Лесовосстановление отработанных песчано-гравийных месторождений Прикамья Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 502. 654: 631: 581. 6

ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЕ ОТРАБОТАННЫХ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИКАМЬЯ

© 2010 А.К. Касимов1, В.А. Галако2, Н.М. Итешина1, С.Р.Халилова3

1 Ижевская Государственная сельскохозяйственная академия 2 Ботанический сад Уральского отделения РАН 3 Национальный парк «Нечкинский»

Поступила в редакцию 29.03.2010

Статья посвящена проблемам восстановления нарушенных земель с использованием лесной (лесохозяйст-венной) рекультивации. При этом важную роль играет технология вскрышных и горнодобывающих работ, определяющая степень нарушения коренных экосистем. Ход роста деревьев является косвенным оценочным критерием, индикатором плодородия почвогрунтов.

Ключевые слова: лесовосстановление, рекультивация, лесные культуры, вскрышные отвалы, почвообра-зующая порода

Промышленная разработка долинно-речных месторождений песчано-гравийной смеси (ПГС), как исходного минерального сырья для строительных материалов, была начата в 60-е годы прошлого столетия на древних надпойменных террасах правобережья Камы. За минувшие полвека открытым (карьерным) способом были отработаны полигоны добычи ПГС на многих сотнях гектаров лесных земель водоохраной зоны Камы - важнейшей водной артерии таежного Предуралья и Европейской части России. Наблюдаемое при добыче ПГС коренное перепрофилирование площадей горного отвода в долинно-речной зоне и изменение форм рельефа - это следствие техногенного воздействия мобильных средств открытого способа извлечения песка и гравия из почвенной толщи. Оно имеет место на всех этапах освоения и эксплуатации месторождения: при подготовительных работах по очистке дневной поверхности участков от растительности, снятии и складировании в отвалы плодородного слоя почвы, вскрытии горизонтов пустой породы (торфов) и обеспечении доступа к содержащим полезное ископаемое, его выемке, сортировке и обогащении. В этих условиях перспектива восстановления на отработанных полигонах почв, близких к исходному (зональному) типу, сомнительна. Следует признать в связи с этим проблематичность самозарастания выработанных карьерных участков и поствскрышных арен, значительную дифференцированность этого процесса по экологическим условиям и по продолжительности, высокую территориальную

Касимов Апдулбар Касимович, доктор сельскохозяйственных наук, заведующий кафедрой лесоводства и лесных культур. E-mail: [email protected].

Галако Вадим Александрович, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник. E-mail: [email protected]

Итешина Наталья Михайловна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент. E-mail: [email protected] Халилова Светлана Рашитовна, научный сотрудник. Email: nechkinsky@udm net

мозаичность почвогрунтов, их низкую биопродуктивность. Необходимы поэтому меры оптимизационного характера, стимулирующие приближение этих площадей к исходному биопотенциалу в прошлом лесных земель. Одной из таких мер является рекультивация, служащая ускорению почвен-но-растительных восстановительных процессов, оптимизации ландшафтов и лесовозобновлению на отработанных полигонах.

В таежной зоне, куда относится рассматриваемый регион, наиболее доступным и распространенным видом восстановления нарушенных земель является лесное (лесохозяйственное) направление рекультивации. В отличие от других направлений оно более эффективно и менее трудоемко. При лесной рекультивации отмечается ускоренный возврат техногенных «пустошей» во вторичной хозяйственный оборот благодаря естественному лесовозобновлению (самозарастанию), содействию этому процессу или же искусственному лесовыращиванию (созданию лесных культур). При этом исключительно важную роль играет технология вскрышных и горнодобычных работ, определяющая степень нарушения коренных экосистем.

Исследования технологических схем по двум способам вскрыши («сухой» и «водной»), а также одного на добычных работах («гидромеханизированный») были проведены на месторождении «Волковское» в границах участков и блоков, находящихся в эксплуатации и принятых нами за ключевые (табл. 1). На всех пробных площадях, за исключением участков с торфованием, содержание азота низкое и очень низкое. Также низкое было содержание суммы обменных оснований, а фосфора и кальция - высокое и очень высокое. Для повышения плодородия почвогрунта и улучшения условий роста культур требуется внесение азотных удобрений. Субстрат на участках вскрышных отвалов сильнокислый. Это снижает поступление элементов питания к корням растений. Для нейтрализации кислотности почвогрунта необходимо известкование посадочных мест.

