CC BY
87
УДК 581.8(571.56)
ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ
ЗЕМЕЛЬ ЯКУТИИ
О 2012 С.Н. Миронова
Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального
университета (НИИПЭС СВФУ), Якутск
Поступила 15.03.2012
Представлены результаты исследований растительности нарушенных горнодобывающими предприятиями земель Западной Якутии как основа для проведения биологической рекультивации.
Ключевые слова: эколого-флористическая классификация, синтаксономические единицы, техногенные земли, рекультивация, отвалы.
Алмазные месторождения в Якутии расположены в Мирнинском и Анабарском районах. Территория карьера «Мир» расположена в пределах Ви-люйского плато древней Сибирской платформы. В геоморфологическом отношении район занимает область древней аллювиальной равнины с абсолютными высотами 90-200 м, сложенной осадочным карбонатным породам и подчиненная - изверженным: траппам и кимберлитам, характеризуется слабым расчленением, равнинным характером рек. Характерны осложнения эрозионно-аккумулятив-ных форм рельефа мерзлотными формами и различное распространение грунтовых льдов [1].
Особенностью климата региона, как и для всей Центральной Якутии, является резкая его конти-нентальность, проявляющаяся в больших годовых колебаниях температуры воздуха и относительно малым количеством выпадающих осадков [2]. В зимний период основным барическим определяющим термический и ветровой режим, является северо-восточный отрог зимнего азиатского антициклона. Среднегодовая температура в г. Мирном равна 7,6°С, средняя температура января - самого холодного месяца года -32,3°С, июля - 16,8°С. Среднегодовая сумма осадков равна 200-250 мм. Снежный покров сохраняется в течение 220-250 дней в году, высота его невелика.
Немаловажным фактором, влияющим на приземный климат и почвообразовательные процессы, является наличие многолетнемерзлых пород, распространенных повсеместно с мощностью 180-400 м.
Техногенные нарушения оказывают влияние на основные элементы природной среды: 1) рельеф (образование техногенной формы рельефа); 2) на почвенно-растительный покров (уничтожение или изменение, образование вторичных антропогенных ценозов); 3) животных (исчезновение видов, изменение видового состава и численности); 4) грунты (термокарст, солифлюкция, дефляция).
По почвенно-географическому районированию данная территория входит в Западно-Вилюйский район Якутской Восточно-Сибирской таежно-мел-
Миронова Светлана Ивановна, д.б.н., проф., зав. лаб. экологического нормирования и рекультивации, e-mail [email protected]
кодолинной провинции [3]. В зональных таеж- но-долинных ландшафтах плато здесь широко распространены дерново-карбонатные тяжелосуглинистые почвы, развитые на элювии кембрия и ордовика. В интразональных ландшафтах преобладают торфянисто- и торфяно-глеевые почвы. На бескарбонатном, нередко каменистом или щебнистом элювии осадочных и изверженных пород под пологом лиственничников формируются разновидности мерзлотных таежных почв. Изучение почвенного покрова территории и бассейнов рек Большая Бо-туобуя и Чона, впервые проводилось сотрудниками Якутского института биологии в 1957-1960 гг. в связи с созданием здесь алмазодобывающей промышленности. Почвы описаны в работах Л.Г. Еловской (1958; 1959а), В.Г. Зольникова [1], В.Г. Зольникова с соавторами (1962).
Растительность Вилюйского бассейна относится к Восточно-Сибирской подобласти светлохвойных лесов Евроазиатской лесной области, занимающей часть территории Якутской флористической провинции из лиственницы Гмелина и Каяндера. Суровый и резкоконтинентальный климат обуславливает своеобразие флоры и растительности данного региона.
Первыми исследователями бассейна реки Вилюй являются Р.К. Маак, Траутфеттер. Флора и растительность были исследованы В.П. Дробовым (1916), В.Л. Комаровым (1926), Р.И. Аболиным (1929), С.Н. Недригайловым (1932), Т.Ф. Галактио-новой и др. (1958), М.Н. Караваевым (1958), А.И. Уткиным (1958), С. С. Черемхиным (1961), И.Д. Кильдюшевским (1964), И.П. Щербаковым (1975, 1992). В бассейне р. Далдын работали В.Б. Сочава, Н.Л. Загребина, А.Н. Лукичева (1963). А.Н. Луки-чевой впервые была составлена флористическая классификация растительности и на ее основе -карта бассейна р. Марха с охватом р. Киенг-Юрях [4]. Она связала распределение растительности в зависимости с литологическим составом горных пород. В последние годы с целью оценки современного состояния природной среды региона выполнен новый цикл работ по растительности [5, 6, 7]. Институтом прикладной экологии Севера выпущена серия книг «Экология р. Вилюй» в 1993, 1994, 1996 годах.
