CC BY
9
УДК 622.502
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ФЛОРИСТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ НА ТЕРРИТОРИЯХ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ В ПРИМОРСКОМ КРАЕ
Ю.П. Галченко, Е.Д. Якушева
Рассмотрены особенности изменения флористического разнообразия на территориях горнопромышленного освоения в период активной деятельности добывающих предприятий в Приморском крае. Показано, что в результате комплексного техногенного и антропогенного воздействия первичный трёхъярусный хвойно-широколиственный лес трансформировался в полидоминантное лесное сообщество на основе мелколиственных пород. Установлено, что определяющее влияние на характер развития дигрессивных процессов оказывает функционирование инфраструктуры концентрированного проживания людей, занятых на производстве.
Ключевые слова: разработка месторождений, техногенное воздействие, антропогенная нагрузка, первичная экосистема, дигрессия, видовое разнообразие, видовой состав фитоценоза.
Одним из важнейших условий обеспечения экологической безопасности хозяйственной деятельности человека на территориях горнопромышленного освоения является стабильность развития восстановительной сукцессии, которая, в свою очередь, зависит от характера и особенностей процессов техногенной дигрессии в нарушаемых экотонах естественной биоты Земли [1].
На основе результатов экспедиционных исследований и опубликованных материалов были выполнены исследования динамики, характера и особенностей изменения структуроопределяющих элементов биоты в зонах техногенного воздействия горнодобывающих предприятий с различным положением селитебной инфраструктуры.
Рудник «Центральный» расположен в верховьях ключа Партизанский (приток р. Зеркальной) в горной системе Сихотэ-Алиня. Он был построен в 1942 году на базе жильного месторождения олова, представленного крутопадающими рудными телами кварц-сульфидного и кварц-полиметаллического состава мощностью от 0,5 до 2,5 м. Месторождение было вскрыто горизонтальными штольнями и слепым стволом. Подземная добыча руды велась системами с открытым очистным пространством, которые с середины шестидесятых годов были заменены системами с мага-зинированием руды. В последние годы существования рудника возросла доля добычи руды из штокверковых рудных тел мощностью до 25 м камерными системами с подэтажной выемкой и последующим обрушением вмещающих пород.
Кроме рудника, в техногенную инфраструктуру входят обогатительная фабрика и система автодорог. За период эксплуатации рудника до-
быты 23,1 млн тонн товарной руды, выдано и уложено в отвалы на земной поверхности 12 млн тонн пустых пород и 3,2 млн тонн бедных руд. Свыше 20 млн тонн мелкодисперсного материала было размещены в хвостохрани-лище. Почти 6 км по длине долины в самой её низкой части, вдоль тальвега ключа занял жилой посёлок с индивидуальной и городской застройкой (примерно 4,5 км2). На этой территории была полностью уничтожена первоначальная лесная экосистема [2].
Общая площадь полного уничтожения первичной биоты под технологическое, жилое и дорожное строительство составила 6,9 км2, или 22,6 % общей площади долины р. Партизанка, в вершине которой был расположен рудник.
Вокруг промышленно-бытовой инфраструктуры рудника сформировалась обширная зона сильного техногенного и антропогенного изменения первичного фитоценоза, которая достаточно чётко ограничена по флангам водораздельными линиями горных хребтов. В среднем общая площадь этой территории составляет примерно 24 км2.
Методика наблюдений за современными фитоценотическими ландшафтами заключалась в маршрутном исследовании нарушенной части биотопа и в описании фитоэкологических профилей, заложенных через изучаемые участки биоты. Были сделаны геоботанические описания лесной ассоциации и произведен подсчет подроста древесных пород из учётных площадок 2*50 м. Расстояния между профилями колебались от 2,5 до 4 км.
Для оценки качества изменений природной среды использована методика сравнения асимметрии морфологических структур [1].
