CC BY
52
УДК 630 167
ОСОБЕННОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ МЕЛОВОГО ПРИРОДНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО КОМПЛЕКСА ЦФО ЛЕСНЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ П. Ф. Андрющенко, Т. П. Деденко
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
leskulvglta@gmail.com
В результате промышленной, сельскохозяйственной и интеллектуальной деятельности человека возникли долговременные изменения в природных комплексах, которые приводят к формированию техногенного ландшафта (рис. 1).
Рис. 1. Технегенный ландшафт. Щигровский фосфоритный рудник Курской обл. 1974 г.
К характерным представителям таких ландшафтов можно отнести карьерно-отвальные образования, сформировавшиеся при разработке месторождений полезных ископаемых. По данным В.Б. Мих-но, 1993 [4] в настоящее время площадь земель, представленных карбонатными почвами, выходами меловых отложений и техногенно-нарушенных земель в Центрально-Федеральном округе превышает 1 млн га. Только в бассейне Курской магнитной аномалии в результате добычи железной руды горнорудными предпри-
ятиями открытым способом нарушено свыше 25 тыс. га. Меловые и мело-мер-гельные горные породы надрудной вскрыши, из которых формируются отвалы, составляют до 70 %. Дальнейшая естественная фаза восстановления и формирования антропогенно-мелового природно-территориального комплекса затруднена вследствие специфических агрохимических и водно-физических свойств меловых горных пород. Отвалы десятки лет остаются лишенными растительности.
Оптимизация ландшафтно-
экологической обстановки такого техногенного ландшафта путем создания искусственных насаждений обычными лесо-культурными способами не приводит к желаемому успеху из-за жестких лесорас-тительных условий. Для этого, прежде всего, на горно-техническом этапе посттехнической фазы необходимо сформировать каркасную основу ландшафта - рельеф и корнеобитаемый слой поверхности отвала, приблизив его к биоэкологическим потребностям древесных и кустарниковых пород.
Для этого на выровненной поверхности мелового отвала необходимо произвести формирование технозёмов с использованием мелиоративного слоя из почвопо-
добных отложений: песчаных, четвертичного суглинка или с использованием плодородного слоя почвы [1]. Мощность наносимого слоя от 5.. .10 до 40...50 см. Последующее перемешивание в результате глубокой вспашки, дискования, культитва-ции формирует технозёмную почву (рис. 2).
Рис. 2. Формирование технозёмных почв под создание лесных культур
Формирование искусственного слоя почвы на поверхности мелового отвала в виде технозёмов оптимизирует лесорасти-тельные условия корнеобитаемого слоя, приближая их к условиям перегнойно-карбонатных почв с глубиной залегания мела 30-40 см. На таких почвах в естественных условиях успешно произрастает сосна обыкновенная, береза повислая, дуб черешчатый и ряд других древесных и кустарниковых пород (рис. 3) [2].
Искусственное формирование техно-зёмных почв в первую очередь приводит к изменению физических и агрохимических свойств горных пород. Меловые и мело-мергельные отвалы антропогенного происхождения обладают твердостью поверхностного горизонта до 38.40 кг/см2, что в 3.3,5 раза превышает оптимальную для роста корневой системы древесных и кустарниковых растений.
Рис. 3. Культуры сосны обыкновенной на зональных перегнойно-карбонатных почвах с глубиной залегания мела до 30 см. Возраст 25 лет. Воронежская обл.
Острогожский район
Искусственное создание технозёмов из меловых горных пород и мелиоративного слоя до 30 см в первые годы понижает твердость пахотного горизонта до оптимальной - 6,5.14,2 кг/см2. Это особенно важно на начальном этапе роста и развития растений.
Динамика изменений гранулометрического состава техногенных почв, сформированных с различными по физическим характеристикам горных пород (песчаные отложения, четвертичный суглинок) или гумусовой почвы благоприятно сказывается на улучшении лесорастительных условий пахотного горизонта. Степень влияния во многом определяется генетическими особенностями наносимого слоя и его мощностью.
Нанесение слоя песчаных отложений на меловые и мело-мергельные горные породы способствует формированию более легкого гранулометрического состава сформированной техногенной почвы, которая по классификации Н.А. Качинского переходит из разряда глина легкая (мело-мергель) в супесь и даже в песок рыхлый при нанесении песчаных отложений мощностью до 40.50 см. Нанесение слоя суглинка способствует формированию техногенной почвы по гранулометрическому составу легкого и среднего суглинка. Нанесение слоя гумусовой почвы особенно благоприятно сказывается на гранулометрическом составе техногенных почв.
