НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ УРАЛО-ЗАВОЛЖЬЯ В УСЛОВИЯХ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ 

SEVERAL ASPECTS OF THE URAL-VOLGA STEPPE LANDSCAPES CHANGES IN THE CONDITIONS OF OIL AND GAS PRODUCTION 

К.В. Мячина

K.V. Mjachina 

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт степи Уральского отделения Российской академии наук (ИС УрО РАН)

(Россия, 460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11) 

Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IS UB RAS)

(Russia, 460000, Orenburg, Pionerskaya Str., 11)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Предлагается результат анализа динамики некоторых составляющих степных ландшафтах Урало-Заволжья, находящихся под воздействием нефтегазодобычи, с использованием спутниковых данных. Оценены такие показатели, как облесенность и фрагментированность территории. Указанные параметры характеризуют состояние степных экосистем в аспекте анализа наиболее уязвимых сторон. Показано, что в ходе функционирования нефтегазопромыслов снижается степень облесенности окружающих ландшафтов и развиваются высокий уровень фрагментированности территории и потери среды обитания.

The results of dynamic analysis of the Urals-Volga oil-and-gas steppe ecosystems are presented. The analysis are based on Landsat and Terra satellite data. Such indicators as forest square and fragmentation of landscapes are estimated. These parameters characterize the state of the steppe ecosystems in the aspect of the most vulnerable parties analysis. It is shown that the forest square of the surrounding landscape is reduced and develops a high level of land fragmentation within oil and gas production fields. Also the loss of habitat increases. 

Существующие методы анализа и прогноза геоэкологического состояния нарушенных нефтегазодобычей территорий, как правило, не учитывают такие ведущие факторы дифференциации ландшафтов, как географическая зональность и связанные с ней специфические характеристики экосистем. В данной работе предлагается результат выявления некоторых закономерностей изменения степных ландшафтов, деградация которых, происходящая, в том числе, в результате процессов добычи углеводородного сырья, является глобальной экологической проблемой [1, 2, 6]. В качестве ключевой территории исследования выбрана Оренбургская область, являющаяся основным регионом нефтегазодобычи Урало-Заволжья. Оценка геоэкологических последствий разработки нефтегазовых месторождений выполнялась как с учетом специфичных характеристик полузасушливых территорий, так и характерных особенностей воздействия на экосистемы рассматриваемого вида природопользования.

Изучался степной участок площадью около 200 км2, находящийся в процессе недропользования с 1992 г. и включающий объекты трех нефтегазовых месторождений. В границах участка размещены более 90 полигонов с объектами инфраструктуры месторождений, выявленными как в ходе полевых работ, так и на основе спутниковых данных высокого пространственного разрешения, предоставляемых ESRI посредством ArcGIS 10.2.

Из основных зональных характеристик степей умеренного пояса, формирующих наиболее уязвимые стороны ландшафтов, можно отметить низкую облесенность водоразделов на фоне полузасушливого континентального климата, преобладание низкоярусной (травянистой) растительности. Малочисленные облесенные участки являются важнейшим резервуаром абсорбции оксидов углерода и источником продуцирования кислорода. Исправное осуществление указанных функций особенно важно в районах нефтегазовых месторождений, где функционируют факельные установки сжигания попутного газа, приводящие к выгоранию кислорода и насыщению атмосферы продуктами сгорания, преимущественно оксидами азота и углерода.

В свою очередь, особенностью нефтегазодобывающего производства является размещение комплекса множественных точечных и линейных объектов на обширных территориях, приводящее, как правило, к значительным механическим повреждениям ландшафтного покрова и высокой степени фрагментированности земель. Земли отводятся как под площадные объекты инфраструктуры (скважины, установки сбора и подготовки нефти, факельные установки и пр.), так и под линейные (транспортные коммуникации). Параллельно нарушается естественное состояние близлежащих участков, не отведенных в специальное пользование, но также подвергающихся бессистемным воздействиям (механическим, химическим, тепловым и пр.). Общая площадь нарушенных земель обусловливает возникновение и развитие такого производного индикатора техногенной трансформации среды, как фрагментированность ландшафтов, приводящая к снижению биоразнообразия территории. Таким образом, было решено выполнить анализ динамики облесенности и фрагментированности ландшафтов ключевой территории за период функционирования нефтегазовых месторождений. Результаты анализа фрагментированности позволят рассчитать риск снижения биоразнообразия на основе расчета индекса потери среды обитания [3].

  1. В качестве исходных данных для оценки динамики лесистости использовались производные данных спутника TERRA-MODIS с пространственным разрешением 500 м/пиксель, представляющие собой временной ряд изображений вегетационных индексов NDVI. Производные продукты MODIS (вегетационные индексы) обеспечивают высокую точность оценки параметров растительного покрова [5].

Для анализа облесенности отобраны 17 изображений, получаемых ежегодно 9-ого или 10-ого июня (расцвет периода вегетации в степной зоне Урало-Заволжья), отражающих состояние ключевой территории за 17 лет, в период с 2000 по 2016 г. Древесно-кустарниковой (лесной) растительностью считались объекты, показывающие значение NDVI выше 0,7. Подобные объекты выделялись в отдельный класс, его площадь подсчитывалась и выражалась в процентах от общей площади ключевого участка. Результаты представлены на рисунке 1. 

Рисунок 1. Динамика облесенных участков на ключевой территории исследования в границах нефтегазовых месторождений Оренбургской области 

Участок исследования изначально отличался повышенной лесистостью по сравнению с окружающими территориями в связи с наличием значительных площадей овражно-балочной и пойменной растительности (рис. 1).

