Вторник, 18.06.2019, 17:01
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Сельское и приусадебное хозяйство

ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ И ПРОБЛЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ КОЛЫМЫ

Е.А. Тихменев, профессор кафедры биологии и химии факультета естественных наук и математики СВГУ; заведующий лабораторией геоботаники ИБПС ДВО РАН; кандидат биологических наук, доцент
Ф.В. Хроменко

ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ И ПРОБЛЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ КОЛЫМЫ

Обсуждаются результаты исследований растительности нарушенных при разработке россыпных месторождений бассейна Верхней Колымы. Приводятся данные о флоре, видовом разнообразии растений – пионеров зарастания техногенных образований. Определена направленность естественного самовосстановления почвенно-растительных комплексов в условиях техногенеза. На большей части нарушенных земель самовосстановление растительного покрова протекает неудовлетворительно. Исключение составляют вскрышные отвалы, содержащие значительное количество потенциально-плодородных грунтов и почв. Обсуждаются темпы сукцессионных процессов и видового разнообразия на техногенных образованиях. Направленность естественного восстановления растительного покрова на нарушенных землях определяется видовым составом природных растительных сообществ, служащих источником поступления семян. Растительность на галечных и эфельных отвалах, карьерах практически отсутствует и такие объекты подлежат направленной
рекультивации с использованием семян местной флоры.

Ключевые слова: растительность, флора, нарушенные земли, ландшафт, техногенез, естественное восстановление. 

 

Большая часть горного ландшафта верхнего течения р. Колымы представлена в значительной степени нарушенными в результате разработки месторождений россыпного золота и воздействия пирогенного фактора. Здесь большинство техногенных ландшафтов в теперешнем их состоянии неблагоприятны для окружающей среды, загрязняя поверхностные водотоки и часто опасны для здоровья человека. Они искажают нормальный ход таких фундаментальных процессов, протекающих в биосфере, как биологический круговорот веществ и других особенностей функционирования северных экосистем [11]. В силу этих причин сформировался комплекс экологических проблем, связанных с освоением минеральных ресурсов в криолитозоне. Проблемы, связанные с восстановлением природной ценности нарушенных ландшафтов, требуют скорейшего разрешения.

Значительные площади Северо-Востока России в той или иной степени несут следы антропогенного воздействия, главным образом в результате масштабных разработок месторождений полезных ископаемых. Исследования по восстановлению природной ценности нарушенных земель, в целях минимизации ущерба природной среде и улучшения условий проживания населения, являются особенно актуальными. Сформировались устойчивые геохимические аномалии, трансформированные экосистемы часто представляют собой опасные в эрозионном отношении техногенные образования. На сегодня в континентальных районах Магаданской области с остротой стоят вопросы восстановления природной среды и охраны генофонда редких видов растений и животных. Сложность решения данных проблем восстановления природной среды заключается в особенностях географического положения рассматриваемой территории, которое предопределяет многообразие процессов деградации почвенно-растительных комплексов (ПРК) при внешнем воздействии, носящих комплексный характер.

Цель работы

Работа заключалась в выявлении глубины техногенных нарушений и изучении процессов самовосстановления почвенно- растительных комплексов (ПРК) нарушенных ландшафтов Крайнего Северо-Востока России. Исследования выполнялись в бассейне Верхней Колымы в долине р. Берелех. Территория более 80 лет находится под техногенным воздействием и нарушенные земли достигли ландшафтного уровня в результате освоения россыпных месторождений. Разрабатываемые россыпи приурочены в большинстве случаев к речным долинам, которым свойственна наивысшая биологическая продуктивность и являющихся энергетическими узлами экосистем [1]. Рекультивация ПРК нарушенных земель (более двух десятков лет) предприятиями, в большинстве случаев, - не выполнялись.

