ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЭТАПАМ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ВОССОЗДАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ФУНКЦИЙ ЛЕСНЫХ УЧАСТКОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЭТАПАМ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ВОССОЗДАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ФУНКЦИЙ ЛЕСНЫХ УЧАСТКОВ
Аннотация
В статье представлены результаты многолетних исследований проблемы обоснования мероприятий по воссозданию защитных и лесохозяйственных функций на лесных участках путем рекультивации земель после выполнения геологического изучения недр и освоения полезных ископаемых.
Объектом исследований явились нарушенные горными работами земли, в том числе загрязненных токсичными твердыми отходами, основная цель которых состояла в проведении их рекультивации с использованием методов биоремедиации (применением потенциала биологических систем). При выполнении исследований использованы различные методы, применяемые в горном деле и эколого-лесоводственных исследованиях. Состояние лесной растительности на рекультивированных землях изучено с использованием ГИС-технологий и дистанционного зондирования Земли, традиционных лесоводственно-таксационных и маршрутно-рекогносцировочных методов. Общепринятыми методами исследованы процессы почвообразовапния на рекультивированных площадях. С применением детального почвенного картографирования выявлены сформировавшиеся на рекулитивированных участках молодые почвы — эмбриоземы.
Выявлено, что почвенно-экологическая эффективность самозарастания нарушенных освоением минерального сырья, оцениваемая по характеру новообразованного почвенного покрова и накоплению педогенного органического вещества, — невысокая, а состояние самозарастающих ландшафтов и воссоздание защитных функций лесных участков — неудовлетворительное. Установлено, что благоприятные биоклиматические факторы при проведении рекультивационных мероприятий способствовали тому, что в исследуемом районе эволюция эмбриоземов развивается от инициальных в органо-аккумулятиввные, а затем — в гумусово-аккумулятивные. В сингенезе со стадиями растительных сукцессий протекает почвообразование на рекультивированных участках. Исследовано их почвенное и экологическое состояние. Выявлена возможность восстановление защитных и лесохозяйственных функций лесных насаждений путем ускоренной рекультивации.
Общее почвенно-экологическое состояние участка лесной рекультивации характеризуется как удовлетворительное (30 баллов) на рекультивированном участке ликвидированного Кербинского прииска, и хорошее (49 баллов) — на участке рекультивации Райчихинского угольного разреза. Предложен способ рекультивации, новизна которого подтверждена Патентом РФ.
1. Введение
Деятельность горнодобывающих предприятий, которые играют важную роль в экономике многих регионов России, в том числе Дальневосточного федерального округа, приводит к интенсивному разрушению почв, уничтожению растительного покрова, загрязнению компонентов окружающей среды, деградации природных ландшафтов. В соответствии со Стратегией социально-экономического развития Хабаровского края и другими нормативными документами
, повышение качества жизни населения, укрепление его здоровья, экологическая устойчивость являются приоритетными факторами развития региона. Они должны обеспечиваться сохранением и восстановлением природных экосистем, поддержанием их целостности, обеспечением снижения негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду. Ключевым показателем качества окружающей среды и уровня экологической безопасности в регионе является состояние главной водной магистрали — реки Амур, биосферного значения, и её притоков, вдоль которых сосредоточено около 87% проживающего здесь населения. В связи с этим восстановление нарушенных земель, воссоздание их защитных и экологических функций путем проведения рекультивационных работ, является необходимым условием сохранения природной среды и устойчивого развития региона. Оно способствует минимизации негативных последствий эксплуатации месторождений и обеспечивает сохранение природных богатств для будущих поколений. Вопросы оценки эффективности рекультивации нарушенных земель с помощью экосистемного подхода в своей работе исследовала М.А. Гавриловская . По ее мнению, на эффективность рекультивации нарушенных земель влияют экологические, социальные, экономические факторы, а также их взаимообусловленность, трансформационность, выражающуюся в формировании экологического эффекта, являющегося необходимым условием появления социального и экономического эффектов. В свою очередь, полученные эффекты от проведения рекультивации определяются как разность между результатами и затратами на осуществление рекультивации.Также специфику развития методического обеспечения оценки эффективности рекультивационных работ в России исследовала М.Н. Игнатьева с соавторами
