CC BY
51
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ КУСТАРНИКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ НА ОТВАЛАХ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКА
В.Г. Егоров, А.И. Стифеев
Аннотация. Рассмотрены некоторые аспекты создания и развития посадок плодово-ягодных кустарников на отвалах основных вскрышных горных пород Михайловского ГОКа.
Ключевые слова: отвалы вскрышных пород, глина келловея, лессовидные суглинки, облепиха, боярышник, шиповник.
В результате ведения открытых горных работ в бассейне Курской магнитной аномалии (КМА) образовано свыше 30 внешних отвалов и шламохранилищ, занимающих более 30 тыс. га плодородных почв, на большей части которых ранее располагались пахотные угодья. Формирующиеся отвалы вскрышных пород являются бесплодными, в них прерван основной круговорот веществ и поток энергии.
Вскрышные породы, отсыпаемые в отвалы, в большей части имеют неблагоприятные характеристики для формирования естественных фитоценоз, а ряд горных пород являются вообще токсичными для растений. Основными вскрышными породами Михайловского ГОКа (МГОКа) являются лессовидные суглинки и глины келловея [1].
Лессовидные суглинки по данным ряда авторов [2] имеют благоприятные в агрономическом отношении водно-физические свойства: плотность сложения 1,241,50 г/см3, плотность твердой фазы 2,58-2,70, пороз-ность 42-35 %, капиллярная влагоемкость 26-33 %, коэффициент фильтрации 0,06-2,20 мм/мин. Лессовидные суглинки в основном палево-желтые, бедны органическим веществом (0,59 %), щелочногидролизуемым азотом (11,2 мг/кг) и подвижным фосфором (93 мг/кг), содержание подвижного калия в них довольно высокое - 181 мг/кг, имеют благоприятную реакцию почвенного раствора (рН 6,9) [3].
Глина келловея - темно-серая или черная, имеет повышенное содержание органического вещества (1,85 %), щелочногидролизуемого азота (14,0 мг/кг) и подвижного калия (402 мг/кг), бедна подвижным фосфором (76 мг/кг). Глина келловея содержит много раковин гребневиков, белемнитов и остатков аммонитов, плотная, вязкая, практически совсем не фильтруется (0,00007 мм/мин), отличается повышенной плотностью сложения (1,7-1,8 г/см3), большой порозностью (47-68 %) и влагоемкостью (42-30 %) [3].
Технические смеси, образуемые при перемешивании вскрышных пород в результате извлечения из карьера и валового складирования в отвалы, имеют преимущественно средне- и тяжелосуглинистый гранулометрический состав с преобладанием крупнопылеватой фракции (42-60 %), содержание ила 12-25 %. Плотность сложения 1,2-1,5 г/см . Технические смеси пород в основном бедны подвижным фосфором (13 мг/кг), содержание органического вещества 0,5-0,9 %, общего азота 0,03-0,12 %, суммы обменных оснований 22-40 мг.-экв./100 г, подвижного калия 90-200 мг/кг, рН 6,8-7,4 [3].
Выявление растений, способных приспосабливаться к произрастанию в таких специфических условиях, способствует расширению ассортимента их видов для проведения биологической рекультивации и созданию устойчивых фитоценозов техногенных экосистем.
Для создания искусственных фитоценозов техногенных экосистем КМА нами предлагается использовать плодовые растения. Данное решение, на наш
взгляд, наиболее целесообразно и обуславливается рядом таких объективных причин, как:
1. Посадка плодовых производится саженцами, а не семенами, в отличие от трав. Эрозионно-дефляционные процессы, активно протекающие на безжизненных отвалах КМА и их склонах, способствуют сносу посеянных семян и молодых проростков, что приводит к изреженности посевов, а порой их полному уничтожению. В отличие от трав, саженцы плодовых лучше закрепляются на нестабильном субстрате, т.к. глубина их посадки значительно больше таковой, чем у трав.
2. Корневая система плодовых растений в первые годы развития, как показали наши исследования, имеет практически одинаковую с многолетними травами глубину проникновения корневой системы. При этом на благоприятных по агрономическим свойствам лессовидных суглинках только отдельные многолетние травы (такие как клевер, эспарцет) имеют несколько большую глубину проникновения корневой системы, а на менее благоприятных вскрышных породах показатели глубины проникновения корневой системы практически аналогичные или даже несколько большие у плодовых растений по сравнению с травами (такими, как клевер, эспарцет, козлятник, кострец, пайза).
3. Посадки плодовых растений, как более высокие по сравнению с посевами трав, будут способствовать лучшему снегозадержанию, что увеличит влагозапасы отвалов горных пород, будут способствовать уменьшению процессов пыления отвалов и созданию благоприятных условий для развития естественно поселяющихся на отвалах растительных сообществ.