Объекты и методика

Наши исследования проводились в бассейне Верхней Колымы в долине ее правого притока - р. Берелех. Растительный покров территории является характерным для подзоны лиственничных лесов и редколесий, сформировавшихся в условиях континентального климата со значительным разнообразием биоклиматических, литологичеких, гидрологических, геоморфологических и криологических условий [14]. На рассматриваемой территории добыча россыпного золота осуществляется на протяжении уже более 80 лет. Натурные наблюдения выполнялись в летний период 2017 г. на пробных площадях, заложенных на различных элементах нарушенного долинного ландшафта. Проводились флористические сборы в естественных и нарушенных ПРК по общепринятым методикам [8; 9]. Определение температурных условий формирования растительных группировок выполнен на техногенных образованиях различного генезиса с использованием логгеров и дальнейшим анализом полученных данных на компьютере. Был выполнен обзор доступных литературных данных, посвященных проблемам восстановления почвенно-растительных комплексов нарушенных местообитаний в условиях повсеместного распространения многолетней мерзлоты.

Результаты и их обсуждение

Выполненное обследование нарушенных и естественных биогеоценозов долины р. Берелех позволило оценить состояние природной среды и направленность сукцес- сионных процессов на техногенных образованиях в бассейне р. Берелех. Разработка месторождений приводит к образованию резко расчлененного рельефа техногенного характера. В нем имеются как денудационные (выемки, котлованы), так и аккумулятивные элементы - дамбы и отвалы разной степени высоты [4]. Разработка россыпных месторождений открытым способом коренным образом изменяет условия произрастания растений. В процессе разработки россыпных месторождений происходит масштабная мелиорация участков в речных долинах, происходит кардинальное нарушение целостности и погребение нынешнего почвенного слоя, вынос на поверхность глубокозалегающих пород русловой фации с нарушением их криогенного состояния [5]. На нарушенных землях имеется большой спектр условий для поселения пионерных растений, свойственный техногенным ландшафтам. Важным фактором, определяющим скорость и направление восстановительных сукцессий, является характер и степень увлажнения субстрата. При этом техногенные образования характеризуются более высоким суммарным поглощением солнечной энергии по сравнению с ПРК естественных сообществ. Так, для галечных отвалов свойственно снижение в летний период отраженной радиации на 6-7, радиационного баланса и затрат тепла на испарение - на 25-30, кондуктивного потока в породы на 7-10 % [6]. Поступающая на поверхность воды дражных «пазух» суммарная величина радиации и противоизлучение атмосферы превосходят свои региональные значения в суточном ходе в 1,5 и 2 раза соответственно. Причиной этого являются потоки коротко- и длинноволновой радиации, отражаемой и излучаемой бортами окружающих дражных отвалов.

Под действием градиентов температуры и влажности в галечных и эфельных отвалах интенсивно развивается внутригрунтовая конденсация парообразной влаги [7]. Наибольшая интенсивность конденсации идет вблизи подошвы слоя сезонного протаива- ния. Источник конденсирующейся влаги - водяной пар и приземный слой атмосферы, включая воздух, заключенный в порах формирующегося почвогрунтов. За счет конвекции отвалы за летний период в среднем получают 25 %, плотностной конвекции воздуха - 65 % и теплопроводности - не более 10 % суммы тепловой энергии.

Выполненные исследования позволили установить значительное варьирование физико-химических свойств техногенных образований. Вскрышные отвалы представляют собой смесь зональных почв, погребенного торфа, гумусированных суглинков и супесей, а также щебня и гальки различного размера и степени окатанности. Каменистость отвалов может достигать 85-90 %, при этом содержание илистой фракции в составе мелкозема в пределах отдельного вскрышного отвала изменяется от 0 до 17 %, а физической глины - от 1 до 33 % [11]. Крайне неравномерным распределением характеризуются и физико-химические показатели. Установлено, что реакция среды варьирует от сильнокислой до почти нейтральной, насыщенность основаниями - от 28 до 85 %, содержание подвижных форм фосфора - от 3 до 30 мг/100 г. Весьма значительна вариабельность отношения: C:N, фракционного группового состава гумуса, соотношения гуминовых и фульвокислот, степени засоленности грунтов солями, загрязненности тяжелыми металлами и накопления подвижных форм микроэлементов. Отмеченные особенности определяют необходимость индивидуального подхода к конкретным техногенным образованиям как при оценке степени экологической опасности, так и возможности использования их в качестве плодородного слоя и перспектив проведения направленной рекультивации [15].

