Млекопитающие в системе экологического мониторинга (на примере Тюменской области)

Наибольшее количество работ посвящено влиянию нефтяного загрязнения на морских млекопитающих (Pearce, 1970; Siniff and all, 1982; Engelhardt, 1983,1987 и др.). Однако по данным А.М. Рябчикова (1974), лишь около 6.5 % потерь нефти приходится на моря, тогда как около половины нефти теряется на суше. Есть работы, указывающие на влияние нефтедобывающей промышленности на крупных млекопитающих (Flickinger, 1981; Tietje, Ruff, 1983 и др.), но и здесь необходимо отметить, что на таких животных как медведи, олени и другие им подобные в первую очередь оказывает влияние не столько нефтяное загрязнение местности, сколько другие антропогенные факторы, сопутствующие нефтедобыче (в частности, присутствие человека, его жилья, и т.д.). По данным управления охотничье-промыслового хозяйства за период с 1975 по 1991 г. численность промысловых животных в Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО) снизилась: северного оленя на 42 %, соболя на 10 %, выдры на 30 %, куницы на 50 %, ондатры на 60 %, водоплавающей дичи - на 85 %, боровой дичи - на 10 %. Однако, иногда антропогенные факторы оказываются благоприятными для ряда видов млекопитающих.

Так, например, численность лося имеет тенденцию к снижению на месторождении в период образования снежного покрова, когда лоси выбирают наиболее труднодоступные для снегоходной техники места. В летний период отмечена тенденция тяготения лосей к разливам нефти, обусловленная репеллентным действием нефти на гнус, большей продуваемостью таких мест в связи с изреживанием древесной и кустарниковой растительности. Кроме того, уже отмеченное повышение удельного веса мелкой лиственной поросли, мелкоконтурности лесов и протяженности опушек создают дополнительные кормовые ресурсы для лося (Смирнов, Серяков, 1992) особенно на месторождениях нефти с сильно развитым строительством не столько площадных, сколько линейных объектов и на межпромысловых объектах (трубопроводах, ЛЭП). Как показывают исследования, наиболее ценными местообитаниями для лосей являются смешанные темнохвойные леса в поймах и на плакорах (Ельский, 1990), вырубки и гари (Соломонов, 1990), а на техногенных территориях - лиственные молодняки, где отмечены 11-кратные колебания численности (Плешак, Корепанов, 1990). В целом же, учитывая низкую степень фактора беспокойства в отношении лося даже в густонаселенных и урбанизированных районах Европы, можно предположить, что отрицательное влияние нефтедобычи на лося (в том числе и на ход его сезонных миграций) часто сильно преувеличивается, хотя в целом, по данным управления охотничье-промыслового хозяйства, за период с 1975 по 1991 г. численность лося в ХМАО снизилась на 13 %.

Эти же антропогенные факторы, связанные с нефтедобычей: смена спелых коренных насаждений кедра, ели и сосны на лиственные молодняки под воз-действием рубок под промышленные объекты, пожаров и т.д.), оказываются благоприятными для зайца-беляка, кормовая база которого существенно улучшается, компенсируя вредные воздействия других антропогенных факторов, - обилие его практически не отличается от фоновой или даже возрастает до 15-20 экз./1000 га.

В целом по ХМАО общая продуктивность охотничьих угодий на начало 80-х годов снизилась примерно на 20 % по сравнению с концом 50-х, при этом в Нижневартовском районе - в 3.5 раза, Кондинском - в 2.2 раза, Березовском - в 1.8 раза. Этот градиент совпадает с таковым массированности действия нефтедобывающего комплекса.

Обусловленные во многом нефтедобычей (Чижов, 1998 и др.) крупноплощадные горельники в среднетаежной зоне Тюменской области можно отнести к территориям, где териофауна в результате антропогенного воздействия существенно деградирует в первые моменты после катаклизма. Однако, восстановление сообществ млекопитающих на гарях идет успешно - численность на небольших гарях восстанавливается через 1-2 года (Кулешова и др., 1975; Ковалевский и др., 1984). Наши исследования (Отчет..., 1998) свидетельствуют о том, что запасы мелких млекопитающих на обширных кедровых гарях через 9 лет после пожара не уступают таковым в естественных нетронутых насаждениях (даже в самых продуктивных из них)(Табл.16). M.Стюард (Stewart, 1972) вообще сообщает о более низкой численности мелких млекопитающих на непрогоревших участках по сравнению с ежегодно выжигаемыми.

Более того, на гарях кедровников зеленомошных, относительное обилие мелких млекопитающих в 1.1 (с санитарными рубками после пожара) и в 1.5 (без рубок) раза превышает таковое в нетронутых зеленомошных кедровниках. При этом общий запас кормовой базы промысловых видов, слагаемый грызунами, на гарях в целом (4.7 кг/га) почти в 2 раза превышает таковой в целом по кедровникам исследуемого региона. Доля красной полевки в общем обилии мелких млекопитающих сильно варьирует в разных биотопах, увеличиваясь от влажных к более сухим и от менее захламленных к более захламленным.

Все эти неоднозначные моменты необходимо учитывать при проведении экологического мониторинга в районах интенсивной хозяйственной деятельности человека и особенно в случаях прогнозирования возможных последствий действия тех или иных факторов или их сочетаний.

Наиболее удобной и показательной в отношении изучения влияния нефтяного загрязнения на млекопитающих является сборная группа мелких млекопитающих (грызуны, насекомоядные, мелкие куньи), представляющая собой сочетание консументов различных порядков, кроме того, устраняется целый ряд трудностей, связанный со сбором достаточного для статистической обработки материала, возникающими при работе с крупными животными.