В качестве эталона коренного для данного региона растительного сообщества, развитие которого проходило только под влиянием естественных физико-географических процессов, приняты результаты геоботанических исследований, проведённых здесь до начала строительства горного предприятия [3 - 5]. По данным этих исследований прирусловая галечная полоса и первая надпойменная терраса долины занимали тополево-чозениевые насаждения с ясенем манчжурским, клёнами: моно и манчжурским, сиренью амурской, ольхой пушистой и некоторыми другими породами. Количественные соотношения между видами приведены в табл. 1. Возраст тополя и чозении в пределах 60 лет, ясеня - 40 лет. Высота соответственно 25 и 22 м, средний диаметр - 40, 50 и 30 см. Сомкнутость крон первого яруса 0,7. Во втором ярусе возраст деревьев 20 - 30 лет, средняя высота 10 - 15 м, диаметр 8 - 10 см.
На обоих склонах долины водотока первого порядка был развит многопородный трехъярусный хвойно-широколиственный лес (табл. 2).
Таблица l
Структура видового состава эталонного фитоценоза долинных
насаждений
№ Название вида Доля в ярусе, % Доля в общем лесостое, %
Первый ярус
1 Чозения (Cfosenia macrolepis, Turaz) 6G З1
2 Тополь Максимовича (Pоpulus maximоvichzii, Henri) 2G 1G
З Ясень манчжурский (Fraxinus mandshurica, Rupr) 2G 9
Второй ярус
4 Ясень носолистый (Fraxinusrhynchophylla, Hance) 30 1S
S Клен манчжурский (Acer mandshuricum Maxim) 30 18
6 Клен моно (Asermono, Rupr) 1G S
V Сирень амурская (Suringa amurensis, Rupr) 2G V
s Ольха пушистая (Alnushirsuta, Turcz) S 2
9 Ильм лопастный (Ulmus lacinita, Trautv) S З
Таблица 2
Структура видового состава многовидового леса в эталонном _фитоценозе___
№ Название вида Доля в ярусе, % Доля в общем лесостое,%
Первый ярус (высота деревьев 28 - 30 м; диаметр сомкнутость полога 0,3 - 0,4) стволов 5G - 6G см;
1 Кедр корейский (Pinus koraiensis, Sieb. et Zucc) 6G 20
2 Пихта черная (Abies holophulla, Maxim) 4G 1З
Второй ярус (высота деревьев 20.. .22 м; диаметр сомкнутость полога 0,5.0,6) стволов З0.. .40 см;
З Липа амурская (Tilia amurensis, Kom) 30 11
4 Береза жёлтая (Betulacostata, Trautv) 2G 6,5
5 Бархат амурский (Phellodandronamurense, Rupr) 1G З,5
6 Клен моно (Asermono, Rupr) 30 10
V Манчжурский oрех (Jurglans manshuriga Maxim) 1G З,З
Третий ярус (высота деревьев 6 - 7 м; диаметр сомкнутость полога 0,1 - 0,2) стволов 10 - 16 см;
8 Клен ложнозибольдов (Acerpseudоsiebоldianum, Кош) З0 10
Окончание табл. 2
9 Клен манчжурский (Acer mandshuricum Maxim) 20 6,8
10 Граб сердцелистный (Carpinusœrdata, Blume) 40 13
11 Сирень амурская (Suringa amurensis, Rupr) 5 1,65
12 Ильм долинный (Ulmusprafingna, ^idz) 5 1,65
Строительство в долине горного предприятия и его 57-летняя эксплуатация привели к коренным количественным и качественным изменениям первичной экосистемы и, прежде всего, её фитоценоза. В зоне прирусловой галечной полосы и первой надпойменной террасы на месте топо-лево-чозениевых насаждений развился лишь ольшанник из ольхи пушистой с небольшой примесью ивы. Высота деревьев 4 - 5 м. На террасе также доминирует ольха. Местами встречаются небольшие группы ореха, клёнов, сирени, ясеня, ильма долинного. Подрост удовлетворительный только у ольхи, остальные виды возобновляются единично (рис. 1).
Виды
Рис. 1. Изменение морфологической структуры первичного (1) и вторичного (2) фитоценозов долинных насаждений.