Успех естественного восстановления нарушенных ПРК определяется содержанием мелкозема и уровнем теплообеспече- ния мест произрастания. Установлено, что содержание мелкозема в поверхностном слое техногенных образований составляет в среднем 14 %, достигая на вскрышных отвалах до 30-44 %. В этой связи характер зарастания изменяется от полного отсутствия растительного покрова до формирования четко выраженных пионерных фито- ценозов уже спустя 3-4 года. Существенная роль при восстанов-лении нарушенных ПРК принадлежит влажности мелкозема и удаленности техногенных образований от источников обсеменения - природных растительных комплексов [13].

Температурный режим пород ПТК и нарушенных земель в континентальных районах Магаданской области

Тепловых ресурсов в нарушенных землях значительно больше, чем в нетронутых природных комплексах. Для континентальных районов Магаданской области сумма температур за июнь-август (рассчитанная по средней температуре пород в слое до 0,2 м) для галечного отвала выше на 600 и 800 °С-сут., чем для заболоченной кочкарной тундры и редкостойного лиственничника. По сравнению с мелиорированной тундрой разность тепловых ресурсов составляет для дражного отвала - 200 °С-сут., для отвала вскрышных пород - 130 °С-сут. (см. таблицу).

Естественное восстановление растительного покрова. Большое разнообразие условий для поселения пионерных растений, свойственное техногенным ландшафтам, находит свое отражение в структуре и продуктивности растительного покрова. Обследование территории показало, что специфика растительного покрова техногенных участков предопределяет образование непрерывных рядов, повторяя в несколько измененном виде основные типы растительности долинных комплексов - от пойменных сообществ до заболоченных надпойменных террас. На завершающей стадии сукцессий при восстановлении растительности на отвалах вскрышных пород флористическое разнообразие чаще всего выше, чем в естественных природных комплексах, что связанно с повышенной теплообеспеченностью нарушенных земель и отсутствием на первых стадиях зарастания конкуренции между растениями.

Почвообразование на техногенных элементах протекает замедленно, поскольку формирующиеся почвы слабо обеспечены свежим органическим веществом. Процесс естественного зарастания отвалов, как правило, протекает по типу первичных длительных сукцессий в формирующихся фито- ценозах в направлении исходных растительных сообществ. Но даже по истечении длительного периода времени сформировавшиеся растительные группировки отличаются от существовавших до техногенного воздействия и от окружающих их зонально- территориальных комплексов.

Обследование техногенных объектов различного генезиса показало, что особенно неблагополучная ситуация с самозарастанием нарушенных земель складывается на отвалах щебнисто-галечных материалов, наиболее благоприятная отмечается на отвалах вскрышных пород и гидроотвалах. Флористическое обследование территории показало, что в нарушенной речной долине встречаются около 200 видов естественной флоры. Обследование нарушенных ПРК 60-летнего возраста и старше показывает, что техногенная растительность районов разработок россыпных месторождений хорошо заметна на местности до настоящего времени.

Анализ флористического состава и структуры надземной и подземной биомасс в нарушенных экосистемах позволяет предположить, что естественное восстановление растительного покрова характеризуется значительным сходством сингенетических стадий на всех типах техногенных образований [10], при этом наиболее высокие темпы формирования пионерных агрегаций наблюдаются на отвалах вскрышных пород. Уже через 1220 лет после снятия техногенной нагрузки здесь отмечается образование ивняковых фитоценозов со сплошным напочвенным ярусом из злаков, осок, пушиц, хвощей и зеленых мхов, при превалирующем участии (до 48 %) трав в составе надземной фито- массы. В свою очередь на галечниковых отвалах, вследствие низкой влагообеспе- ченности субстрата и малого содержания мелкозема, растительность восстанавливается крайне медленно. Сомкнутость кронового полога в пионерных группировках различного возраста (от 5 до 20 лет) составляет не более 25 %, в то же время проективное покрытие напочвенного яруса может достигать 40 % и выше. Заметна регулирующая роль щебнисто-галечного субстрата, аккумулирующего и излучающего тепловую энергию в отдельные периоды суток. В целом наиболее благоприятны в микроклиматическом отношении для восстановления почвенного и растительного покрова ило- отстойники, в которых достаточное увлажнение сочетается со сравнительно высокой теплообеспеченностью, что содействует успеху самовосстановления ПРК.