Таблица 16

Фауна мелких млекопитающих на крупноплощадных горельниках в среднетаежной зоне Тюменской области

К сожалению, работ, посвященных влиянию именно нефтяного загрязнения на мелких млекопитающих, пока очень немного. В.М. Шапошников с сотрудниками (Шапошников, 1980, 1983; Шапошников и др., 1980) проводили исследования на нефтепромыслах Куйбышевской области по влиянию нефтяного загрязнения на грызунов. В.С. Балахонов и др. (Балахонов, Лобанова, 1985; Балахонов и др., 1987; Балахонов, Лобанова, 1988) исследовали фауну как грызунов, так и насекомоядных нефтяных «бедлендов» в Тюменской области. Автор настоящей работы изучал влияние нефтяного загрязнения на мелких млекопитающих в Среднем Приобье Тюменской области (Гашев, 1989, 1990, 1991, 1992 и др.), в Томской области подобные исследования фауны наземных позвоночных проводятся Н.И.Лаптевым (1998), в северной тайге Обь-Пуровского междуречья Л.Г.Вартапетовым и В.А.Юдкиным (1998), а в бассейне р.Таз С.А.Пастуховым и А.Д.Чесноковым (2002).

В.М. Шапошников и др. (1980) отмечают снижение численности грызунов на 29 % в районе нефтепромыслов по сравнению с контролем. Они указывают, что организм доминирующего вида (рыжая полевка) в меньшей степени реагирует на измененные условия (и загрязнение) среды, чем другие виды.

В районе нефтепромыслов прослеживается изменение возрастного и полового состава: преобладание молодых животных и половозрелых самцов над самками на расстоянии 50-100 метров от нефтескважины по сравнению с более удаленными районами (151 -250 м).

При рассмотрении морфофизиологических показателей выявлено, что у взрослых животных в районе нефтепромыслов наблюдается достоверное увеличение индексов печени, селезенки, надпочечников и количества эмбрионов. По индексам почек и сердца различий в опыте и контроле нет. У молодых животных отмечено увеличение индексов печени, почек, селезенки, а по надпочечникам различия отсутствуют. На различия в массе селезенки обыкновенной полевки из промышленных и контрольных областей указывают и чехословацкие исследователи (Bejcek, Jirous, Stastny, 1983). В лабораторных условиях было отмечено увеличение резорбции эмбрионов в опытной группе полевок, которым скармливалась нефть, по сравнению с контрольной (Шапошников и др., 1980). Эти же авторы делают вывод, что вообще самки более чувствительны к нефтяному загрязнению, чем самцы.

В.С. Балахонов с соавторами (1988) отмечают, что в районах добычи нефти больших масштабов достигает и непосредственная гибель мелких млекопитающих, попадающих в нефтяные амбары и лужи.

Особый интерес представляет изучение процессов восстановления фауны мелких млекопитающих на нефтезагрязненных территориях в ходе восстановления нарушенных биогеоценозов, которые, как правило, несколько трансформируются. В.С. Балахонов (1985) подчеркивает следующую общую закономерность: заселение мелкими млекопитающими нефтяных «бедлендов» происходит на определенной стадии восстановления нарушенных биогеоценозов; при этом, если нефтяные «бедленды» располагаются на месте высокопродуктивных биоценозов (пойменные луга и т.п.), происходит обеднение видового состава мелких млекопитающих по сравнению с исходными сообществами, на месте же бедных и относительно простых биоценозов (сосняки лишайниковые и т.п.) происходит усложнение видового состава населения по сравнению с прежним сообществом.

В.М. Шапошников (1983) приводит интересные данные по влиянию на видовой состав мелких млекопитающих ряда антропогенных факторов, связанных с нефтедобычей. Он указывает, что в биотопах с отсутствием антропогенного воздействия встречаются следующие виды мелких млекопитающих: в лесу - куница, ласка, землеройки, крот, белка, соня-полчок, желтогорлая и лесная мыши, рыжая полевка (всего 9 видов, доминирующий - рыжая полевка). В районе нефтескважин с безаварийной работой, расположенных в лесу, встречаются: куница, землеройки, ласка, рыжая полевка, домовая, лесная и желтогорлая мыши (7 видов, доминирующие - рыжая полевка и лесная мышь). В лесу с нефтескважинами (с частыми авариями) отмечены: рыжая полевка, лесная и домовая мыши, обыкновенная полевка (4 вида, доминирует рыжая полевка).

Следует, однако, отметить, что это интересные работы выполнены без четкого соотношения со степенью загрязнения тех или иных конкретных участков. Сила воздействия факторов связывалась только с расстоянием от устья скважин или определялась по облику фитоценоза визуально.

Анализируя имеющийся в нашем распоряжении литературный материал, можно заключить, что проблема нефтяного загрязнения, его влияния на фауну и экологию мелких млекопитающих нуждается в дальнейших тщательных исследованиях. Особое влияние следует уделить вопросам популяционной экотоксикологии и изучению процессов естественного восстановления нарушенных биоценозов. Представляет интерес и использование мелких млекопитающих в качестве индикаторов степени нарушенности биоценозов в результате нефтяного загрязнения.

VI.1.6 Биогеоценотические изменения среды обитания мелких млекопитающих, сопутствующие нефтяному загрязнению

Исследуя влияние нефтяного загрязнения на фауну и экологию мелких млекопитающих, необходимо принимать во внимание и тот факт, что нефтяное загрязнение оказывает часто более существенное влияние на другие компоненты биогеоценоза (Соромотин, Гашев и др., 1989), которые, в свою очередь, накладывают отпечаток на исследуемое явление. Таким образом, нефтяное загрязнение обладает еще и опосредованным действием на мелких млекопитающих.