. Анализ эволюционных тенденций в сфере методического обеспечения оценки эффективности рекультивационных мероприятий показал, что динамика развития соответствующего методического обоснования коррелирует с периодичностью совершенствования методик оценки эффективности капитальных вложений в производственной сфере. Авторы полагают, что будущие направления развития методического инструментария будут сосредоточены на его адаптации к требованиям разработки инвестиционных проектов, а также на детализации методики расчёта экономического ущерба, включающей учёт экологических последствий в рамках экосистемного подхода.Л.С. Миков и соавторы изучали возможность применения данных дистанционного зондирования Земли при оценке эффективности рекультивации. Одним из наилучших способов контроля состояния рекультивированных земель, нарушенных деятельностью горноперерабатывающих предприятий, является дистанционный (космический) мониторинг с использованием мультиспектральных спутниковых изображений. В результате исследования космических снимков были построены карты индексов (нормализованный относительный индекс растительности, индекс растительности с коррекцией по почве), и, для уточнения результатов, рассчитаны показатели содержания хлорофилла и влаги в листе. Авторами сделан вывод, что применение методов дистанционного зондирования Земли и обработка данных с беспилотных летающих аппаратов позволяет оценить влагообеспеченность и состояние растительности на рекультивированных участках. Проведённые исследования продемонстрировали, что показатели состояния растительного покрова на ранее нарушенных участках практически не отличаются от контрольных значений. Данный факт служит объективным подтверждением восстановления растительности и почвенного покрова на рекультивированном ранее участке.
В.А. Андрохановым и В.М. Курачевым предложены методы диагностики и оценки почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов на различных стадиях их формирования и определения почвенно-экологической эффективности рекультивации. В основу решения этой задачи была положена теория бонитировки почв, в которой сравнение баллов бонитета естественной почвы и породы техногенного ландшафта позволяет оценить степень их различия и определить перспективы самовосстановления экосистемы. Однако для оценки степени влияния последствий техногенеза необходимо применение параметра, лимитирующего почвообразование, которое обусловлено в первую очередь, малым временем развития процессов почвообразования. Однако уже на начальных этапах восстановления ландшафтов, на основе изучения и анализа ведущих факторов почвообразования, рельефа и почвообразующих пород, возможно оценить перспективы развития растительности и почв на нарушенных территориях, и определить уровень восстановления основных функций лесного покрова, как почвенно-экологических, так и защитных. Сделан вывод, что в техногенных ландшафтах, несмотря на различия условий, в созданных местообитаниях, почвенный покров значительно менее разнообразен, что подтверждается нашими исследованиями
, .Комплексная оценка рекультивации земель в горнодобывающем районе в провинции Хэнань исследователями из Китая Shidong Wang и др.
, с использованием ГИС-технологий и дистанционного зондирования Земли, позволила сделать вывод об ее эффективности по трем аспектам: качество почвы (общее содержание азота, эффективная толщина почвы, содержание органических веществ и уровень pH), техническое качество (площадь обрабатываемых земель после рекультивации, доступность и уклон участка) и важность экологических услуг (ценность в производстве продуктов питания, улучшение качества почвы и, особенно, степень эффективности переработки ею питательных веществ). На основе этих характеристик исследуемая территория была разделена на 13 участков, три из которых набрали максимальное количество — 80 баллов. Полученные эффективные показатели проведения рекультивационных мероприятий подтвердились проведенными полевыми исследованиями.O. Végsöová и соавторы провели оценку рекультивации карьеров на основе разработанного ими индекса качества рекультивации (RQI). Предлагаемый индекс качества рекультивации основан на междисциплинарной основе и использует методологию Delphi, с помощью которой в процесс оценки включаются экспертные знания и взвешенные показатели. Значение RQI рассчитывается как взвешенное среднее арифметическое нормализованных значений отдельных показателей и находится в диапазоне от 0 до 1, где более высокое число указывает на лучшее техническое и экологическое качество проведенных мелиоративных мероприятий. По результатам исследований было установлено пороговое значение индекса — 0,5, показатели ниже которого считаются критическими и требуют применения корректирующих рекультивационных мер.