Со временем под воздействием протекающих процессов физического и биохимического выветривания с последую-
щим суспензионным выносом пылевато-илистого мелкозема происходит дальнейшее формирование более легкого гранулометрического состава.
По влажности и запасам влаги в техногенных почвах отмечается общая закономерность распределения влаги по профилю. Наибольшую влажность имеет поверхностный слой, затем идет уменьшение влажности до глубины 20.30 см и последующее постепенное повышение до глубины 1 метра. В соответствии с этим идет распределение и накопление общей и продуктивной влаги (табл. 1).
Таблица 1
Средняя величина общего запаса и продуктивной влаги (мм) технозёмных почв в метровом слое за вегетационный период 2005 г. (Щигровский фосфоритный рудник Курская область)
Технозёмная почва Влага Условия водообеспечения по А.Ф. Вадюниной
общая продуктивная
мм % от контроля мм % от контроля
Мело-мергель (м/м ) - контроль 409 100 314 100 Очень хорошие
М/м+песок 5.10 см 250 61,1 204 64,9 Очень хорошие
М/м+песок 15.20 см 97 23,7 37 11,7 Очень плохие
М/м+песок 40.50 см 75 18,3 44 14,0 Очень плохие
М/м+суглинок 5.10 см 173 42,2 84 26,7 Плохие
М/м+суглинок 15.20 см 210 51,3 124 39,4 Хорошие
М/м+суглинок 40.50 см 249 60,8 175 55,7 Очень хорошие
М/м+гумус. почва 5.10 см 186 45,4 134 42,6 Очень хорошие
М/м+гумус. почва 15.20 см 222 54,2 106 33,7 Хорошие
Примечание. В основу данной таблицы включены результаты, полученные Т.П. Деденко, 2006 [3].
Наибольший запас влаги - 409 мм за вегетационный период - содержит мело-мергельный грунт, обладающий свойством при намокании набухать и удерживать влагу вследствие содержания в гранулометрическом составе до 60 % глинистой фракции.
Уменьшение общего запаса влаги при нанесении мелиоративного слоя из песка, четвертичного суглинка или гуму-сированной почвы проявляется в различной степени. Нанесение слоя песчаных отложений 5.. .10, 15...20 и 40...50 см общий запас влаги в процентном отношении к контролю (мело-мергель) уменьшается соответственно до 61,1, 23,7 и 18,3 %. Формирование технозёмов с четвертичным суглинком или гумусовой почвой приводит к обратной зависимости. Общий запас влаги увеличивается с увеличением мощности наносимого мелиоративного слоя суглинка соответственно 42,2, 51,3, 60,8 %, гумусовой почвы до 45,4 % и 54,2 %. Однако не вся влага, находящаяся в почве, является доступной для растений. Проведенные расчеты показали, что формирующиеся условия водообеспеченности древе-ных растений изменяются от очень плохих при формировании технозёмных почв с песчаными отложениями, до очень хороших с четвертичным суглинком или гумусовой почвой.
Агрохимические свойства технозём-ных почв так же меняются. За 30-летний период установлено, что наиболее интенсивно изменения агрохимических свойств технозёмных почв протекают в верхнем 10 см слое. Отмечается снижение показателя реакции почвенной среды с нанесением
песчаных отложений и четвертичного суглинка с рН - 8,5 до рН - 7,5.7,3; гумусовой почвы с рН - 7,4 до рН - 7,1. В результате выноса и перераспределения илистых частиц в почвенном профиле отмечается тенденция к уменьшению суммы обменных оснований (Са++ и М§++ ) с 30,4 мг-экв на 100 г почвы до 23 мг-экв. на 100 г, а так же элементов минерального питания в виде фосфора и калия. Наилучшие условия по запасу элементов минерального питания (по Мачигину) складываются в техноземах с гумусированной почвой: Р2О5 - 3,5 мг на 100г; К2О - 27,7 мг на 100г. Возрастает содержание углерода органических соединений. Абсолютная величина в поверхностном слое с нанесением гумусовой почвой 15.20 см достигает 2,8 % против 0,35 % (контроль мело-мергель). В технозёмных почвах, сформированных с четвертичным суглинком -0,53 %, с песчаными отложениями 0,46 % .