Одним из основных дополнительных факторов, безусловно, является изменение фитоценоза на нефтезагрязненной территории. Изучая влияние нефтяного загрязнения на лесные фитоценозы, первостепенное внимание следует уделить состоянию древостоя, являющегося эдификатором сообщества. Нами отмечено начало усыхания отдельных деревьев основных видов хвойных пород уже при слабой степени загрязнения. В случае сильной степени загрязнения выпадает более половины жизнеспособного древостоя (при концентрациях выше 60% нефти в лесной подстилке наблюдается полная гибель древесного яруса)(=0,760,16 при Р<0,001), и усыхание древостоя заканчивается уже через два года после разлива нефти, тогда как при слабой и средней степени загрязнения этот процесс может затягиваться на несколько лет (Гашева, Гашев, Соромотин, 1990). Повреждение и опадание листвы на деревьях, а также вываливание самих деревьев приводит к сильному изреживанию полога леса и, как следствие, к осветлению, повышению уровня солнечной радиации в приземном слое. Захламленность нефтяных разливов за счет ветровала и бурелома среди погибших деревьев увеличивается на 30-50%, что приводит к образованию дополнительных возможных путей перемещения мелких млекопитающих по загрязненной территории.

Концентрация нефти резко снижается с продвижением в глубину от одного почвенного горизонта к другому, составляя на глубине 15-20 см для суглинистых почв лишь 0,8% от ее количества в лесной подстилке. Это свидетельствует о том, что наибольшее влияние нефтяного загрязнения непосредственно после разлива нефти должны испытывать лесные травы, всходы и подрост древесных пород, корневая система которых находится в наиболее загрязненных горизонтах.

Состояние естественного возобновления основных видов древесных растений, характеризуемое количеством и долей жизнеспособного подроста, во многом определяет судьбу лесного биоценоза. Процент жизнеспособного подроста по отношению к контролю у всех исследованных видов (Pinus silvestris, Picea obovata, Pinus sibirica, Abies sibirica) cнижается при увеличении загрязнения почвы нефтью, а степень реакции подроста отдельных видов различна, в целом =0,70 0,12 при Р0,001.

Изучение состояния живого напочвенного покрова не только дает возможность выделить дополнительные индикаторные элементы. Свидетельствующие о той или иной степени нарушенности лесного биоценоза, но и характеризует качественное и количественное изменение кормовой базы растительноядных мелких млекопитающих. Наиболее обобщенную характеристику влияния различной степени загрязнения нефтью почвы можно получить, рассматривая общее проективное покрытие живого напочвенного покрова (Рис.22 а). Этот показатель устойчиво снижается с увеличением концентрации нефти: =0,660,12 при Р<0,01), при этом меняется состав и соотношение видов, появляются несвойственные для среднетаежных биотопов виды: Rumex confertus, Trifolium repens, Vicia cracca, Plantago major, Equisetum arvense и другие. Нами выделены основные три группы растений, имеющие разную устойчивость к загрязнению нефтью (Гашева, Гашев, Соромотин, 1990): 1. Злаки, осоки, ситниковые; 2. Мхи. 3. Таежное разнотравье. С увеличением концентрации нефтепродуктов в почве доля первой группы в общем проективном покрытии живого надпочвенного покрова увеличивается, второй - уменьшается, третьей - остается приблизительно постоянной. При слабой степени загрязнения проективное покрытие злаков, осок и ситниковых в 2 раза превышает контрольное, мхов - примерно в 1,3 раза, тогда как проективное покрытие других групп снижается по сравнению с контролем: в 2 раза второй и более, чем в 3 раза - третьей.

Рис. 22. Зависимость сохранности основных компонентов лесных биоценозов от содержания нефти в лесной подстилке.

При сильном загрязнении наблюдается резкое угнетение всех трех групп растительности. Проективное покрытие первой группы снижается относительно контроля в 2 раза, второй и третьей - в 8 и более, чем в 20 раз соответственно. Очевидно, что внутри каждой группы можно выделить более мелкие группировки, вплоть до отдельных видов растений, характеризующиеся разной устойчивостью к нефти. Мы считаем, что в практическом плане более удобно и надежно использовать в качестве индикаторных элементов не отдельные виды, а их группы, выделенные как на основе сходной реакции на загрязнитель, так и на общности систематического положения и биологических особенностей растений.

Вопросы деградации и восстановления растительности загрязненных нефтью биоценозов рассмотрены в одной из наших работ (Гашев и др., 1990). При концентрации нефти в лесной подстилке менее 10 % сохранность основных компонентов фитоценоза: древостоя, подроста лесообразующих пород и живого напочвенного покрова, - составляет не менее 70%. Уже через два года после разлива восстановительные процессы на этих площадях начинают преобладать над деградационными, а через 5-6 лет восстановление, в основном, заканчивается формированием исходного сообщества (Рис.23.).

Рис.23. Деградационно-восстановительные процессы в живом напочвенном покрове нефтезагрязненных территорий разной степени загрязнения.

Загрязненные участки с концентрацией нефти от 10 до 40% характеризуются более длительными деградационными процессами и более поздним началом процессов восстановления фитоценоза. Преобладание последних над первыми, как правило, наблюдается лишь через 4 года после разлива нефти, при этом сохранность основных компонентов фитоценоза может быть менее 30 % (Рис. 23). Восстановление подроста основных лесообразующих пород и живого напочвенного покрова заканчивается не ранее, чем через 10 лет после разлива нефти. Восстановление древостоя может быть растянуто на несколько десятилетий.

Деградация фитоценозов на площадях с загрязнением нефтью более 40% заканчивается через 1-2 года полной гибелью древостоя, подроста и живого напочвенного покрова. Начало восстановительных процессов на них отмечено лишь через 6-7 лет после разлива, но темпы их столь незначительны, что в ближайшее десятилетие ими можно пренебречь (Рис.23).