Горнодобывающая промышленность в Якутии развивается на месторождениях золота, алмазов, угля и других полезных ископаемых. Разработка месторождений ведется открытым способом с частичным или полным снятием почвенно-растительного слоя, это негативно отражается на состоянии окружающей природной среды. Нарушенные техникой земли представлены отвалами пустых пород, хвостохранилшцами и другими формами техногенного рельефа, лишенными растительности, т.к. суровые природные условия и многолетняя мерзлота препятствуют быстрому их зарастанию растительностью. В этой связи необходимо проводить биологическую рекультивацию.
Проведение рекультивационных работ в Якутии затруднено следующими обстоятельствами:
- природный почвенный покров не обеспечивает достаточным количеством плодородного слоя для отсыпки техногенной поверхности, требуемой по ГОСТу;
- самозарастанию растений мешают суровые климатические условия региона (длительная и холодная зима, короткое, но жаркое лето, малое количество осадков, сильные ветры на отвалах, также лишенные питательными веществами породы);
Основой для рекультивационных работ являются знание техногенной поверхности, грунтов, а также зарастание растительности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования флоры и растительности нарушенных земель на месторождениях алмазов в Мир-нинском районе (Западная Якутия) проводятся с 1988 года. Алмазы в Якутии добываются двумя способами - открытым карьерным и подземным. Основными объектами исследований являются отвалы алмазных карьеров и хвостохранилища.
Описания растительности выполнялись по общепринятым методикам полевых исследований. Учет проективного покрытия при геоботаническом описании проводился по 5-балльной шкале: 1 - до 5 %; 2 - 6-15 %; 3 - 16-25 %; 4 - 26-50 %; 5 более 50 %. Классификация растительности выполнена по принципам Браун-Бланке [8-12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Таксономический анализ флоры исследуемого района отражает зональные флористические особенности, а именно, его бореальный таёжный характер.
Суровый и резко континентальный климат обусловливает своеобразие флоры данного региона. Ее основу составляют бореальные виды, но значительную роль играют и арктоальпийские и степные виды. По данным литературы [13] и с учетом наших исследований флора Вилюйского бассейна включает 882 вида, из них 622 вида цветковых растений, 189 высших споровых и 64 низших растений.
Естественная растительность района исследования представлена, в основном, среднетаежными лесами из лиственницы даурской, возможна примесь угнетенной ели (до 20 %) и березы. Лиственничные леса меняются в зависимости от влажности от сравнительно сухих (лишайниково-толокнян-ковых) до заболоченных моховых (сфагновых) с наибольшим распространением брусничных и ба-гульниково-голубично-моховых типов. Сосновые и еловые леса встречаются небольшими участками в долинах рек. На песчано-глинистых породах и траппах преобладают заболоченные леса, нередко они переходят в редины с ерником, болотами, осо-ково-вейниковыми кочкарниками. Лучшие и наиболее богатые видами леса занимают береговые отвалы и дренированные склоны долин.
На промышленных участках при разрушении почвенно-растительного покрова искажается мезо-и микрорельеф, изменяется режим снеготаяния и снегоотложения, что приводит к резкому изменению мерзлотных и гидрологических условий.
Флора техногенных отвалов Западной Якутии включает 25 семейств, 56 родов и 72 вида цветковых растений, что составляет 11 % от общей флоры Вилюйского бассейна.
На отвалах карьера «Мир» ведущая роль принадлежит семействам Asteraceae (Artemisia, Crépis, Tanacetum, Chamomilla), Poaceae (Elytrigia, Agrostis, Hordeum, Calamagrostis, Puccinellia), Cyperaceae (Carex), Brassicaceae (Arabis, Descurainia), включающим более 50 % флоры. Доминирование семейств Poaceae и Cyperaceae показывает бореаль-ную направленность растительности.
Эколого-флористическая классификация техногенной растительности выделены 5 классов, включающих 4 порядка, 4 союза, 6 ассоциаций, 9 субассоциаций, 26 вариантов, а также 6 базальных и 8 дериватных сообществ [6].
Самыми распространенными сообществами являются сообщества Класса Puccinellio-Hordeetea jubati Mirk, in Gogl. et al. 1987. Д.в.: Hordeum juba-tum, Puccinellia hauptiana. Сообщества класса были описаны исследователями по бассейнам рек Яна [14, 15], Колыма [16], Вилюй [7]. Их ареал предположительно охватывает лесотундровую, лесную и лесостепную зоны Восточной Сибири и Северо-Востока Азиатской части России. Как отмечают П. А. Гоголева и другие (1987) в Якутии площадь, занятая сообществами данного класса возрастает по градиенту юг - север.