В работе B.D. Pinno и V.C. Hawkes была проведена комплексная оценка процессов формирования лесов на рекультивируемых территориях, расположенных в границах добычи нефтеносных песков Северной Альберты, Канада. Для сравнения использовались, как искусственно восстановленные леса, так и природные массивы, мониторинг которых проводился уже длительное время. В рамках исследований оценивались структурные характеристики растительных сообществ, состав флоры и доступность ключевых питательных компонентов почвы. Основные итоги исследования заключаются в следующем:
1. Между различными методами рекультивации обнаружено незначительное количество статистически значимых различий в состоянии экосистем;
2. Естественное развитие древесных насаждений привело к появлению множества значимых отличий среди типов исследуемых площадей;
3. За период около двух десятилетий наблюдалось заметное изменение большинства характеристик растительных сообществ, таких как разнообразие видов и распределение покровов отдельных категорий (разнотравье, кустарники, интродуцированные растения);
4. Уровень доступного азота в почве оставался неизменным вне зависимости от метода рекультивации и временного промежутка наблюдения.
Вместе с тем выявлены значительные колебания содержания доступного фосфора, что предполагает его значимость как возможного индикатора состояния формирующейся экосистемы. Авторы делают важный вывод о необходимости продолжения исследований и регулярного мониторинга аналогичных экосистем в течение долгого времени. Подобный подход позволит лучше понять динамику развития и эффективно оценивать качество проводимых рекультивационных мероприятий.
Исследование E. Darko и соавторов
посвящено оценке экологической эффективности проекта рекультивации, реализованного крупной горнодобывающей компанией в западном округе Аманси (регион Ашанти, Гана). Учёные проанализировали состояние растительности спустя 20 лет после восстановления земель. Для оценки использовали сравнительный подход: рекультивированный отвал пустой породы сопоставляли с прилегающим природным лесом (выступавшим в роли эталонного участка). На каждом из них заложили по 12 площадок размером 25×25 м для учёта видового состава деревьев и параметров их роста. Результаты показали, что, несмотря на определённый прогресс, за два десятилетия отвал не достиг состояния естественного леса. Так, показатель разнообразия деревьев на восстановленном участке составил 1,08 — значительно ниже, чем на контрольном (2,25). Эталонный лес также отличался более сложным структурным и композиционным разнообразием. Авторы делают вывод о необходимости усовершенствовать подходы к отбору видов растений (с приоритетом местных видов) и разработать адаптивные стратегии управления для повышения эффективности долгосрочного восстановления земель после добычи полезных ископаемых.Анализ, обобщение и систематизация литературных данных свидетельствует о том, что названная проблема в Дальневосточном федеральном округе слабо изучена, имеется лишь небольшой опыт. В связи с этим цель исследования состояла в проведении рекультивации нарушенных горными работами земель с использованием методов биоремедиации (применением потенциала биологических систем) и определении почвенно-экологической эффективности мероприятий по этапам рекультивации для оценки возможности воссоздания защитных функций лесных участков.
2. Район работ и методы исследования
Исследования по названной проблеме проведены в течение более чем 30 лет на горных предприятиях Хабаровского и Приморского краев, Амурской и Сахалинской областей Дальневосточного федерального округа.
В качестве методологической основы исследований послужило учение академика В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере
, а также основные положения, изложенные в Программе и методике изучения техногенных биогеоценозов Б.П. Колесникова и Л.В. Моториной . При реализации программы использованы эколого-лесоводственные и лесоводственно-таксационные методы, геоботанические, геоморфологические, ГИС-технологии и методы дистанционного зондирования Земли, а также комплексный ландшафтно-экологический подход и карты растительности. Видовой состав растительности на техногенных объектах изучен маршрутным методом. Нашли применение методы закладки учетных площадок и профилей. Исследования выполнены с учетом методических разработок В.Н. Сукачева, С.В. Зонна, Т.А. Работнова, В.Д. Александровой , , . В наиболее характерных лесных участках, загрязненных токсичными твердыми отходами горной промышленности и на рекультивированных площадях заложены пробные площади. Высоты измерялись высотомером Suonto, мерной вилкой определен диаметр. Изучены ярусы лесного биогеоценоза: древесный полог, подрост, подлесок, живой напочвенный покров . Заложены ленточные пробные площади, позволяющие учесть групповое расположение деревьев.На учетных площадках общепринятыми методами исследован видовой состав живого напочвенного покрова. По шкале Друде определено обилие травяной и моховой растительности. Естественное возобновление растительности, как компонента биогеоценоза в техногенных экосистемах, исследовано в соответствии с методическими указаниями В.Н. Сукачева и С.В. Зонна . На модельных пробных площадях проведено изучение естественного зарастания отвалов по известным в геоботанике методам с акцентом на количественные методы учета.