Увеличение солнечной радиации на поверхности почвы в результате повреждения фитоценоза и общее потемнение аспекта из-за наличия нефти на поверхности лесной подстилки приводит к некоторому повышению температуры и снижению влажности почвы по сравнению с контролем. По данным А.В.Соромотина, температура подстилки и почвы под ней на глубине 5 см на нефтезагрязненной территории достоверно (Р<0,01) на 20% и 40% соответственно выше, чем в контроле.

Если распределение грызунов не связано с термикой почвы (Серышев, Кремер, 1988), и лишь исключительно высокие температуры на ней на участках с разреженным покровом исключают возможность обитания здесь полевок, в то время как влажность не является фактором, играющим достоверную роль в распределении полевок (Getz, Lowell, 1971), то, напротив, насекомоядные оказываются зависимыми от гидротермических условий почвы. Эта зависимость объясняется количественными и качественными характеристиками почвенных беспозвоночных (Серышев, Кремер, 1988).

Нефтяное загрязнение оказывает отрицательное воздействие на население почвенных беспозвоночных. Так при слабой степени загрязнения лесной подстилки нефтью общая численность педобионтов составляла 80,0% от контроля, средняя степень загрязнения снижала численность почвенной мезофауны до 7,0% от контроля (Рис.22 б).

Максимальная глубина проникновения представителей мезофауны в чистых кедровниках зеленомошных составляет 15-20 см в минеральном горизонте почвы, тогда как на загрязненных участках - только 5 см.

По данным А.В.Соромотина (Соромотин, Гашев и др., 1989), основным компонентом почвенной мезофауны по численности как в опыте, так и в контроле являются насекомые, далее следуют пауки, многоножки, дождевые черви. Минимальная плотность у брюхоногих моллюсков (Табл. 17). Различия в контроле и в опыте для средних всех групп достоверны. Устойчивость к нефтяному загрязнению указанных таксонов примерно одинаковая, за исключением моллюсков, чувствительность которых несколько ниже. Таким образом, структура численности важнейших групп почвенной мезофауны после загрязнения нефтью не меняется.

Таблица 17.

Структура населения почвенной мезофауны чистых (контроль) и нефтезагрязненных (опыт) участков в кедровниках зеленомошных (данные А.В.Соромотина по Гашев, 1991)

Примечание: концентрация нефти в лесной подстилке составляет 17-24 %.

Среди насекомых самым многочисленным по числу особей на контрольных участках является отряд жесткокрылых, тогда как на загрязненной территории - двукрылых. Это связано с большей устойчивостью последних к нефти. Отряды чешуекрылых, полужесткокрылых и перепончатокрылых отсутствовали на разливах с данной концентрацией нефти. Среди жесткокрылых доминировали как на опыте, так и в контроле представители семейства стафилинов (3,82,4 экз/м² - опыт, 44,67,5 экз/м² - контроль).

Соотношение биомасс почвенных беспозвоночных изменяется: если на чистых землях доминировали дождевые черви (4,8 г/м²), то в присутствии нефти максимальная биомасса у насекомых (0,2 г/м²) (Соромотин, Гашев и др., 1989).

Учитывая высокую канцерогенную активность ПАУ, их экологическую опасность, В.С.Балахонов с соавторами (1987) предлагают использовать в качестве критерия загрязненности биоценозов при нефтяном загрязнении содержание в почве продукта разложения нефти - 3,4-бензо(а)пирена. Нам представляется, что этот показатель может быть использован в дополнение к определению общего количества нефтепродукта в почве при проведении мероприятий экологического мониторинга. Содержание 3,4-бензо(а)пирена на нефтезагрязненных участках повышается в ряду: почва - растения - животные. В тканях насекомоядных его больше, чем у грызунов, и , кроме того, каждому виду животных свойственен свой уровень 3,4-бензо(а)пирена, также, как и разным видам растений, т.е. накопление этого вещества видоспецифично, что, безусловно, должно накладывать отпечаток на общую реакцию на нефтяное загрязнение, в частности, различных видов мелких млекопитающих. В органах и тканях животных содержание 3,4-бензо(а)пирена повышается в ряду: кишечник - мышцы - печень - почки (Балахонов и др.,1987).

Помимо действия, оказываемого на биогеоценозы загрязненные нефтью, нефтяными углеводородами, необходимо учитывать и действие на основные их компоненты и микроэлементов, которые в случае накопления их в организме могут оказывать существенное токсическое действие. Содержание многих микроэлементов в различных нефтях известно (Гончаров, 1987; Пиковский, 1988), однако накопление их в растительных и животных организмах нефтедобывающих районов изучено явно недостаточно. Так, например, известны факты накопления ванадия в надземных, а в большей степени - подземных, частях растений на нефтезагрязненной территории (Hartman, ezniek, 1986). Повышенные уровни железа, молибдена и меди определяли в скелете и органах оленьих хомячков, отловленных в районе нефтепромыслов (Stelter, 1980). Накопление тех или иных микроэлементов в живых организмах зависит не только от биологической роли каждого элемента, но носит и видоспецифичный характер, а у мелких млекопитающих зависит еще от возраста и пола зверьков (Безель др., 1986; Безель, 1987; Аbberici and other, 1989).

Нами исследовано накопление 12 микроэлементов в надземной части зеленых мхов и шкурках красной полевки, взятых с нефтезагрязненной территории Аганского месторождения восьмилетней давности (Табл. 18 и 19) (Гашев и др., 1995). Анализ содержания микроэлементов проводился в лаборатории судебной экспертизы Тюменского УВД методом лазерного эмиссионного микроспектрирования на приборе "ЛМА-10" фирмы "CARL ZEISS JENA".

Таблица 18.

