для среднего подроста. При этом густота жизнеспособного подроста сосны варьируется от 1,1 до 5,5 тыс. шт./га.

Более объективную картину о формировании древесной растительности на откосах шламового амбара позволяют получить данные о количестве подроста в пересчете на крупный (табл. 3).

Таблица 3

Густота и состав подроста на обваловке шламовых амбаров в пересчете на крупный

п/п

Давность посадки ивы, лет

Состав подроста

Порода

Густота подроста в пересчете на крупный, шт./га

Встречаемость, %

1

10Ос + Б

Ос

2350

90

   

Б

121

15

   

Итого

2471

 

3

7Ос3К + Б

К

200

20

   

Ос

523

30

   

Б

30

5

   

Итого

757

4

8С2Ос + К

С

480

25

   

К

20

10

   

Ос

120

10

   

Итого

620

4

4Ос2С2К2Б

С

193

25

   

К

179

20

   

Ос

488

30

   

Б

241

15

   

Итого

1101

10С

4

9С1ОседБ

С

6375

100

   

Б

125

10

   

Ос

325

10

   

Итого

6825

12С

4

4К3Б2С1Ос

С

506

75

   

К

1469

100

   

Ос

441

85

   

Б

1084

90

   

Итого

3500

6

9С1Ос

С

3550

85

   

Ос

250

15

   

Итого

3800

6

5Ос3С2БедК

С

696

80

   

К

20

5

   

Ос

996

85

   

Б

368

70

   

Итого

2080

Материалы табл. 3 свидетельствуют, что спустя 4 года после посадки черенков ивы на обваловке шламовых амбаров густота подроста в пересчете на крупный варьируется от 0,6 до 6,8 тыс. шт./га. При этом в составе подроста доля сосны обыкновенной и сосны сибирской составляет в совокупности от 4 до 9 единиц формулы состава.

Особо следует отметить, что встречаемость подроста сосны обыкновенной спустя 6 лет после посадки черенков ивы составляет 80–85 %.

Учитывая положительную роль посадки черенков ивы в склоны шламовых амбаров, можно предложить следующую технологию биологического этапа рекуль- тивации.

После консервации или пуска в эксплуатацию пробуренной скважины берется образец содержимого шламового амбара и определяется соответствие его предельно допустимым концентрациям (ПДК). Если содержимое амбара относится к IV классу опасности, то проводится биологический этап рекультивации посадкой черенков ивы и корневищ рогоза.

Если же токсичность содержимого отвала выше допустимых показателей для IV класса опасности, то производится изъятие отходов из амбара и их переработка на специализированной установке типа УТ–1С.

Указанная установка предназначена для термообезвреживания любых типов почв и грунтов. Конечным продуктом обезвреживания содержимого шламовых амбаров на установке УТ–1С является грунт, пригодный для использования в хозяйственных целях (отсыпка дорог, кустовых оснований и т.д.).

Изъятие нефтешламов из амбаров производится до доведения токсичности остатка ниже предельно допустимых уровней, что дает основания для проведения биологического этапа рекультивации. При этом откосы амбара покрываются торфо-песчаной смесью толщиной 10 см, высаживаются черенки ивы и корневища рогоза.

Использование передвижной установки УТ–1С исключает необходимость вывоза отходов на специальные полигоны, а отказ от засыпки шламовых амбаров песком исключает необходимость разработки новых сухоройных или гидронамывных песчаных карьеров.

Выводы

1. Шламовые амбары после завершения работ по бурению нуждаются в рекульти- вации.

2. Технология засыпки шламовых амбаров грунтом не решает задачу рекультивации и приводит к значительным неоправданным затратам, связанным с разработкой новых карьеров, их рекультивацией, а также с транспортировкой песка или торфа.

3. Изъятие содержимого всех шламовых амбаров, без учета уровня токсичности содержимого, приводит к необходимости создания полигонов для их хранения и затратам на транспортировку отходов.

4. Предлагаемый вариант рекультивации шламовых амбаров минимизирует затраты при решении экологических проблем рекультивации. Отпадает необходимость в создании специальных полигонов для хранения отходов и карьеров для засыпки амбаров.

5. Посадка черенков ивы и оторфовка откосов обваловки шламовых амбаров создают условия для естественного формирования смешанных молодняков с доминированием в составе сосны обыкновенной.

Работа выполнена в рамках тем FEUG – 2020 – 0013 «Экологические аспекты рационального природопользования».


Библиографическая ссылка

Морозов А.Е., Белов Л.А., Залесов С.В., Осипенко Р.А. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ШЛАМОВЫХ АМБАРОВ ПОСАДКОЙ ЧЕРЕНКОВ ИВЫ В УСЛОВИЯХ ПОДЗОНЫ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ // Успехи современного естествознания. – 2021. – № 2. – С. 19-25;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37569 (дата обращения: 01.02.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685