Одновременно с изучением условий естественного возобновления растений на лесных участках, загрязненных токсичными твердыми отходами горной промышленности и продуктивности на различных этапах развития фитоценозов, исследовано формирование техногенных почв, в соответствии с методическими указаниями С.В. Зонна , В.А. Андроханова и В.М. Курачева .
Анализ образцов почв на содержание соединений тяжелых токсичных металлов и мышьяка проведен в Центре коллективного пользования методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе ICP-MS ELASN DRC II PerkinElmer.
Осуществлен патентный поиск. Поиск охранных документов по всем базам данных для всех стран проведён на глубину не менее 20 лет.
Статистическая обработка данных выполнена с использованием компьютерных пакетов программ EXCEL 2007.
3. Результаты исследования и их обсуждение
На основе разработанных принципов В.А. Андрохановым и В.М. Курачевым и наших собственных исследований
, , , и т.д. нами предложено следующее определение понятию почвенно-экологической эффективности рекультивации как оценка успешности воссоздания продуктивности нарушенных горным производством земель, основанная на сравнении свойств почвы (плодородие, структура, водно-физические свойства и др.) и экосистемных функций (самоочищение, биоразнообразие) до и после мероприятий. Она определяет эффективность проведения ее технического и биологического этапов.В результате многолетних исследований проблемы обоснования мероприятий по воссозданию защитных и лесохозяйственных функций на лесных участках путем рекультивации земель после выполнения геологического изучения недр и освоения полезных ископаемых выявлено, что почвенно-экологическая эффективность самозарастания нарушенных освоением минерального сырья, оцениваемая по характеру новообразованного почвенного покрова и накоплению педогенного органического вещества, — невысокая, а состояние самозарастающих ландшафтов и воссоздание защитных функций лесных участков — неудовлетворительное. Однако известно, что рекультивация нарушенных земель предполагает
воссоздание на их месте продуктивных и рационально организованных техногенных ландшафтов. В зависимости oт планов дальнейшего их использования они могут преобразоваться в другие близкие к естественным ландшафтам. По мнению И.М. Гаджиева и др. , необходимо качественно проводить горнотехнический этап рекультивации и разрабатывать надежные приемы последующего ухода за восстановленными площадями. Рекультивационные мероприятия по воссозданию продуктивности на нарушенных землях в настоящее время проводят, как правило, в три этапа:Подготовительный этап — обследование нарушенных горными работами земель, определение направления рекультивации, а также составление проекта рекультивации.
Горно-технический этап рекультивации, предусматривающий выполнение мероприятий по подготовке территории к последующему целевому использованию, включающий:
– планировку поверхности (полную и частичную);
– выполаживание и (или) террасирование откосов отвалов и бортов карьерных выемок;
– при необходимости селективное снятие, транспортирование, складирование и нанесение на рекультивируемые земли потенциально плодородных пород (ППП) и плодородного слоя почвы (ПСП);
– ликвидацию последствий геоморфологических изменений рельефа и проведение противоэрозионных мероприятий;
– засыпку породой или заполнение водой остаточных карьерных выемок;
– осуществление комплекса мелиоративных мероприятий, направленных на улучшение химических и физических свойств отвальных грунтов, слагающих поверхностный слой рекультивируемых земель (при необходимости);
– строительство дорог и гидротехнических сооружений и др.
Заключительный — биологический этап рекультивации предполагает мероприятия по освоению рекультивируемых земель и формированию растительного покрова согласно поставленной цели рекультивации.
В настоящее время в России разработано достаточно много разнообразных технологий рекультивации, направленных на воссоздание продуктивности на нарушенных горными работами площадях лесных угодий или сельскохозяйственных.