Содержание микроэлементов в надземной части зеленых мхов нефтезагрязненной территории и контроля (мг/кг золы)

В шкурках красных полевок с нефтезагрязненной территории также имеется тенденция к накоплению большинства микроэлементов по сравнению с контролем в 2,5-4 раза, а по уровню железа, меди, никеля, свинца и хрома животные с разлива нефти достоверно отличаются от контрольных. В то же время, уровень ванадия и стронция ниже у животных с нефтезагрязненной территории, что пока не находит объяснения.

Таблица 19.

Содержание микроэлементов в шкурках красных полевок нефтезагрязненной территории и контроля (мг/кг золы)

Результаты анализа показали, что имеется четкая тенденция по всем микроэлементам к накоплению их в надземных частях зеленых мхов в 2-4, а по стронцию - в 6 раз больше на загрязненной территории по сравнению с контролем. По олову, стронцию и хрому эти различия достоверны.

Наличие в нефти урана (содержание которого в различных типах нефти колеблется в пределах двух порядков: n х 10^-4 - n х 10^-2 процентов, т.е. до 10-15 мг на 100 г нефти), стронция-90 и цезия-137 (которые, включаясь в обменные процессы организмов, накапливаются в пищевых цепях), приуроченных к смолисто-асфальтеновой фракции (Пиковский, 1988) или пластовым водам (Тестов, Таскаев, 1986), в ряде случаев может приводить к повышению общего радиоактивного фона на территории, загрязненной нефтью по сравнению с контролем. Наши исследования показали, что суммарный уровень и - излучения на нефтяных разливах Среднего Приобья составил 17,90.5 мкР/ч, что достоверно (Р<0,001) на 23,4% выше среднего по месторождению, где он составляет 14,50,3 мкР/ч. Уровень же радиации в зонах факелов по сжиганию неутилизируемых компонентов нефти и газа выше фонового на 43 % (Гашев и др., 1994; 1999). Отложения солей и шламов в устьях скважин с радионуклидами естественного происхождения радий-226, торий-232 и калий-40 определяют МЭД -излучения от 60 до 5600 мкР/ч (Отчет «Состояние...», 1997). Анализ изотопного состава в почвах выявляет явный избыток ²³⁴U над ²³⁸U, что объясняется привносом первого пластовыми водами. Отмечено накопление урана в надземных частях различных видов растений, в которых наблюдается превышение концентрации ²³⁸U по сравнению с ²³⁴U (Тестов, Таскаев, 1986). В семейство первого входят 19 исходных и дочерних радионуклидов, из которых на долю ²¹⁴Pb и ²¹⁴Bi приходится до 98% энергии -излучения всего уранового семейства. На Аганском, Вахском и Ватинском месторождениях отмечены целые куртины кипрея узколистного с совершенно белыми цветами, что может свидетельствовать об аномальном содержании урана в почвах этих районов. Накопление радиоактивных изотопов в растительности приводит к накоплению их и в животных организмах, в частности, в организме мелких млекопитающих, обитающих на участках с повышенной радиоактивностью. Б.В.Тестов и А.И.Таскаев (1986) указывают на значительное накопление U в опорно-покровных тканях полевок-экономок. Хроническая урановая интоксикация характеризуется политропным действием урана на различные органы и системы. При длительном поступлении в организм труднорастворимых соединений урана, когда наблюдается биологическое действие его как -излучателя, может развиться хроническая лучевая болезнь (Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. 1990). В клинике уранового отравления наряду с обширной патологией различных органов и систем ведущим является нарушение почек. При ингаляционном воздействии различных соединений урана (например, радия-226 и особенно радона-222), на которые приходится наибольшая доза облучения (Тестов, Таскаев, 1986), наблюдаются выраженные симптомы легочной патологии. Кроме урана большое значение имеет и ряд тория-232, интенсивность -излучения в ряду которого распределена между изотопами таллия-208 (60%), актиния-228 (25%), свинца-212 и висмута-212 (15%)(О состоянии…, 2002).

Таким образом, мелкие млекопитающие, обитающие на нефтезагрязненных территориях, могут подвергаться дополнительному воздействию , , - излучения, а также токсическому действию радиоактивных элементов.

Нефть находится в природе и извлекается на поверхность Земли вместе с другими компонентами геологической среды: сопутствующими водами и природными газами. Вода, залегающая в нефтеносных пластах, содержит ряд специфических черт, имеющих важное значение для экологии. В подавляющем большинстве нефтяных месторождений в нефтеносных пластах воды имеют повышенную минерализацию - это или соленая вода (10-50 г/л), или рассолы (свыше 100 г/л). Все нефтяные воды исключительно хлоридные. Преобладающие катионы - натрий или кальций. Из газообразных компонентов кроме метана, этана, пропана и других углеводородов в нефтяных водах много углекислого газа, сероводорода, азота и гелия (Пиковский, 1988). Сильное засоление почвы в результате попадания на ее поверхность пластовых подтоварных вод (обводненность добываемой нефти достигает 70-80 и более процентов) приводит к резкой деградации биоценозов, особенно растительности (Отчет «Разработать ...», 1990) и почвенной мезофауны (Соромотин, Гашев, Казанцева, 1996). Однако быстрое вымывание солей из верхних почвенных горизонтов обусловливает тот факт, что уже через 1-2 года после засоления начинаются сукцессионные процессы восстановления растительного сообщества, но восстановление комплексов беспозвоночных педобионтов растягивается на десяток лет. На мелких млекопитающих засоление оказывает практически только опосредованное воздействие через их кормовую базу.

Влияние газов, особенно сероводорода и меркаптана, само по себе оказывающее вредное воздействие на животный организм, существенно лишь в самый короткий срок после разлива нефти на поверхность почвы (за исключением тех случаев, когда имеет место постоянное или регулярное поступление поллютантов), а поэтому нами не рассматривалось.