Создание лесных культур и последующее формирование древостоя происходит под влиянием комплекса многочисленных факторов, определяющих ход роста каждого отдельного дерева и в целом всего насаждения. Важнейшими факторами из всей совокупности являются поч-венно-грунтовые условия, определяющие формирование растительных сообществ.
Мониторинг роста и состояния насаждений за 30-летний период рассмотрен на примере 9 древесных и 3-х кустарниковых пород.
По результатам обследования П.Ф. Андрющенко, 1976 [1] установлено, что приживаемость сеянцев на техногенной почве, представленной мело-мергельным
грунтом, в первый год была достаточно высокой - 64.100 %. Высокая приживаемость (не менее 90 %) отмечена для культур акации белой и клена ясенелистного, из кустарников - пузыреплодник калино-листный. Хорошая приживаемость (70. 90 %) отмечается для таких пород как сосна обыкновенная, тополь черный, лох узколистный, лиственница сибирская, береза повислая, из кустарников - бузина красная, жимолость татарская. Удовлетворительной приживаемостью (60.70 %) в первый год характеризовались культуры ясеня зеленого и вяза мелколистного.
Формирование технозёмных почв мело-мергеля с песчаными отложениями мощностью нанесения 15.20 см и гуму-сированным слоем почвы 15.20 см и 40.50 см в первый год не оказало существенного влияния на повышение приживаемости сеянцев. Из перечисленного ассортимента древесных и кустарниковых пород можно выделить только тополь черный, березу повислую, ясень зеленый. У этих древесных пород произошло увеличение приживаемости культур на 10. 15 %. Для остальных древесных и кустарниковых пород можно было констатировать только тенденцию увеличения приживаемости на 1.5 %.
Низкие показатели по состоянию и росту имеют насаждения, произрастающие на мело-мергельной эмбриоземной почве обладающей наиболее жесткими лесорас-тительными свойствами. Наибольшую сохранность из испытываемого ассортимента показали акация белая - 40,2 %, лох узколистный - 30,4 %, сосна обыкновенная -30 %, береза повислая - 28,6 %, из кустар-
ников - пузыреплодник калинолистный -70,4 % [5]. Породы более требовательные к почвенно-грунтовым условиям как клен ясенелистный, выпал полностью в возрасте 8 лет. В возрасте 10 лет погибли насаждения тополя черного, жимолости татарской, бузины красной. В возрасте 15 лет погибли насаждения ясеня зеленого и 25 лет вяза мелколистного. Биометрические показатели роста древесных пород на ме-ло-мергельном грунте имеют самые низкие значения. Насаждения произрастают по 5 и 4 классам бонитета. Наилучшие показатели в этих условиях характерны только для акации белой, произрастающей в 30-летнем возрасте по 2 бонитету.
По данным результатам исследований на таких участках антропогенно-мелового ландшафта карьерно-отвального типа можно создавать и выращивать только ландшафтно-озеленительные насаждения с ограниченным ассортиментом древесных пород: акация белая, сосна обыкновенная, лиственница сибирская, береза повислая.
На технозёмной почве, сформированной из мело-мергельной горной породы и песчаными отложениями слоем 15. 20 см, рост и состояние культур значительно улучшается. В этих условиях из испытанного ассортимента полностью выпали только две древесные породы. Клен ясенелистный в возрасте 15 лет и тополь черный в возрасте 18 лет. Остальные выпавшие древесные породы на мело-мергеле в данных условиях произрастания имеют достаточно удовлетворительную сохранность: вяз мелколистный - 25,6 %, ясень зеленый - 48,7 %, жимолость татар-
ская - 25,6 %, бузина красная - 32,4 %. Увеличился процент сохранности и других древесных и кустарниковых пород. Для акации белой этот показатель составил 75 % (мело-мергель контроль - 40,2 %). В 1,1.1,8 раза возросли средние показатели высоты и диаметра насаждений. Класс бонитета культур акации белой, березы повислой повысился до первого. Сосна обыкновенная произрастает по 4 классу бонитета (мело-мергель контроль 5 класс). Наблюдается увеличение полноты насаждений, в среднем на 0,1, в то же время у акации белой в данных условиях полнота возросла в 2 раза и составила 0,8.