На техногенных ландшафтах исследованной территории сообщества класса в зависимости от экологических условий и степени антропогенного (техногенного) воздействия представлены 2 союзами (Puccinellio-Hordeion jubati и Beckmannio-Hordeion jubati) и 4 ассоциациями (Chamerio-Hordeetum jubati, Chamomillo-Hordeetum, Puccinel-lio hauptianae-Hordeetum jubati . Beckmannio-Hordeetum jubati) подразделенными на варианты. В таблице 1 представлена Синоптическая таблица
ассоциаций СЬатегю-Ног(1ееШт и СЬатотШо-Ног<1ееШт класса РисстеШо-Ногс1ее1еа ,щЬай.
Эколого-флористическая классификация показала начальные и средние стадии сукцессии растительности на отвалах карьера «Мир». Динамика
изменения флористического состава фитоценоза вдоль пространственных и экологических градиентов основывается на выделенные сообщества, которые образуют целую систему восстановительной сукцессии.
Таблица 1. Синоптическая таблица ассоциаций Chamerio-Hordeetum и Chamomillo-Hordeetum класса Puccinel-lio-Hordeetea jubati
Номера синтаксонов 6 7 8 9 10 11 12
Регион 3 ЗВП ЗВП ЗВД ЗВД ЗВД ЗНД
Возраст (годы) >10 >5 >15 >15 >15 >10 >10
Число описаний 5 5 5 5 5 5 10
Д. в. класса, порядка, союза
Puccinellia hauptiana V.l-1 V.l-1 V.l-1 V.2-3 V.3-3 V.2-3 V.3-3
Hordeum jubatum V.l-1 V.I-2 V.l-1 V.I-2 V.l-1 V.l-1 V.I-2
Д. в. ассоциации
Chamerion angustifolium V. 1-2 V.l-1 V.l-1 V.l-1 I
Chamomilla suaveolens V.2-2 V.2-3 V.2-3 V.2-2
Д. в. вариантов
Chenopodium album V.l-3
Arabis pendula V.l-1 II II
Artemisia mongolica V.l-1
Astragalus danicus IV. 1-1
Poa angustifolia IV. 1-1
Crepis tectorom V.l-1 V.2-2 III.-l I I
Carduus crispus III.-l V.l-1
Alopecurus arundinaceus II III.-l IV. 1-1 V.l-3
Plantago major I III.-l III.-l
Triglochin palustris II V.2-2
Д.в. класса Artemisietea
Taraxacum ceratophorum III.-l III.-l II
Elytrigia repens I III.-l IV. 1-1 I
Elymus kronokensis III.-l III.-l I
Tanacetum vulgare II IV. 1-1. III.-l
Д.в. класса Molinio-Arrhenatheretea
Vicia cracca III.-l II III.-l II
Прочие виды
Salix viminalis II I III.-l I
Rumex maritimus I III.-l
Рис 1. Отвал №6 до рекультивации
Рис. 2. Отвал после проведения биологической рекультивации
Примечание: синтаксоны 6 - Chamerio-Hordeetum; 7 - Chamerio-Hordeetum var. Chenopodium album; 8 - Chamerio-Hordeetum var. Artemisia mongolica; 9 - Chamerio-Hordeetum var.Chamomilla suaveolens; 10 - Chamomillo-Hordeetum; 11 - Chamomillo-Hordeetum var. Carduus crispus; 12 - Chamomillo-Hordeetum var. Triglochin palustris.
Медленное самозарастание растительности на нарушенных ландшафтах ставит проблему проведения рекультивационных работ. Отечественная и зарубежная практика рекультивации земель свидетельствует о широком повторном использовании породных отвалов в народном хозяйстве, поэтому внешние и внутренние отвалы, хвосто-хранилища и гидроотвалы являются основными объектами рекультивационных работ на карьерах. Отвалы с неблагоприятными свойствами пород требуют специальных методов рекультивации или предварительных работ по мелиорации [17].
В Якутии рекультивационные работы находятся на начальной стадии опытных исследований [18-24]. Решением данной проблемы является выбор оптимальных для условий Якутии способов биологической рекультивации. Проведенные опыты по биологической рекультивации на отвале №6 карьера «Мир» показывает об их положительных результатах (рис. 1,2).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зольников В.Г. Почвенно-ландшафтные районы Западной Якутии // Развитие производительных сил Западной Якутии в связи с созданием алмазодобывающей промышленности,-Якутск, 1958,- С. 5-51.