В процессе бурения и ремонта скважин часто используются не только глинистые растворы с добавкой нефти (10-15%), но и различные добавки, в частности поверхностно-активные вещества. В настоящее время наибольшее распространение для обработки буровых растворов получают хромосодержащие реагенты, фенолсодержащие, а также щелочносодержащие реагенты. Все они обладают определенной токсичностью (Байков, Галиев, 1987). Обычно загрязнение буровыми растворами вместе с буровым шламом происходит в результате перелива и выбросов из бурящихся скважин, сброса отработанных растворов в овраги и т.д. Такие загрязненные участки также относятся к нефтезагрязненным, но существенное физиологическое и опосредованное действие на мелких млекопитающих в этих случаях оказывают химические реагенты, экологическая опасность которых должна явиться предметом специальных исследований.

Очень специфичными нефтезагязненными территориями являются факельные зоны при различных пунктах подготовки и переработки нефти и попутного газа. Помимо загрязнения нефтью, в капельножидком виде поступающей в окружающую среду при неполном сгорании и покрывающей поверхность почвы и растительности, эти объекты характеризуются и наличием целого комплекса других факторов. Это, в первую очередь, термические и пирогенные факторы. Существенным является и сильная загазованность факельных зон, которые отличаются также повышенными уровнями радиации и накопления ПАУ (Гашев, Казанцева и др., 1991; Гашев, Арефьев, 1999).

VI.1.7 Видовое разнообразие и относительное обилие мелких млекопитающих природных и нарушенных территорий.

Ненарушенные территории

По результатам отловов 1987-93 гг. в Среднем Приобье отмечено 25 видов мелких млекопитающих, что составляет более 83 % всех видов мелких млекопитающих, встречи которых возможны в этом регионе. Таким образом, собранный материал достаточно представителен для оценки видового разнообразия фауны мелких млекопитающих изучаемого района (Гашев, 1996 б). Абсолютным доминантом по численности в большинстве исследованных биотопов (54.4 %) является красная полевка из грызунов и обыкновенная бурозубка (20.8 %) из насекомоядных. Субдоминантом выступает полевка-экономка (9.5 %), которая в силу высокой численности на переувлажненной территории в ряде биотопов занимает лидирующее положение. Примерно 14 видов представлены в отловах единичными экземплярами, что в большинстве случаев говорит не об их исключительной редкости, а о нормально низкой плотности этих видов не только в данном районе, но и на большей площади их ареалов. Два вида - эвсинантропа, хотя и встречаются с этих широтах в летнее время в природных биотопах, отловлены нами только в трансформированных антропогенной деятельностью ландшафтах. Изучение динамики численности мелких млекопитающих позволило проследить ее полный цикл в среднетаежной подзоне, отметить годы высокой численности (максимум - в 1991 году) и годы депрессии (1989 и 1992). Причем, флуктуации численности грызунов и насекомоядных идут синхронно (Рис. 24).

Все это дало возможность оценить фаунистические особенности исследуемого региона на разных стадиях популяционных циклов. Оценивая гамма-разнообразие региона (Whittaker, 1960), можно констатировать, что индекс видового богатства равен 7.77, индексы видового разнообразия Шеннона и Симпсона - соответственно 1.51 и 2.84. Индекс доминирования Симпсона составляет 0.35 при индексе выравненности Пиелу 0.47. Все это свидетельствует о высокой степени доминирования при сравнительно большом видовом богатстве мелких млекопитающих, характерных для средней тайги Западной Сибири.

Рис. 24 . Динамика численности мелких млекопитающих на контрольных (А) и нефтезагрязненных (Б) участках.

Для бета-разнообразия мелких млекопитающих Среднего Приобья характерно неравномерное распределение видов и общего количества зверьков по различным биотопам (Рис. 25). Наиболее богатыми по числу видов являются зеленомошные, приручейниковые и травяно-болотные ассоциации, а наиболее бедными - лишайниковые сосняки и прибрежные ивняки, характеризующиеся и видовой бедностью растительного покрова. В распределении общего обилия мелких млекопитающих по биотопам в целом сохраняется такая же закономерность, что, безусловно, только подтверждает мнение о сбалансированности основных естественных биогеоценозов средней тайги.

Леса, сформированные породами рода Pinus, безусловно, являются одними из самых распространенных и продуктивных в Западной Сибири и имеют высокое социальное значение (особенна для коренного населения). Коренные кедровые леса испокон веков служили для воспроизводства и добычи ценных охотничье-промысловых видов животных, несколько уступали им в этом отношении сосняки (Пармузин, 1985), имеющие, как правило, вторичное происхождение. Но если ресурсы промысловых видов подпадают под статистические учеты (Обзор..., 1997,1998; Фонд....,1992 и др.), то ресурсы непромысловых млекопитающих остаются неучтенными, хотя они наряду с птицами, представителями герпетофауны и некоторыми беспозвоночными (моллюски, черви, насекомые и др.) составляют значительную часть кормовой базы хищных промысловых зверей (соболь, куница, горностай, ласка, колонок, рысь, волк, лисица и др.), являясь неотъемлемым звеном единой трофической цепи, и, безусловно, должны учитываться при экологическом мониторинге, как критерии устойчивого развития сообществ социально значимых сообществ зверей.. Наряду с облесенными территориями определенный вклад в прокормление промысловых видов вносят и болотные угодья Западной Сибири, значение которых определяется, в первую очередь, высокой долей участия среди ландшафтов Тюменской области.