Таким образом, технозёмная почва мело-мергеля с песчаными отложениями слоем 15.20 см является по своим лесо-растительным условиям более благоприятной для роста древесной и кустарниковой растительности. В данных условиях эффект создания ландшафтно-
озеленительных и противоэрозионных насаждений будет гораздо выше. Появляется возможность для выращивания хозяйственно-ценных насаждений из сосны обыкновенной и березы повислой (рис. 4).
Формирование технозёмной почвы мело-мергеля с гумусированным слоем показало, что в этих условиях из испытанного ассортимента древесных и кустарниковых пород за 30-летний период ни одна из древесных пород не выпала. Сохранность культур сосны обыкновенной, березы повислой, тополя черного к 30-летнему возрасту составляет 35.40 %, а акации белой, ясеня зеленого, клена ясенелистно-го, пузыреплодника калинолистного, жимолости татарской, бузины красной -
70 %. Береза повислая, тополь черный, клен ясенелистный, акация белая в этих условиях произрастают по 1 классу бонитета. Рост сосны обыкновенной соответствует 2 бонитету. Такие высокие показатели характеризуют насаждения как устойчивые к данным условиям среды карьерно-отвального типа антропогенно-мелового ландшафта.
Рис. 4. Культуры березы повислой на техноземной почве мело-мергеля с гумусовым слоем 15.20 см. Возраст 30 лет. Щигровский фосфоритный рудник Курской области
Кроме того, на примере культур тополя черного можно проследить влияние вида и мощности наносимого мелиоративного слоя на поверхность мело-мергельных отвалов с последующим формированием технозёмных почв. Культуры тополя черного на мело-мергельной эм-бриоземной почве без улучшения выпали в возрасте 10 лет. На технозёмной почве, сформированной с песчаными отложения-
ми - в возрасте 18 лет. На технозёмах с гумусированным слоем 15.20 см культуры в 30-летнем возрасте имеют сохранность 30 % и растут по 3 классу бонитета. С увеличением мощности гумусированно-го слоя до 40.50 см тополь черный растет по 1 классу бонитета, запас достигает до 200 м3/га. Аналогичная закономерность отмечается и для насаждений березы повислой, акации белой, сосны обыкновенной.
Такие насаждения в полной мере могут выполнять не только санитарно-гигиенические, противоэрозионные, лесо-хозяйственые функции, но и служить источником получения древесины. В то же время в районе интенсивного земледелия такие площади возможно использовать и в сельском хозяйстве. При этом для предотвращения эрозии технозёмных почв необходимо создавать полезащитные полосы, используя в первую очередь березу повислую, различные виды тополей, пузыреп-лодник калинолистный, жимолость татарскую.
В результате проведенного мониторинга за ростом и состоянием 30-летних насаждений, выращенных в жестких лесо-растительных условиях на меловых и ме-ло-мергельных отвалах, можно сделать вывод о том, что данная технология создания на поверхности искусственной техно-зёмной почвы является важным условием оптимизации мелового природно-территориального комплекса техногенного ландшафта. При этом можно создавать и выращивать не только ландшафтно-озеленительные, противоэрозионные, ле-
сопарковые, но и насаждения с целью получения древесины.
Библиографический список
1. Андрющенко П.Ф., Трещевский И.В. Формирование технических смесей -эффективный способ мелиорации горных пород для лесоразведения // Изв. высш. учеб. завед. Лесной журнал, 1976. № 6. С. 32-36.
2. Деденко Т.П. Лесорастительные условия и рост лесных культур в антропогенно-меловых ландшафтах ЦЧО // Изв. Вузов. Сев.-Кавказ. Регион. Естественные науки. Приложение, 2006. № 12. С. 25-31.
3. Деденко Т.П. Режим влагообеспе-ченности техногенных почв в антропогенно-меловом ландшафте // Лес. Наука. Молодежь - 2005: Сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2005-2006 годы. Воронеж, 2006. С. 48-52.
4. Михно В.Б. Меловые ландшафты Восточно-Европейской равнины. Воронеж: Изд-во МП «Петровский сквер», 1993. 232 с.
5. Панков Я.В., Андрющенко П.Ф., Деденко Т.П. Особенности роста лесных культур в меловых карьерно-отвальных ландшафтах Курской магнитной аномалии // Изв. высш. учеб. завед. Лесной журнал, 2008. № 6. С. 104-106.