Самозарастание нарушенных горными работами земель протекает большей частью неудовлетворительно [12; 13]. На нарушенных в процессе разработки месторождений землях спорадично произрастает злаково- осоковое разнотравье: пырейники, вейники, полевицы, мятлики, овсяницы, арктофила, арктагростис, осоки, пушицы. Основными факторами, препятствующими успешному восстановлению растительного покрова, являются обширность нарушенных земель, подвижность поверхности техногенных образований и значительная удаленность от источников «семенного дождя» - природных растительных комплексов, обеспечивающих достаточный налет семян на нарушенные земли. Обследование техногенных объектов различного генезиса показало, что наиболее сложная ситуация складывается на отвалах щебнисто-галечных материалов, наиболее благоприятная - на отвалах вскрышных пород и гидроотвалах. В частности, интервал изменения содержания мелкозема составляет на отвалах 14 % (от 30 до 44 %), а характер формирования растительных комплексов - от полного отсутствия растительного покрова до ярко выраженного формирования пионерных фитоценозов. Можно утверждать, что основная роль в восстановлении растительного покрова нарушенных земель принадлежит количественному содержанию мелкозема в поверхностном слое техногенных образований и их удаленности от природных растительных комплексов, служащих источником поступления семян на нарушенные участки [2; 13]. Из древесных видов - это лиственница Каяндера, чозения земляничниколистная и тополь душистый; из кустарников - различные виды ив, ольха кустарниковая, береза тощая, береза Мидден- дорфа. Также широкое распространение получает типичный представитель надпойменных террасных долин - кедровый стланик. Травяно-кустарничковый ярус приходится на злаки. Активно заселяют техногенные участки представители розоцветных. Значительная роль в восстановлении растительного покрова принадлежит разнотравью.

В начальный период после снятия техногенной нагрузки, в зависимости от гранулометрического состава техногенных образований и содержания мелкозема в поверхностном слое, формируется мозаичный растительный покров из неприхотливых видов-пионеров, отличающихся высокой семенной продуктивностью. В условиях достаточного и избыточного увлажнения быстро возникают сомкнутые, часто монодоминантные сообщества из видов родов Carex и Eriophorum. Общим для нарушенных местообитаний с недостатком влаги является участие в начальных стадиях восстановительных сукцессий злаков.

На техногенных образованиях хорошее развитие получили кустарниковые ивы (Salix schwerinii, S. bebbiana), деревья (Chosenia arbutifolia, Populus suaveolens), единично встречается подрост Larix cajanderi. Древесная растительность на вскрышном отвале начинает формироваться спустя не менее 58 лет после выведения земель из технологического цикла. При этом покров представлен крупнокустарниковыми ивами с продуктивностью надземной массы до 0,15 т/га (ива Шверина), травянистых многолетников - до 0,05 т/га (кипрей узколистный), 0,02 т/га (ячменек гривастный) и другие виды с меньшим обилием [11]. Общий запас растительной массы на этой стадии сукцессии составляет не более 0,59 т/га. Растительный покров на галечных отвалах того же возраста сильно изрежен, имеет явно выраженный ксеро- фильный облик.

Нарушенные ландшафты на первых этапах самовосстановления характеризуются отсутствием сомкнутого растительного покрова, низкой микробиологической деятельностью и замедленным круговоротом веществ. Малый объем «живого вещества», участвующего в биосинтезе и накоплении биогенных элементов, предопределяет очень низкие темпы восстановления почвенного покрова в начальный период. Как показывают проведенные натурные исследования, на отвалах вскрышных пород наибольшую фитомассу создают злаковые группировки.

Таким образом, интенсивность самозарастания нарушенных земель зависит от гранулометрического и минералогического составов пород, угла откоса отвалов и их экспозиций, наличия источника наноса семян, а также возраста отвалов.