Виды: 1 - Чозения (СНозвтатасШврЬз, Turaz); 2 - Тополь Максимовича (РорШттахтоуЬСци, Henri); 3 - Ясень манчжурский (Fraxinusmandshurica, Rupr); 4 - Береза желтая (Eetulaœstata, Trautv);
5 - Бархат амурский (Phelbdandwnamurense, Rupr); 6 - Клен моно (Aserma^, Rupr); 7 - Манчжурский орех (Jurglansmans-huriga Maxim); 8 - Клен ложнозибольдов (Acer pseudоsiebоldianum, Kоm);
9 - Клен манчжурский (Acer mandshuricum Maxim)
В лесном покрове по обоим склонам долины удалось выделить лишь две ассоциации (или типа) насаждений, производные от первичного леса: в нижней половине склона - многопородный лиственный лес из берёзы манчжурской и желтой, осины, липы и клёнов с незначительной примесью пород первичного лесостоя. Пихта черная представлена единичными перестойными деревьями и редкими группами высокого подроста. Встре-
чаются также отдельные экземпляры перестойного, с выраженной сухо-вершинностью, кедра (рис. 2).
В верхней части и на гребне хребта зафиксированы диморфант, мелкоплодник и береза Шмидта. То есть первичный трёхъярусный хвойно-широколиственный лес трансформировался в полидоминантное лесное сообщество на основе мелколиственных пород.
По всем профилям выявлено значительное количество погибших пихт и кедров, что вместе с усилением роли берёзы жёлтой и появлением в лесостое берёзы манчжурской и осины свидетельствует о том, что насаждения на данной территории испытали влияние антропогенных пожаров слабой и средней интенсивности.
Как показали визуальные наблюдения и вспомогательные геоботанические профили, крайне сложный рельеф склонов основной долины и их изрезанность притоками второго и третьего порядка, способствовали сохранению в труднодоступных местах достаточно обширных участков леса близких по структуре к первичному видовому составу. В сумме эти участки занимают не более 5... 6 % общей площади нарушенного фитоценоза.
О 1 2 3 4 5 6 7 В 9 10 11 12 13 14 15 16
Виды
Рис. 2. Изменение морфологической структуры первичного (l) и вторичного (2) фитоценозов на горных склонах речной долины. Виды: l - Кедр корейский (Pinus ^raiensis, Sieb. et Zucc); 2 - Пихта черная (Abies 1гоhphulla, Maxim); 3 - Липа амурская (Tilia amurensis, Коm); 4 - Ясень носолистый (Fraxinus rhynchоphyl-la, Hance); 5 - Клен манчжурский (Acer mandshuricum Maxim); б - Клен моно (Aser mоnо,
Rupr); 7 - Сирень амурская (Suringa amurensis, Rupr); S - Ольха пушистая (Alnus hirsuta, Turcz); 9 - Ильм лопастный (Ulmus lacinita, Trautv); lO - Граб сердцелистный (Carpinus œrdata, Blume); ll - Сирень
амурская (Suringa amurensis, Rupr); l2 - Ильм долинный (Ulmus pwfingna, Коidz); l3 -Береза манчжурская (Betula mandshurica Na Kai); l4 - Вишня Максимовича (Ceratus maximоviczii Maxim); l5 - Клен зеленокорый (Aser mandshurica Maxim); l6 - Осина обыкновенная
(Püppulus tremula, L.)
Таким образом, полувековое существование добывающего предприятия и сопряженной с ним инфраструктуры коренным образом изменило лесную компоненту фитоценоза первичной экосистемы, фактически по всей долине:
- трёхъярусный хвойно-широколиственный лес был замещен двухъярусным лиственным лесом;
- прирусловая полоса, за пределами объектов промышленной и бытовой инфраструктуры, оказалась занятой мелкими зарослями ольхи;
Как показывает анализ структуры видового состава, смена типа леса на изучаемой территории связана не с полномасштабным изменением всего видового состава, а с изменением ценотического статута различных групп видов. Выборочная вырубка хвойных, составлявших первый ярус эталонного древостоя, привела к тому, что эту нишу заняли виды второго яруса, что, в свою очередь, повысило статус видов третьего яруса. Видовой же состав двух последних групп практически не изменился.