4. Плоды и ягоды растений являются источником пищи для птиц, насекомых и других видов формирующихся зооценозов отвалов, т.е. являются фактором увеличения биологического разнообразия и устойчивости техногенных экосистем отвалов.
На основании выше сказанного нами были рассмотрены возможности создания техногенных экосистем отвалов КМА с использованием таких плодовых растений, как облепиха крушиновидная, шиповник колючий и боярышник кроваво-красный. Посадка плодовых проводилась в осенний период. Проведенная оценка приживаемости и сохранности посадок плодовых растений на основных вскрышных породах МГОКа -лессовидных суглинках и глине келловея, показала в целом положительные результаты.
Наилучшая приживаемость среди плодовых растений на лессовидных суглинках наблюдается у облепихи - 97,5 %, на глине келловея у шиповника - 90 %. Самые низкие показатели приживаемости наблюдаются у боярышника - 76,3 % на глине келловея и 81,3 % на лессовидных суглинках. Осмотр посадок весной показал, что в целом плодовые растения перезимовали хорошо. Во второй декаде апреля началось набухание почек плодово-ягодных кустарников, а в начале мая развертывание первых листьев. Из 77 прижившихся на лессовидных суглинках растений шиповника за зиму погибло 5 растений. У облепихи на этой же породе было 3 погибших растения, а наибольшая гибель растений была у боярышника - 6 растений. В целом сохранность плодовых растений на лессовидных суглинках была выше, чем на глине келловея. Так, у боярышника на глине келловея было 10 погибших растений, у шиповника - 6, у облепихи - 5.
Вторую зиму посадки растения перенесли более благополучно. В конце марта началось набухание по-
чек, в середине апреля развертывание листьев. У шиповника на глине келловея было 1 погибшее растение, на лессовидных суглинках - 2, у боярышника, соответственно, 3 и 1 растение, у облепихи было только одно погибшее растение на глине келловея.
Учитывая тот факт, что у большинства прижившихся саженцев часть основного стволика (верхушка) засохла, и формирование молодых побегов шло из почек у основания или середины ствола, что значительно снизило высоту растений, сделать какие-либо выводы о приросте посадок от 1-го к 3-му году жизни не представляется возможным. Так, средняя высота посадочного материала облепихи была 46 см, а растений второго года произрастания - 42 см, хотя были экземпляры высотой до 65 см. У некоторых растений шиповника отмечалось образование порослевых побегов из корневой шейки, превышающих по длине побеги, развившиеся из оставшихся на стволике почек.
Для оценки роста плодовых растений на отвалах МГОКа нами проводилось измерение летнего прироста побегов 1-го года жизни. Проведенные исследования показали, что прирост побегов плодово-ягодных кустарников определяется в первую очередь биологическими особенностями растений, во вторую - физико-химическими свойствами субстрата произрастания и условиями вегетации конкретного года. Так у облепихи годовой прирост однолетних побегов на всех породах больше, чем у шиповника и боярышника.
Среднегодовой прирост побегов облепихи и боярышника на лессовидных суглинках превышает таковой на глине келловея. В первый год развития посадок у всех плодовых растений отмечен самый маленький прирост побегов. Помимо погодных условий данного года это, по-видимому, объясняется также периодом адаптации растений на новом месте обитания. В целом годичный прирост побегов у растений, произрастающих на глине келловея несколько ниже, чем аналогичный на лессовидных суглинках. Так у шиповника среднегодовой прирост побегов на лессовидном суглинке составил 27,5 см, а на глине келловея - 24,2 см. Исключение составил только боярышник на второй год развития посадок - прирост побегов на глине келловея у него составил 12,8 и 24,9 см соответственно, а на лессовидных суглинках 11,6 и 20,6 см. Наибольшая разница прироста побегов на лессовидных суглинках и глине келловея отмечается у облепихи, т.е. она в большей степени реагирует на изменение условий произрастания, чем шиповник и боярышник.
Для более полной характеристики развития плодовых растений на отвалах МГОКа проводилось изучение развития корневой системы растений. Раскопку корневой системы растений проводили в конце октября второго года развития посадок. На отвале лессовидных суглинков наиболее развита корневая система у шиповника - масса сухих корней одного растения составляет в среднем 168,4 г. В то же самое время наибольшая глубина проникновения корневой системы отмечена у боярышника - в слое породы 30-40 см находится 1,6 % от общего веса корней, у облепихи и шиповника в этом слое породы корней не обнаружено. Наибольшая глубина проникновения корневой системы на глине келло-вея отмечена также у боярышника - в слое породы 3040 см находится примерно 1,1 % от общей массы корней. Наибольшая масса корней на глине келловея образуется у шиповника.