Определенное влияние на значение ежегодной облесенности территории оказывают сезонные природно-климатические характеристики; тем не менее, можно отметить устойчивую тенденцию к снижению облесенности территории, совпадающую с периодом внедрения и функционирования нефтегазопромыслов. В ходе добычи нефти и газа участки с древесной и кустарниковой растительностью могут подвергаться как механическому (вырубки и повреждения при размещении нефтегазодобывающй инфраструктуры), так и химическому воздействию в результате влияния оксидов серы и азота, характеризующихся многосторонним разрушительным воздействием на древесный покров. Как показывает К.В. Крючков, отрицательное влияние функционирования газовых факелов на древостой проявляется в изменении основных таксационных показателей: снижении полноты и запаса, сомкнутости древесного полога, прироста стволовой древесины, возрастании доли сухостоя и изменении строения, уменьшении фитомассы скелета кроны [7].

  1. В качестве исходных данных для анализа фрагментированности использовались многоспектральные снимки спутников Landsat-5ТМ (июнь 1987 г.) и Landsat-8OLI (июнь 2014 г.) с пространственным разрешением основных каналов 30 м/пиксель. Спутниковые снимки подобраны с учетом пригодности к дальнейшей обработке (низкая облачность, отсутствие помех на изображениях). Предварительная подготовка снимков включала радиометрическую калибровку и атмосферную коррекцию. Далее, в ПО ENVI 5.1 для каждого исходного изображения выполнялось выделение земель, нарушенных нефтегазодобычей (на основе авторской методики, предложенной и апробированной в предыдущих работах [4, 8]). В результате для каждого изображения были выделены 2 класса: нарушенные нефтегазодобычей территории и окружающий ландшафт. Далее, в ПО Fragstats 4.2 рассчитывались параметры фрагментированности территории, с учетом которых затем производилось вычисление индекса потери среды обитания С [3]. Полученные результаты отражены в таблице 1.

Таблица 1 Динамика фрагментированности ландшафтов ключевой территории исследования в границах нефтегазовых месторождений Оренбургской области

Как видно из таблицы 1, фрагментированность ландшафтов по ситуации на 2014 г. значительно выше, площади естественных территорий существенно сократились. Для степной зоны негативное влияние фрагментированности усиливается отсутствием ярусности растительного покрова, что способствует разрушению местообитаний степных сообществ, ставит под угрозу их функциональную целостность и может привести к деградации как отдельных компонентов, так и всей системы в целом. Для формирования представления о связи уровня фрагментированности территории и снижения ее биоразнообразия использовался Индекс потери среды обитания (C), характеризующий вероятность встречи двух особей на рассматриваемой площади; встреча особей одного вида является необходимым условием сохранения вида [3]. С может принимать значения от 0 до 1: чем выше значения индекса, темы выше степень связанности ландшафтов и тем выше вероятность встречи двух особей. Как видно, в 2014 г. степень связанности ландшафтов в границах ключевого участка заметно снизилась. 

Таким образом, в процессе функционирования нефтегазопромыслов происходит значительное истощение важнейших геоэкологических ресурсов степных ландшафтов, что может привести к формированию очагов геоэкологических катастроф при сохранении существующих тенденций природопользования. 

Работа выполнена в рамках Госзадания ИС УрО РАН, № ГР АААА-А17-117012610022-5. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Ahmed Z. Determination and Analysis of Desertification Process with Satellite Data Alsat-1 and Landsat in the Algerian Steppe // Engineering Geology for Society and Territory. Springer International Publishing. 2015. № 2. С. 1847-1852.
  2. Baynard C., Mjachina K., Richardson R., Chibilyev A. Assessing landscape disturbance and the ecological situation of energy development in the U.S. and Russia // International Environmental Technology. 2016, Volume 26, Issue 1, pp. 44-46.
  3. Jaeger J.A., Schwarz-von Raumer H.G., Esswein H., Müller M., & Schmidt-Lüttmann M. Time series of landscape fragmentation caused by transportation infrastructure and urban development: a case study from Baden-Württemberg, Germany // Ecology and Society. 2007. № 12(1): 22.
  4. Myachina K.V., Chibilev A.A. Use of satellite data to identify steppe lands of the Orenburg Trans-Volga Region disturbed by oil development / Geography and Natural Resources. 2015. № 36 (4). С. 383-388.
  5. Shi H., Li L., Eamus D., Huete A., Cleverly J., Tian X., ... & Rotenberg E. Assessing the ability of MODIS EVI to estimate terrestrial ecosystem gross primary production of multiple land cover types // Ecological Indicators. 2017. № 72. С. 153-164.
  6. Yang X., Zhang K., Jia B., & Ci L. // Journ. of Arid Environments. 2005. № 63. (2). С. 517-531.
  7. Крючков К.В. Влияние факелов по сжиганию попутного газа на лесные насаждения // Автореф. дис. … канд. с-х. наук. Екатеринбург, 2000. 22 с.
  8. Мячина К.В. Исследование динамики ландшафтной структуры нефтедобывающих территорий степной зоны Предуралья с применением ГИС-технологий на основе спутниковых данных // Геоинформатика. 2016. № 2. С. 2-13.
  9. Чибилёв А.А., Мячина К.В., Дубровская С.А. Техногенное воздействие на ландшафты степной зоны: типизация, последствия, ограничения // Проблемы региональной экологии. 2014. № 6. С. 20-26.

Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!