Закономерным следствием прошедших пожаров явилось появление пирогенных видов - берёзы манчжурской и осины. В целом, такое состояние фитоценоза соответствует фазе структурной перестройки экосистемы. Первая же фаза техногенной сукцессии (выпадение чувствительных видов) здесь явно отсутствовала и была, как бы заменена, стадией интенсивного антропогенного изъятия ценных в хозяйственном отношении видов (в основном - хвойных).
Совершенно иная картина была получена при изучении последствий эксплуатации другого месторождения («Восток-2»), очень близкого по своей геологии и применяемой геотехнологии к описанному выше и расположенному в той же эколого-географической зоне смешанных кедро-во-широколиственных лесов (табл. 3). Отличие условий взаимодействия естественной биоты и добывающего предприятия заключалось лишь в том, что оно расположено в охранной зоне одного из крупнейших биосферных заповедников, где была запрещена любая лесозаготовительная деятельность. Проведенные геоботанические профили пересекали промплощадку рудника и захватывали оба склона долины. Результаты наблюдений показали, что, несмотря на почти 40-летнюю эксплуатацию месторождения, в долине сохранился многопородный трехярусный лес, практически не отличающийся по структуре и видовому составу от принятого эталона (см. табл. 2).
Характер распределения каждого вида по возрасту деревьев и структуре подроста свидетельствует о нормальном развитии всей лесной системы даже в непосредственной близости от действующего рудника. Основной экологический ущерб ограничивается здесь размером территории, занятой под промышленное, гражданское и транспортное строительство. Все внешние воздействия, загрязняющие окружающую среду (пыль,
газы, кислые воды и т.д.), по своей величине, видимо, не превышают способности данной экосистемы к их утилизации и поэтому не вызывают сколько-нибудь заметных её изменений.
Таблица 3
Состав лесного сообщества в зоне влияния рудника «Восток-2»
Ярус Породный состав Высота, м Диаметр, см Сомкнутость полога
1 6 К + 4 Пц 28-30 56-60 0,3 - 0,4
2 3 Бж, 2 Лп, 1 Бх, 3 Клм, 1 Илд + Ор 18 - 20 25 - 35 0,5 - 0,6
3 3 Клмж, 2 Клиз, 3 Гр, 1 Сир, 1 Илд 8 - 10 12 - 14 0,1 - 0,2
Примечание: К - кедр корейский; Пц - пихта цельнолистая; Бж - береза жёлтая; Лп -липа амурская; Бх - бархат амурский; Илд - ильм долинный; Ор - орех манчжурский; Клиз - клён ложнозибольдов; Клмж - клён манчжурский; Гр - граб сердцелистный; Сир - сирень амурская.
Выявленные при сравнительном анализе полученных результатов различия в характере и масштабах нарушения окружающей среды двумя однотипными предприятиями свидетельствуют о том, что при оценке общего влияния на природную экосистему и экологической вредности применяемой геотехнологии необходимо дифференцированно рассматривать собственно техногенное воздействие, определяемое свойствами технологии горного производства, и антропогенное, связанное с формированием и функционированием инфраструктуры концентрированного проживания людей, занятых на производстве. Это позволит избежать систематических ошибок при определении экологических свойств геотехнологий, не перегружая их экологическими последствиями, от функционирования других компонентов техносферы. Такой подход особенно актуален в условиях перехода в рамках концепции устойчивого развития к экологическому императиву, когда целью технического прогресса и средоточием сохранения природы становится создание технологий (и геотехнологий, в частности) с управляемым внешним воздействием в границах диапазонов толерантности биоты реальных экосистем.
Список литературы
1. Миркин Б.Н., Наумов Л.Г. Краткий курс общей экологии Ч. II. Экология экосистем и биосферы. Уфа: Изд-во БГПУ, 2011. 180 с.
2. Галченко Ю.П., Сабянин Г.В. Проблемы геотехнологии жильных месторождений. М.: Научтехлитиздат, 2011. 408 с.
3. Будищев А.Ф. Описание лесов Приморской области. Главные официальные документы по управлению Восточной Сибирью. 2-е. Изд. Хабаровск, 1898. 465 с.