Отечественный и мировой опыт
, , , свидетельствует о том, что только проведением комплекса мероприятий, объединенных в единый процесс рекультивационных работ подготовительного, горнотехнического и биологического этапов, достигается наибольшая эффективность рекультивации. В результате под влиянием развития техногенных и гипергенных процессов на поверхности техногенных образований (например, хвостохранилищ) формируется своеобразный почвенный покров, который значительно отличается от зонального, свойственного естественным ландшафтам. При этом почвенно-экологическое состояние техногенных объектов в посттехногенный период преобразования нарушенных площадей, а также эффективность рекультивационных работ могут быть оценены по уровню развития процессов почвообразования, формирования почвенного покрова и лесовосстановления, что показано ниже, на примере проведенных нами исследований в границах ликвидированного горного предприятия «Кербинский прииск»:3.1. Характеристика растительного покрова (пробные площади, заложенные на рекультивированных участках отвалов золотодобычи ликвидированного горного предприятия «Кербинский прииск»)
Под освоение золотороссыпных месторождений изъяты земли из лесного фонда «Кербинского лесничества» Хабаровского края.
Исследуемая территория относится к Дальневосточному таежному лесному району, среднетаежной подзоне зоны хвойных лесов, характеризующихся преобладанием лиственничников. В 1988 г. здесь была впервые внедрена технология ускоренной рекультивации в санитарно-гигиенической направлении с использованием почвенных микроорганизмов и гуминовых препаратов. Горнотехнический этап рекультивации состоял в формировании рельефа местности, грубой и чистовой планировке поверхности отвалов золотодобычи. На биологическом этапе был выполнен посев бобово-злаковой травосмеси, с бактеризацией семян культурой почвенных микроорганизмов и поливом посевов гуминовым препаратом
, , .Обследование рекультивированных участков проведено в 1993, 1998, 2011, 2015, 2020 и 2025 гг. (табл. 1).
Установлено, что возобновление, например, на исследуемой площади (с. Главный Стан) характеризовалось преимущественно лиственными породами, из которых преобладает осина, береза плосколистная. Как правило, ее доля была различной: в верхней части участка доля березы достигает 7 единиц, в нижней части увеличивается присутствие древовидных ив и тополя душистого. Лиственница представлена экземплярами, высотой от 7 до 15 м. Насаждение здоровое, сухостой единичный.
Другая пробная площадь заложена на рекультивированном участке в окрестностях села Веселая Горка (табл. 1). По сравнению с предыдущим участком она занимает повышенное положение, Процесс дифференциации древостоя четко выражен, присутствует значительное количество сухостоя. Лиственница в угнетенном состоянии, видимо, не выдерживает затенения березой. Пробная площадь практически примыкает к дороге через поселок Главный Стан. Установлено, что успешно идет возобновление исключительно подростом березы плосколистной, в подлеске — спирея березолистная.
Следующая пробная площадь находится в районе аэропорта «Бриакан». Она характеризуется различной структурой материнских горных пород, вынесенных на поверхность. Для площади характерны магматические горные породы с большой долей кварца и встречаются осадочные горные породы без каменистых включений. На пробной площади сформировался высокосомкнутый фитоценоз 4Бб3Л3Ос, в подросте ель аянская. В насаждении встречается сухостой осины и ив.
Таблица 1 - Общая характеристика рекультивированных площадей Кербинского прииска
Наименование объекта | Состав | Возраст, лет | Средняя высота, м | Средний диаметр, см | Количество стволов, шт./га | Полнота | Сомкнутость крон | Запас, м3 | Бонитет |
2020 год | |||||||||
Т. 1. Главный Стан, рекульт. | 4Ос3Бб2Ол1Л | 32 | 9,3 | 10,9 | 2256 | 0,6 | 0,9 | 105 | I |
Т. 2. Веселая Горка, рекульт. | 6Ол3Бб1Ос | 32 | 7,8 | 6,1 | 1392 | 0,5 | 0,8 | 25 | IV |