Направленное восстановление ПРК (рекультивация) нарушенных земель.

Рекультивация земель должна проводиться с учетом местных почвенно-клима- тических условий, степени повреждения и загрязнения, ландшафтно-геохимической характеристики нарушенных земель, конкретного техногенного образования [12; 15]. Включение отвалов переработанной горной массы в общую схему рекультивации нарушенных земель обычно сдерживается отсутствием предварительно снятого плодородного слоя. Эта проблема решается посредством землевания отвалов рыхлыми отложениями различного генезиса [3]. При этом илоотстойники, имеющие ровную поверхность и сложенные смесью песчаных и илистых фракций, могут быть рекультивированы без дополнительного формирования поверхностного потенциально-плодородного слоя, но при обязательном условии проведения дренажных работ и тепловых мели- ораций. Восстановление нарушенного растительного покрова может выполняться в нескольких направлениях: в пределах техногенного комплекса (сплошная рекультивация) и отдельных техногенных элементах (фрагментарная рекультивация). В пределах речной долины выделяются три зоны нарушенных земель: руслово-пойменная часть в зоне действия постоянных и временных водотоков и притоков; пойменно-террасовая со старицами и озерами, примыкающими к коренным бортам и склонам; коренные борта, склоны и водораздельные участки. Руслово-пойменные части постоянных и временных водотоков рекультивируются, в первую очередь, в направлении близком к естественному состоянию. Массивы нарушенных земель остальной части долины должны раз- валовываться до достижения слабоувалистого выположенного мезорельефа. Поверхность рекультивированного объекта должна совпадать с уклоном местности, в пределах которой расположен техногенный комплекс, но не превышать 3-50. На более крутой рекультивируемой поверхности следует создавать террасы и уступы. Технический этап завершает формирование плодородного корнеобитаемого слоя нанесением потенциально-плодородных пород на поверхность рекультивируемых образованийю. Мощность корнеобитаемого слоя должна быть не менее 0,2-0,3.

Азональность техногенных территорий, выражающаяся в повышенной температуре поверхностного слоя и большей глубины сезонного протаивания, оказывает благоприятное воздействие на сезонное развитие растений. Одним из индикаторов благополучия особи является ее способность к семенному размножению. Экспериментальное определение уровня фертильности генеративной сферы, ряда наиболее распространенных как на техногенной, так и на естественной территории видов растений позволило получить интересные результаты. Жизнеспособность пыльцы изучаемых растений оказалась высокой. Данный показатель благополучия особей, произраставших на техногенных участках оказался равным, а в ряде случаев выше, чем в естественных климатических условиях (см. рисунок).

Особенности прорастания семян растений техногенных (1) и естественных (2) местообитаний в пойме р. Берелех [11]

Особенности прорастания семян растений техногенных (1) и естественных (2) местообитаний в пойме р. Берелех также свидетельствуют о благополучном состоянии видов нарушенных местообитаний. Их жизнеспособность на нарушенных участках оказалась даже выше. Вероятнее всего, это результат лучшей теплообеспеченности нарушенных земель.

В решении проблем рекультивации нарушенных земель большое значение имеет правильный выбор интродуцируемых видов и технологических приемов восстановления растительного покрова на техногенных образованиях. Обязателен учет физико-химических свойств техногенных элювиев для определения норм внесения удобрений и извести для нейтрализации почвенного раствора. Они определяются на основе химического анализа по актуальной (рН) и гидролитической кислотности, а также в зависимости от насыщенности почв и пород основаниями [11; 15].

Многолетний опыт северного луговодства в нашей стране свидетельствует о перспективности использования в экстремальных условиях местных популяций растений. В тундровой зоне это вызвано тем, что в отличии от сеяных трав их рост и развитие происходят при более низкой теплообеспеченности. В северо-таежной зоне региона с суммой температур выше 30 °С заслуживает внимания возможность возделывания таких сельскохозяйственных культур как овес, рапс, райграс, горох посевной и полевой, их смеси, а также многолетние травы: аркта- гростисы, мятлики, пырейники, лисохвост северный, овсяница красная и др. злаки местной флоры [14]. Наибольший эффект рекультивации достигается на нарушенных территориях путем использования семян видов местной флоры как наиболее приспособленных к природно-климатическим условиям региона [3; 13; 14].