4. Комаров В.Л. Типы растительности Южно-Уссурийского края. Труды почвенно-ботанической экспедиции Российской Академии наук. 1917. 260 с.
5. Пржевальский И.М. Путешествия в Уссурийский край 1867 -69 гг. 2-е изд. М., 1937. 467 с.
Галченко Юрий Павлович, д-р техн. наук., проф., вед. науч. сотрудник, [email protected], Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр РАН,
Якушева Екатерина Дмитриевна, вед. инженер, [email protected], Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр РАН
STUDY OF CHANGES IN FLORISTIC DIVERSITY IN THE AREAS OF MINING DEVELOPMENT IN PRMORSKY KRAI
Yu.P. Galchenko, E.D. Yakusheva
Considered features of change of floristic changes on Terry-toreach mining development in the period of active work of mining companies in Primorsky Krai. It is shown that as a result of complex technogenic and anthropogenic impact the primary three-tiered coniferous-deciduous forest was transformed into a polydominant forest community on the basis of small-leaved species. It is established that the determining influence on the nature of the development of digressive processes is provided by the functioning of the infrastructure of concentrated residence of people engaged in production.
Key words: field development, anthropogenic influence, EN-tropicanna load, the primary ecosystem digression, species diversity, species-howl the composition of phytoceno-sis.
Galchenko Yuri Pavlovich, doctor of technical sciences, professor, leading researcher, [email protected], Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences,
Yakusheva Ekaterina Dmitrievna, leading engineer, [email protected], Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences
Reference
1. Mirkin B. N., Naumov L. G. Short course of General ecology Part II. Ecology of ecosystems and biosphere. Ufa: ed. BSPU, 2011. 180 s.
2. Galchenko Yu. P., Sabyanin G. V. Problems of geotechnologies of vein deposits. M: Nauchtekhlitizdat, 2011. 408 PP.
3. Budishchev A. F. Description of the forests of the Primorye region // Main official documents on the management of Eastern Siberia. Ed. 2-e. Khabarovsk, 1898. 465 PP.
4. Komarov V. L. vegetation Types of the South Ussuri region. Proceedings of the Ross soil and Botanical expedition. Academy Of Sciences, 1917. 260 PP.
5. Przewalski I. M. Journey to the Ussuri region, 1867-69 years. 2nd edition. Moscow, 1937. 467 PP.
УДК 622.85:622.271.45:550.814
МЕТОДИКА ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Ю.П. Галченко, Г.В. Калабин, Ю.А. Озарян
Представлены результаты исследования пространственно-временной динамики естественного восстановления компонентов природно-технических систем в зоне воздействия горных предприятий. Проведен мониторинг площадного воздействия процессов освоения минерального сырья по спутниковым снимкам высокого разрешения. Исследованы показатели-индикаторы качества биомассы, измеренные в процессе спутникового мониторинга, в том числе коэффициенты спектральной яркости. На их основе рассчитаны вегетационные индексы растительности (ЫБУ1). В результате анализа и оценки современного состояния проблемы восстановления нарушенных территорий определены основные критерии устойчивого развития природно-техногенных систем.
Ключевые слова: природно-технические системы, дистанционное зондирование, восстановление биоты, геотехнология, коэффициент спектральной яркости.
Рост масштабов и темпов разрушения природной среды при освоении недр определяет необходимость активного использования современных методов и средств дистанционного мониторинга для решения экологических задач при взаимодействии горнопромышленной инфраструктуры и естественной биоты природных экосистем.
Рассматривая территориальную организацию пространства минеральных ресурсов, следует выделять два основных и совершенно независимых друг от друга природных тренда его эволюции:
- географический, отражающий характер распределения ресурсов запасов твердых полезных ископаемых;
- литосферный, отражающий как характер изменения глубины залегания запасов месторождений, так и особенностей их геологического строения и температурного режима вмещающей толщи горных пород.
Значительная неоднородность пространственного уровня фонового изменения качества атмосферы, гидросферы и биосферы, обусловленная неравномерностью географического размещения источников загрязнения различного масштаба воздействия и большой изменчивостью качества поверхностных водоёмов и почв, воспринимающих техногенное воздействие,