Т. 3. Бриакан, рекульт. | 4Бб3Л3Ос | 32 | 13,6 | 5,7 | 1904 | 0,7 | 0,9 | 113 | I |
Т. 4. Бриакан, нерекульт. | 5Ос3Бб2Л | 28 | 7 | 3,5 | 2736 | 0,7 | 0,9 | 22 | IV |
2014 год | |||||||||
Т. 1. Впадение р. Халок в р. Керби вдоль правого берега | 8Ол1Ос1Бб | 26 | 8,5 | 8,6 | 1860 | 0,6 | 0,8 | 30 | III |
Т. 3. Рекульт. площадь, правый берег р. Бриакан | 7Ол3Ив | 26 | 6,7 | 7,1 | 2180 | 0,7 | 0,8 | 29 | IV |
Т. 5. Гореловская протока (впадение в р. Керби) | 4Ол4Чм1Бб1Ив | - | 7,4 | 8,2 | 1840 | 0,7 | 0,8 | 29 | III |
Т. 6. У моста через р. Гонгрен | 4Ол4Ив1Бб1Л | - | 4,3 | 3,3 | 1612 | 0,8 | 0,9 | 19 | V |
Т. 7. П. Главный Стан, рекульт. участок | 8Ол1Т1Чм | 26 | 9,8 | 10,5 | 2160 | 0,9 | 0,9 | 66 | III |
Т. 8. Веселая горка, биол. рекульт. | 8Бб2Ив | 26 | 11 | 8,2 | 2560 | 0,7 | 0,8 | 90 | II |
Т. 9. Бриакан (окраина) у сгоревшей ШОУ | 5Бб2Л1Т1Ол1Ив | - | 6,9 | 5,8 | 2440 | 0,7 | 0,8 | 79 | IV |
2011 год | |||||||||
Главный стан, рекультив. | 5Ив4Бб1Ос | 21 | 4,4 | 2,8 | 4200 | 0,8 | 0,9 | 19 | V |
Веселая горка, рекульт. | 4Ос3Бб2Ив1Л | 21 | 7,5 | 4,1 | 3420 | 0,7 | 0,8 | 69 | III |
Нерекульт. район аэропорта | 4Бб2Т2Л1Ос1Ив | - | 4,4 | 2,3 | 3620 | 0,8 | 0,9 | 45 | V |
Примечание: Ос – осина, Бб – береза белая, Ол – ольха, Л – лиственница, Ив – ивы, Т – тополь, Чм – черемуха Маака
Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о том, что внедрение наиболее прогрессивного ускоренного способа рекультивации площадей, нарушенных в процессе золотодобычи, способствует активизации процесса возобновления лесной растительности и формированию сложных многовидовых сообществ (рис. 1).
Современное состояние рекультивированной территории Кербинского прииска вблизи с. Главный Стан
Преобладающей породой является береза плосколистная. В зависимости от почвенно-грунтовых условий, экспозиции склона, местоположения в составе насаждений участвуют лиственница даурская, осина, ольха, ива, тополь и кустарники. На всех пробных площадях высокая сомкнутость крон лиственных пород способствовала угнетению деревьев лиственницы даурской. В напочвенном покрове учтены — осоки с участием тысячелистника, вейника, одуванчика, клевера ползучего, лютика и гравилата.
По результатам обследования сделан вывод о целесообразности внедрения ускоренного метода рекультивации техногенных образований, образующихся после разработки золотороссыпей. На рекультивированных участках, как Корфовского каменного карьера, так и Кербинского золотодобывающего прииска восстановилась лесная растительность с участием местных древесно-кустарниковых пород и травянистой растительности (рис. 2).
С учетом изменения состояния лесной растительности под влиянием различных факторов, желательно проведение мониторинга на опытных объектах рекультивированных с применением различных инновационных технологий (рис. 2).
Рисунок 2 - Современное состояние рекультивированного участка Кербинского лесничества в 1988 году с использованием почвенных микроорганизмов и гуминовых препаратов
3.2. Характеристика почвенного покрова на пробных площадях, заложенных на рекультивированных участках ликвидированного горного предприятия «Кербинский прииск» (лесничество Кербинское, Хабаровский край)
Изучение процесса формирования почв на исследуемых рекультивированных участках показало, что роль живых организмов в постепенном развитии почвенного покрова очень велика. Несомненное влияние на его состояние оказывает состав горных пород, влияние рельефа, время почвообразования.
В классификационном отношении здесь выявлена группа эмбриоземов (молодых почв), представленная эмбриоземами инициальными (43%) и эмбриоземами органо-аккумулятивными (57%).
Ниже дано морфологическое описание преобладающих по площади эмбриоземов инициальных.
Эмбриозем инициальный
С1 0–4 см — Светло-серой окраски, сухой, бесструктурный, рыхлый. Преимущественно состоит из обломков пород 0,3–1 см в диаметре. Переход заметный по размеру камней и плотности. Корни растений. Переход постепенный по цвету.