2. Гавршова М.К Климат Центральной Якутии. Якутск, 1973.-120с.
3. Еловская Л.Г., Коноровский А.К. Районирование и мелиорация мерзлотных почв Якутии,- Новосибирск, 1978.175 с.
4. Лукичева А.Н. Растительность Северо-Запада Якутии и ее связь с геологическим строением местности. - М.-Л: АН СССР, 1963. - 168 с.
5. Миронова С.И. Опыт использования метода Браун-Бланке для выделения территориальных единиц растительности аласов Вилюйского бассейна. //Экология, 1983. - N5. -С.33-38.
6. Миронова С.И. Техногенные сукцессионные системы растительности в условиях криолитозоны Новосибирск:, Наука, 2000 - 105 с.
7. Миронова С.И., Гаврилъева Л.Д., Павлова З.С. Син-таксономия рудеральной растительности бассейна р. Вилюй. - Деп. ВИНИТИ, М.: 1990. - №485-В 90. - 52 с.
8. Александрова В.Д. Классификация растительности. Обзор принципов классификации и классификационных
систем в разных геоботанических школах,- Л.:Наука, 1969. -274 с.
9. Миркин БМ. Антропогенная динамика растительно-сти//Итоги науки и техники,- Т.5.-М.: ВИНИТИ, 1984,-С.139-235.
10. Миркин БМ. Методика указания для практикума по классификации растительности методом Браун-Бланке.-Уфа,1985.-32 с.
11. Миркин Б.М., Розенберг Г. С. Фитоценология. Прин-ципыиметоды. М.: Наука, 1978.-211 с.
12. Миркин Б.М., Соломещ А.И. Синтаксономия синан-тропной растительности: современное состояние и тенденции развития // ЖОБ, 1989,- Т.50,- N 3,- С.379-387.
13. Растительность бассейна реки Вилюя - М.-Л.: Изд. АН СССР, 1962.-118 с.
14. Миронова С.И. Флора и растительность техногенных ландшафтов Северо-Востока Якутии //Флора антропогенных местообитаний Севера. - М.: ИГ РАН, 1996а. - С. 123133.
15. Пестряков Б.Н. Процессы синантропизации растительности в долине р. Яны // Проблемы экологии Якутии. Вып. 1. Биогеографические исследования. - Якутск, 1996. -С. 52-57.
16. Гоголева П.А., Черосов ММ. Рудеральная растительность Верхней Колымы. - Деп. в ВИНИТИ. Биол. науки,-М., 1987.-28 с.
17. Горлов В.Д. Рекультивация земель на карьерах. - М.: Недра, 1981,- 264 с.
18. Кузьмин Ю.И. Биологическая рекультивация техногенных отвалов в условиях Крайнего Севера.-Экология, N 2, 1985. -С.21-24.
19. Лебедева Н.А.,Лонкунова А.Я. Биологическая рекультивация земель, нарушенных при добыче алмазов в Якутии //Растения и промышленная Среда. - Свердловск, 1990 - С.71-75.
20. Миронова С.И. Промышленная ботаника и рекультивация нарушенных земель. Учебно-методическое пособие -Якутск: Изд-во ЯГУ, 2009 - 74 с.
21. Миронова С.И, Иванов В.В. Рекультивация земель при разработке месторождений полезных ископаемых Якутии. Учебно-методическое пособие - Якутск, 2005
22. Миронова С.И., Иванов В.В., Кудинова З.А., Мартынова Г.А. Проблемы и опыт рекультивации нарушенных земель на алмазных месторождениях Якутии» /Горный журнал. №12011. С.95-97.
22. Миронова С.И., Иванов В.В., Тарабукина В.Г., Кудинова З.А. Научно-практические рекомендации по рекультивации отработанных земель рудных месторождений золота (на примере КРП) - Якутск: изд-во ЯГУ, 2010 - 39 с.
ENVIRONMENTAL AND BIOLOGICAL BASIS OF LAND REKULTIVATION
TECHNOLOGICAL YAKUTIA
© 2012 S.I. Mironova
Research institute of applied ecology of the North of Northeast federal university, Yakutsk
The summary. Results of researches of vegetation of the earths of the Western Yakutia broken by the mining enterprises as a basis for carrying out biological are presented.
Keywords: ekologo-floristic classification, sintaxonomic units, the technogenic earths, , sailings.
Mironova Svetlana Ivanovna, the Dr.Sci.Biol., the professor managing laboratory of ecological rationing and a rekultivation, e-mail [email protected]