Нами в период 1987-2000 гг. проведены учеты численности мелких млекопитающих в разных типах кедровников на 43 пробных площадях и сосняков на 30 пробных площадях, 12 пробных площадей заложено на болотах верхового и переходного типов. Среднее относительное обилие мелких млекопитающих составляет 18.2 3.6 экз./100 лов.-суток в среднем по кедровым насаждениям, 9.41.64 - по соснякам и 8.355.15 - по болотам, максимальная численность отмечена на осоковом болоте, в кедровниках зеленомошных и зеленомошно-багульниковых (38.0, 23.9 и 26.6 экз./100 лов.-суток соответственно), минимальная численность отмечена в болотных и сфагново-багульниковых сосняках (4.21.06), на верховых болотах в некоторых случаях численность стремилась к нулю. При этом в уловах встречалось от 0 до 7 видов мелких млекопитающих, в общей сложности - 17 видов (Табл. 20, 21, 22, 23).

Таблица 20

Видовой состав и соотношение мелких млекопитающих в угодьях таежной зоны Тюменской области

Таблица 21.

Показатели относительного обилия мелких млекопитающих в различных типах кедровников таежной зоны Западной Сибири

Учитывая то, что насекомоядные даже при высоком обилии практически не используются в пищу хищными млекопитающими (кроме некоторых куньих), нас интересует доля в уловах грызунов. По всем биотопам в среднем в кедровниках она составила 75.9 %. В сосняках этот показатель соответственно равен 75.3 %, на болотах - 92.2 %.

Таблица 22.

Показатели относительного обилия мелких млекопитающих в различных типах сосняков таежной зоны Западной Сибири

Таблица 23.

Показатели обилия кормовой базы промысловых зверей в болотных угодьях среднетаежной зоны Западной Сибири

Среди мелких млекопитающих бесспорными доминантами в исследованных типах биогеоценозов является красная полевка - 54.0, 56.4 и 46.8 % в уловах в кедровниках, в сосняках и на болотах, соответственно. Абсолютная численность грызунов (при пересчетном коэффициенте для красной полевки К=3.3 (Окулова, Тупикова, 1998)) по всем типам кедровников в среднем равна 45.5 зверька/га, в сосновых лесах - в среднем составляет 25.08 зверька/га, на болотах - 15.5 зверька/га, что при среднем весе зверька 27.5 гр. составляет 1.25 кг/га в кедровниках, 0.69 кг/га в сосняках и 0.41 кг/га на болотах.

Рис.25.Биотопическое распределение количества видов (А) и общего обилия (Б) мелких млекопитающих в средней тайге Тюменской области: 1 - вырубки, гари; 2 - лишайниковые, 3 - зеленомошные, 4 - долгомошные, 5 - приручейниковые, 6 - травяно- болотные ассоциации; 7 - верховые болота; 8 - низовые болота; 9 - пойменные луга; 10 - прибрежные ивняки.

Территории месторождений нефти

Результаты исследований показали, что, в целом, численность мелких млекопитающих на загрязненной нефтью территории была ниже, чем в контроле в течение всех лет исследований, но наибольшие различия отмечены в год высокой численности животных, а наименьшие - в год минимальной численности (Табл. 24). Такая реакция отличается от стратегии популяций мелких грызунов, например, в зоне аварии на ЧАЭС (Межжерин, Мякушко, 1998), где, как пишут авторы, «отмечается нарушение экологического баланса (недоиспользование первичной продукции и нарушение биологического кругооборота) в результате замедления хода «популяционных часов», ведущего в эволюционное прошлое».

Таблица 24.

Видовой состав и количество зверьков, отловленных на нефтезагрязненной территории (числитель) и в контроле (знаменатель)

Относительное обилие насекомоядных на загрязненных участках в течение всех лет было вдвое и более раз меньше такового, чем на контрольных площадях, свидетельствуя о большей чувствительности их по сравнению с грызунами к загрязнению. На разливах нефти в сравнении с контролем не наблюдается отличий в годовой динамике численности мелких млекопитающих, что может быть связано с сильной функционально-территориальной близостью нефтезагрязненных и контрольных участков, однако уменьшение емкости среды загрязненных участков несколько «сглаживает» популяционные циклы численности. В то же время, имеются данные, свидетельствующие о более заметной разнице между годами пика и депрессии в динамике численности на импактной территории по сравнению с фоном для территорий, подверженных хроническому действию выбросов металлургического комбината на Среднем Урале (Лукьянова, Лукьянов, 1998 а,б), что может говорить о большей разбалансировке популяционных гомеостатических механизмов в дистрессовой (чрезмерно стрессовой (Селье, 1982)) ситуации в зоне воздействия комбината.

Учеты численности бурундука на территории нефтяных разливов продемонстрировали резкое снижение ее - до 33-35% по сравнению с контролем. Наибольшие различия отмечены в годы высокой численности зверьков (1987, 1990 гг.), тогда как в год депрессии (1989) различия полностью отсутствовали (Рис. 26).

Сравнение численности белки (данные РООиР) на территории, загрязненной нефтью, и в контроле на основании летних визуальных наблюдений и отловов давилками Геро свидетельствуют об отсутствии достоверных различий. Однако, результаты зимних маршрутных учетов белки на территории эксплуатируемых месторождений нефти и в местах, не затронутых нефтедобычей, показывают, что численность ее в первом случае достоверно ниже, чем во втором, причем в годы высокой численности белки разница эта более существенна (Табл. 25).

Все это может свидетельствовать о том, что определяющим фактором в снижении численности белки является не столько непосредственное нефтяное загрязнение, сколько биоценотические изменения на территории нефтепромыслов и, в первую очередь, - смена спелых коренных насаждений хвойных на лиственные молодняки под воздействием антропогенных факторов, сопутствующих нефтедобыче.

Таблица 25.

Численность белки на территории месторождений нефти и в контроле (количество пересечений на 10 км маршрута)

Рис. 26. Сохранность относительного обилия бурундука в разные годы его динамики численности.