С2 4–23 см — Серо-бурый, влажный, среднесуглинистый, бесструктурный, плотный. Содержание каменистых фракций — более 45%. Переход заметный по размеру камней и плотности. Граница волнистая.
С3 23–40 см — Серой окраски, свежий, бесструктурный, очень плотный. Содержание каменистых фракций — более 80%. Преимущественно состоит из обломков пород от 5 см в диаметре.
В таблице 2 представлены основные физико-химические показатели эмбриозема инициального.
Таблица 2 - Основные физико-химические показатели эмбриозема инициального в границах влияния ликвидированного горного предприятия «Кербинский прииск»
Образец | С, % | Гумус, % | рН водный | ЕКО мг-экв на 100 г |
С1 0-4 см | 0,37 | 0,92 | 4,75 | 6,4 |
С2 4-23 см | 0,23 | 0,87 | 6,33 | 3,8 |
С3 23-40 см | 0,15 | 0,65 | 6,54 | 3,2 |
Эмбриоземы инициальные характеризуются отсутствием биогенного горизонта, как эволюционно молодой тип почв, имеющие примитивный профиль, обусловленный недостаточной интенсивностью преобразования субстрата, вследствие отсутствия или слабого развития на его поверхности биоценозов. Здесь, как правило, формируется биогеоценоз, длительность которого зависит от свойств субстрата отвала и его рельефа. При неблагоприятных условиях почвообразования (высокая каменистость, инсоляция поверхности, техногенное загрязнение и др.) этот тип эмбриозема может сохраняться долго.
Следующей стадией развития почв на рекультивированных техногенных образованиях являются эмбриоземы органо-аккумулятивные, в которых профиль еще не дифференцирован, но на поверхности формирующейся почвы уже присутствует типодиагностический горизонт, представляющий собой слой неразложившейся подстилки. Смена сукцессии обусловливает смену биогеоценоза, при которой формируется экосистема с простой растительностью. Выявлено, что в зависимости от природно-климатических и почвенно-экологических условий, смена сукцессии и переход в более сложную стадию может не произойти, тогда развитие эмбриоземов и биогеоценоза в целом остановится на органо-аккумулятивной стадии.
Эмбриоземы органо-аккумулятивные
А0 0–3 см — Лесная подстилка представлена неразложившимися и среднеразложившимися растительными остатками темно-коричневой окраски, сухая. Каменистость высокая. Много корней. Переход ясный по цвету. Граница слабоволнистая.
С1 3–17 см — Бурой окраски, свежий, среднесуглинистый, слабовыраженной комковатой структуры, рыхлый. Камни — 70%. Пронизан мелкими корнями. Переход постепенный по количеству корней и плотности.
С2 17–40 см — Светло-бурой окраски, свежий, среднесуглинистый, бесструктурный, уплотнен. Встречаются единично корни.
Таким образом, эмбриозем инициальный характеризуется отсутствием типодиагностического горизонта и его морфологический профиль представлен только горизонтами С, которые отличаются разной степенью преобразованности почвообразуюшими процессами.
Эмбриозем органо-аккумулятивный, преобладающий по площади, характеризуется наличием в морфологическом профиле горизонта A0 — лесной подстилки под лесной растительностью, возможно войлока под травянистыми растениями. Формула профиля — A0-С. Горизонт Aо характеризуется определенными экологическими функциями, очень важными, а именно: газо- и тепло-регулирующими. Здесь уже идет процесс накопления органического вещества, что способствует дальнейшему развитию этого типа техногенных почв. Некоторому торможению биологического освоения субстрата рекультивированного отвала способствуют неоднородность гранулометрического состава и наличие крупнообломочного материала в корнеобитаемом слое. Однако, как показали наши исследования, уровень функционирования молодых почв на рекультивированных площадях, созданных с использованием биоремедиации (потенциала биологических систем), позволяет воссоздать довольно значительную продукцию фитоценозов, значительно преобразовывать субстрат. Сформированные на рекультивированных площадях эмбриоземы в полной мере реализуют восстановительно-биосферную функцию
, . Эмбриоземы, например, в 23-летнем возрасте устойчиво выполняют главные экосистемные функции: в сочетании с задернением, способствуют снижению интенсивности денудационных процессов и усиливают преобразование техногенных субстратов (литосферная функция).Проведенные исследования показали, что на исследуемом участке инициальный эмбриозем характеризуется минимальным содержанием педогенного углерода. Оценивая его распределение по профилю, можно отметить незначительное увеличение в верхнем 4-сантисантиметровом слое, в то время как ниже по профилю содержание Спед практически уменьшается (табл. 3).