Основная масса корней облепихи развивается в слое породы 0-10 см - на лессовидных суглинках 77 % и 84% на глине келловея. У шиповника в этом слое формируется, соответственно 70 и 75 % массы корней, т.е. меньше, чем у облепихи. В то же время у шиповника в слое породы 10-20 см на лессовидных суглинках
располагается 28 % от общей корневой массы, на глине келловея - 24%, у облепихи 21 и 15% соответственно. Такое распределение корневой системы плодовых растений в различных слоях вскрышных пород свидетельствует о том, что развивающаяся масса корневой системы и распространение ее в глубину значительно зависит от свойств вскрышных пород отвала, на котором произрастают растения. Это подтверждается тем, что на глине келловея ни у одного растения масса корневой системы не достигала массы, развившейся у тех же растений на лессовидных суглинках, т.е. для развития корневой системы растений на лессовидных суглинках складываются более благоприятные условия.
Так же выявлено, что боярышник обладает наибольшей стабильностью развития корневой системы, так как развитие корневой массы на различных вскрышных породах у него подвержено изменениям в меньшей степени, чем у облепихи и шиповника.
В результате изучения корневой системы плодовых растений было установлено, что на корнях у облепихи, произрастающей на отвале лессовидных суглинков, образуются азотофиксирующие актиномицеты. На одном растении их количество составляет в среднем 80 шт. размером до 5 мм.
На второй год развития посадок растений было отмечено появление единичных плодов на отдельных растениях шиповника и облепихи. При этом более равномерное плодоношение отмечено у кустарников, произрастающих на лессовидных суглинках, чем на глине келловея.
Так же на второй год развития посадок плодовых растений в начале ноября проводилось определение массы листового опада. Исследование показало, что этот показатель зависит как от биологических особенностей растения (облиствленность растения, морфология листьев и др.), так и от условий произрастания. При этом масса органического опада у растений, произрастающих на лессовидных суглинках была больше, чем таковая на глине келловея. Так у облепихи опад на глине келловея меньше, чем на лессовидных суглинках почти на 30%, у шиповника на 24%, боярышника -18%. Установлено, что плодовых растений способствуют накоплению на поверхности отвалов от 1,4 до 3 центнеров органической массы на 1 га. Наибольшее ее количество поступает на лессовидных суглинках в посадках боярышника - более 3 ц/га. Меньше всего органического опада остается в посадках шиповника - около 1,8 ц/га на лессовидных суглинках и 1,4 ц/га на глине келловея.
Опавшие листья и мелкие веточки в определенной степени играют роль мульчирующего слоя, способствуя накоплению влаги в грунте и ее более экономному расходованию за счет снижения испарения. Кроме того, растительный опад является ведущим фактором в накоплении органики, так как в процессе его разложения образуется гумус. Как следствие, все это приводит к улучшению условий развития корневой системы плодовых растений, что в свою очередь обуславливает увеличение формирующейся растительной биомассы.
Таким образом, устойчивость и эффективность созданных культурных фитоценозов на отвалах вскрышных пород МГОКа во многом определяется ассортиментом древесно-кустарниковых пород, используемых при биологической рекультивации. Особое внимание при подборе пород должно быть обращено на засухоустойчивость и высокую продуктивность растений, а также на их мелиоративные свойства. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать использование облепихи крушиновидной, шиповника колючего и боярышника кроваво-красного на отвалах
лессовидных суглинков и глины келловея для создания техногенных экосистем отвалов МГОКа.
Список использованных источников
1 Бурыкин А.М., Стифеев А.И., Михайлова З.Н. Физико-химические свойства почвогрунтов в отвалах Михайловского железорудного месторождения и опыт их сельскохозяйственной рекультивации // Рекультивация земель и повышение плодородия смытых почв ЦЧО: науч. тр. - Воронеж: ВСХИ, 1972. - Т. 8, вып. 4. - С. 19-36.
2 Головастикова А.В., Стифеев А.И. Почвообразование в техногенных ландшафтах как причина и следствие развития биоценоза этих территорий // Биологическая рекультивация нарушенных земель: мат-лы междунар. совещ., Екатеринбург, 3-7 июня 2002 г. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. -С. 73-79.
3 Стифеев А.И. Опыт освоения гидроотвала Михайловского ГОКа // Рекультивация земель, нарушенных горными работами на КМА. - Воронеж: ВСХИ, 1985. - С. 114-132.
Информация об авторах
Егоров Владимир Геннадьевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры математических и естественных наук Курского института социального образования (филиал) Российского государственного социального университета, egorov.kursk@yandex.ru, т. 32-06-66.
Стифеев Анатолий Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и охраны природы ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», academy@kgsha.ru, тел. (4712) 53-15-00.