Учеты численности куньих (материалы РООиР) также свидетельствуют о снижении ее по сравнению с контролем на территории эксплуатируемых месторождений, мозаично загрязненной нефтью (Табл. 26). Учитывая динамику численности куньих, можно отметить тенденцию, описанную выше для других млекопитающих, когда максимальные различия между загрязненной территорией и контролем наблюдаются в годы высокой численности зверьков. Принимая во внимание мнение о том, что виды стенофаги и эврибионты (ласка, горностай) зависят в основном от состояния численности их кормов (полевок) (Libois Roland, 1983), такое совпадение не кажется нам случайным.

Относительное обилие мелких млекопитающих зависит от степени загрязнения почвы нефтью: = -0,720,09 при Р<0,001. Сила связи этих показателей для грызунов и насекомоядных практически одинакова (соответственно: =0,730,09 при Р<0,001 и =0,720,10 при Р<0,001).

Но помимо прямого влияния на животных нефть оказывает и целый комплекс опосредованных биоценотических воздействий (осветление, изменение кормовой базы, сокращение мест, пригодных для устройства гнезд и т.д.), которые нельзя не учитывать при изучении влияния нефтяного загрязнения на фауну и экологию мелких млекопитающих. Так, прочная корреляционная связь существует между общим проективным покрытием живого растительного напочвенного покрова и относительным обилием грызунов (r=0,560,11 при Р<0,001)(Рис.22 а). Еще более тесная связь существует между численностью почвенной мезофауны и общим обилием насекомоядных (r=0,710,11 при Р<0,001) (Рис. 22 б).

Таблица 26

Результаты зимних маршрутных учетов мелких куньих на территории эксплуатируемых месторождений нефти (числитель) и в контроле (знаменатель)

Примечание: * - различия с контролем достоверны при Р< 0.05.

Существенное значение для биогеоценоза имеет и способ загрязнения территории нефтью (Соромотин, Гашев, Казанцева, 1995), каковых можно выделить два: 1) растекание нефти по поверхности почвы, происходящее при разрушении стенок шламовых амбаров, нарушении целостности нефтесборных коллекторов, утечек нефти с устьев скважин и т.д.); 2) разбрызгивание нефти на поверхность, происходящее в результате аварий на нефтепроводах под давлением и фонтанирования с устья скважин. Обследование месторождений в Нижневартовском районе показало, что, вопреки распространенному мнению, преимущественно встречается первый тип загрязнения (более 90 % разливов). Растекание нефти по поверхности почвы приводит к образованию двух зон с различной степенью загрязнения субстрата и деградацией растительных сообществ. Выделяется зона максимальных концентраций нефти с полной гибелью растительности («пятно»), образованная при прямом фронтальном заливании поверхности почвы, и «переходная» зона, отличающаяся отсутствием нефти на поверхности мохового покрова, незначительными концентрациями в субстрате и частичной гибелью травянистой растительности. Переходная зона образуется в результате подтекания нефти под моховой покров по границе органогенного и минерального почвенных горизонтов, пропитывая горизонт А₀ снизу. Переходная зона может занимать от 5 до 30 % от общей загрязненной площади.

Загрязнение типа фонтанирования имеет свои особенности. Оно характеризуется повышенным влиянием на древесную растительность (особенно в сезон вегетации), так как основной удар принимает на себя ассимиляционный аппарат деревьев. Небольшие дозы фонтанирующей нефти практически полностью оседают на кронах и стволах. Загрязнение напочвенного покрова при этом незначительно и носит фрагментарный характер. При прочих равных условиях картина состояния основных элементов фитоценоза, загрязненного фонтанированием, обратна наблюдаемой при растекании нефти по поверхности почвы: гибель растений древесного яруса значительно превышает таковую подроста и живого напочвенного покрова. С увеличением количества вылитой нефти различия между двумя типами загрязнения в отношении растительных компонент биогеоценоза постепенно нивелируется.

Характер загрязнения имеет свои особенности и по влиянию на вертикальную структуру комплексов педобионтов: при фонтанировании она восстанавливается уже через год, а при растекании нефти долгие сроки детоксикации нефти в толще почвы обуславливают значительно более длительные сроки восстановления (десятки лет).

При загрязнении биогеоценозов путем фонтанирования нефти сила связи между сохранностью относительного обилия мелких млекопитающих и общим проективным покрытием живого напочвенного покрова возрастает по сравнению с таковой при загрязнении территории путем растекания нефти от источника загрязнения: коэффициенты корреляции соответственно равны 0.80.22 и 0.560.11. Коэффициент корреляции между сохранностью относительного обилия мелких млекопитающих и концентрацией нефти в лесной подстилке, наоборот, снижается (r = -0.560.31 и -0.720.09 соответственно). Кроме того, связь между этими показателями приобретает нелинейную форму.

На нефтезагрязненной территории отловлено 17 видов мелких млекопитающих, а в контроле - 22. Индекс видового разнообразия Шеннона (Одум, 1986) в контроле на 11,8% больше, чем на загрязненной территории, при этом индекс выравненности Пиелу (Одум, 1986) на загрязненной территории составляет 94,1% от контроля. На загрязненных участках отмечено появление видов-синантропов (Mus musculus и Rattus norvegicus), отсутствующих в контроле, что может быть вызвано и общим антропогенным изменением ландшафта. В целом по всем исследованным пробным площадям коэффициент корреляции индекса антропогенной адаптированности сообществ мелких млекопитающих со степенью загрязнения нефтью составил 0.820.40, причем по результатам дисперсионного анализа индекс антропогенной адаптированности на 74.3 % определяется именно степенью нефтяного загрязнения лесной подстилки. Таким образом, налицо адаптация сообществ к действующему фактору, проявляемая через изменение его качественного состава.