Таблица 3 - Основные физико-химические показатели эмбриозема органо-аккумулятивного в границах влияния ликвидированного горного предприятия «Кербинский прииск»
Образец, мощность горизонта, см | С, % | Гумус, % | рН водный | ЕКО мг-экв на 100 г |
А0 0-3 с м | 0,77 | 1,34 | 5,25 | 20,4 |
С1 3-17 см | 0,43 | 0,87 | 5,8 3 | 19,8 |
С2 17-40 см | 0,25 | 0,65 | 6,14 | 18,5 |
В эмбриоземе органо-аккумулятивном в верхнем 3 см слое и ниже по профилю выявлено увеличение органического углерода по сравнению с эмбриоземом инициальным (табл. 2). С глубиной происходит его снижение (табл. 3). Подобная дифференциация свидетельствует о том, что для эмбриоземов исследуемого района свойственно незначительное содержание углерода, способного участвовать в биохимических процессах. Очевидно, что по мере развития фитоценоза происходит увеличение поступления органических веществ в субстрат отвала. В то же время в большей части виды микробоценоза, ответственные за деструкцию в техногенных почвах, развиты слабо. Поэтому значительная часть растительных остатков остается несколько лет в виде подстилки, в слабоизмененном состоянии, формируя органо-аккумулятивный горизонт (А0) на поверхности субстрата.
Реакция почвенного раствора изученных эмбриоземов в основном кислая до слабокислой и изменяется от 4,75 до 6,54 (табл. 2). Вниз по профилю происходит увеличение значений рН — до 6,54 в инициальном, а в органо-аккумулятивном — до 6,14. Изменение рН, в свою очередь, влияет на жизнедеятельность микроорганизмов, активизируя одни группы и подавляя другие. От концентрации ионов водорода зависит уровень, например, ферментативной активности почвы, связанной с микробиологическими процессами. В результате этих процессов происходит изменение соотношения скоростей минерализации и гумификации растительного материала и, как следствие, темпы гумусонакопления.
Анализируя распределение показателя емкости катионного обмена почв (ЕКО, мг-экв/на 100 г.), необходимо отметить, что о также снижается вниз по профилю.
Таким образом, формула профиля органо-аккумулятивного эмбриозема — A0-С. В профиле сформировался горизонт А0. В почвенно-экологическом понимании горизонт Aо обладает определенными экологическими и защитными функциями, важными из которых являются противоэрозионные, а также газо- и тепло-регулирующие функции. Здесь отмечается уже накопление органического вещества.
На основе разработанных В.А. Андрохановым и В.М. Курачевым принципов и метода оценки почвенно-экологической эффективности технологии рекультивации (ПЭР) нарушенных освоением россыпной золотодобычи земель, а также наших собственных исследований, выполнен ее расчет. В качестве сравнения использованы материалы исследования по участку рекультивации, проведенной по аналогичной технологии, где получен самый высокий показатель ПЭР — 49 баллов, что свидетельствует о хорошем почвенно-экологическом состоянии участка. В исследуемом районе (в границах влияния «Кербинского прииска») его величина составляет 32 балла, т.е. состояние рекультивированного участка удовлетворительное.
4. Заключение
Исследования по внедрению ускоренной технологии рекультивация нарушенных освоением золотороссыпных месторождений земель с использованием потенциала биологических систем (микроорганизмов и гуминовых препаратов), направленная на воссоздание их продуктивности, позволяет ускорить детоксикацию, способствует повышению плодородия, при этом микроорганизмы восстанавливают микробиоценоз, что в комплексе значительно сокращает сроки восстановления нарушенных земель, загрязненных соединения тяжелых металлов. Действующие как сорбенты и стимуляторы гуминовые препараты ускоряют сроки рекультивации по сравнению с традиционными методами. Выявлена возможность восстановления защитных и лесохозяйственных функций лесных насаждений путем ускоренной рекультивации.