Таким образом, эффективное использование земельных ресурсов и охрана окружающей среды возможны только при научно обоснованном выполнении восстановительных работ по формированию почвенно- растительного покрова после завершения разработки месторождений полезных ископаемых.

 

Библиографический список

1. Андреев А.В. Эталоны природы Охотско- Колымского края / А.В. Андреев; отв. ред. И.А. Череш- нев. - Магадан : СВНЦ ДВО РАН, 2013. - 351 с.
2. Богданов П.Ф. Эффективность мер содействия естественному возобновлению лиственницы даурской в южной части Магаданской области / П.Ф. Богданов, Е.А. Тихменев // Повышение продуктивности лесов Дальнего Востока. Труды ДальНИИЛХ. - 1983. - Вып. 25. - С.100-106.
3. Временная инструкция по рекультивации земель, нарушенных при разработке многолетне- мерзлых россыпей Северо-Востока СССР - Магадан : ВНИИ-1, 1990. - 86 с.
4. Железнов Н.К. Классификация антропогенных ландшафтов Северо-Востока СССР / Н.К. Железнов // Проблемы изучения и охраны ландшафтов. - Владивосток : ДВО АН СССР, 1988. - С. 88-132.
5. Замощ M.H. Нарушенные земли Магаданской области: перспективы и проблемы освоения / М.Н. Замощ [и др.] // Колыма. - 1990. - № 6. - С. 25-27.
6. Зинченко А.И. Исследование теплового эффекта конденсации паров воды в отвалах песков подземной добычи / А.И. Зинченко, И.М. Папернов // Труды ВННИ-1. - Магадан, 1977. - Т. 37. - С. 29-36.
7. Зинченко А.И. Экспериментальные исследования конденсации в условиях отрицательных температур зоны аэрации / А.И. Зинченко, И.М. Папернов // Взаимосвязь поверхностных и подземных вод в мерзлотной зоне. - Якутск : Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1980. - С. 67-78.
8. Капелькина Л.П. Самозарастание нарушенных земель Севера : монография / Л.П. Капелькина [и др.]. - СПб., 2014. - 204 с.
9. Методы изучение техногенных экосистем. - М. : Наука, 1978. - 273 с.
10. Пугачев А.А. Сингенез и продуктивность естественной растительности посттехногенных ландшафтов Крайнего Северо-Востока / А.А. Пугачев, Т. А. Мос- калюк, Н.Е. Подковыркина // Колыма. - 2001. - № 1. - С. 42-46.
11. Пугачев А.А. Структурно-функциональная организация и динамика почвенно-растительного покрова Северо-Востока России : монография / А.А. Пугачев, Е.А. Тихменев. - Магадан : СВГУ, 2011. - 197 с.
12. Пугачев А.А. Региональные особенности восстановления техногенных ландшафтов Северо- Востока Азии / А.А. Пугачев, Е.А. Тихменев, П.Е. Тих- менев // Проблемы региональной экологии. - 2004. - № 5. - С. 55-64.
13. Пугачев А.А. Естественное восстановление техногенных ландшафтов лиственничных редколесий Северо-Востока России / А.А. Пугачев, Е.А. Тихменев, П.Е. Тихменев // Экология. - 2005. - № 6. - С. 429433.
14. Реутт А.Т. Растительность / А.Т. Реутт // Север Дальнего Востока. - М. : Наука, 1970. - С. 257-299.
15. Тихменев Е.А. Опыт и проблемы биологической рекультивации нарушенных земель Крайнего Северо- Востока Азии / Е.А. Тихменев // Успехи современного естествознания. - 2012. - № 11. - С. 22-24.

Источник: Научный журнал "Вестник Северо-Восточного государственного университета" 2018. - Вып. 29.


Категория: Сельское и приусадебное хозяйство | Добавил: x5443 (12.06.2019)
Просмотров: 15 | Теги: Флора, ландшафт, техногенез | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2019 Обратная связь