Таблица 1. Ключевые участки и блоки вскрышных и добычных работ МПГС «Волковское»

Участки блоки Площадь, тыс. м2 Мощность (глубина) вскрыши, м

ВК К ДК всего в том числе

ПРС+Т П+Г ПРС+Т К+П+Г

1/С1-11 22,0 14,94 14,94 8,6 0,6 8,0

2/С1-12 40,6 33,76 33,76 5,7 0,2 5,5

3/С1-10 53,5 38,90 38,90 9,5 1,0 8,5

Итого 116,1 87,60 87,60 7,9* 0,6* 7,3*

Примечание: * - среднее по трем участкам; ПРС - почвенно-растительный слой (плодородный слой почвы - ПСП); Т - торф; К - кровля добычного горизонта (зачищаемый слой + надгравийные пески и глины); П - пески надгравий-ные; Г - глины надгравийные; ВК - вскрышный контур; ДК - добычный контур.

Распределение площади отработанных полигонов по группам нарушенных земель в пределах границ отвода за полувековой период со времени организации горного предприятия заметно различалось (табл. 2). Под отвалами было 79%, под поствскрышными аренами - 5%, водные поверхности

занимали 16% техногенных территорий. Лесопо-крытые площади, первоначально переданные для подготовки (очистки) МПГС «Волковское», и последующая структурная динамика их приведены в таблице 3.

Таблица 2. Распределение площади МПГС по группам нарушенных земель

Площади, га /%

отвальные водные поверхности

насыпные вскрышные намывные оборотные пруды озера, котлованы

вскрышные добычные

42/7 358/63 50,2/9 68/12 23,6/4

Таблица 3. Распределение участков земельного отвода МПГС по функциональному назначению и последующей динамике

Назначение площади, объекты Площадь, га %

общая площадь отвода МПГС: 570,6 100

в том числе было передано: -под разработку промышленных запасов ПГС; - под стройплощадки стационарного назначения 541,8 28,8 95,0 5,0

возвращено в лесной фонд (рекультивировано) 397,0 69,6

оставлено в пользовании МПГС: 173,6 30,4

-постоянном; - временном 19,8 153,8 11,4 88,6

Из таблицы 3 следует, что доминирующая часть отведенной площади (95,0%) эксплуатируется непосредственно при разработке промышленных запасов и лишь небольшая часть (5,0%) нарушается косвенно, вследствие вспомогательных к технологическому процессу работ и строительства объектов. По мере отработки («погашения») участков и их рекультивации возвращено в лесной фонд более 2/3 (69,6%) площади в виде лесных культур разного возраста и состояния.

Лесорастительные условия на техногенных территориях различаются по степени плодородия почвогрунтов, их отвальным формам складирования, по физическим и агрохимическим свойствам, гранулометрическому составу, увлажнению и т.д. Это в свою очередь сказывается на условиях почвообразования и, как следствие, - на возобновлении растительности. В таблице 4 приведены данные агрохимического анализа почвогрунтов с различными формами эдафотопов и объектами биологической рекультивации.

На всех пробных площадях, за исключением участков с торфованием, содержание азота низкое и очень низкое. Также низкое было содержание суммы обменных оснований, а фосфора и кальция - высокое и очень высокое. Для повышения плодородия почвогрунта и улучшения условий роста культур требуется внесение азотных удобрений. Субстрат на участках вскрышных отвалов сильнокислый. Это снижает поступление элементов питания к корням растений. Для нейтрализации кислотности почвогрунта необходимо известкование посадочных мест.

Вскрышные отвалы образуются при бульдозерном снятии верхнего плодородного слоя или экскавации торфов для обеспечения доступа к горизонту песков. На техническом этапе рекультивации площадей была бульдозерная планировка почвогрунта слоем до 20-30 см. Вскрышные отвалы состоят из органогенной массы порубочных остатков, пней, корней деревьев, торфа, а также из примеси ПГС. Почвенные условия для

лесовозобновления на них близки к оптимальным. Почвенный профиль почвогрунтов с землеванием имеет местами в верхней его части дернину (Ад). Отмечено, что от мощности горизонта землевания зависит степень задернения и толщина слоя лесной подстилки. Под ней залегает гумусовый горизонт небольшой мощности, находящийся лишь на начальном этапе формирования. Ниже прослеживается среднеразложившийся торфяной горизонт (Т2)

Намывного типа отвалоотложения формируются в условиях сортировки различного содержания песчано-гравийно-галечных почвогрун-тов. Процентное соотношение таких компонентов зависит от степени смешения фракции при отгрузке ПГС, а также при, планировке проводимой на техническом этапе рекультивационных работ. Намывные отвалы, по полученным нами данным, малопригодны для лесоразведения.

Днища высохших водоемов в местах работы земснаряда представляют собой котлованы глубиной до 15 м, ранее наполненные водой. Они бывают значительны по площади. Со временем по мере их существования происходит заиление дна слоем до 5-10 см. Такие участки после обнажения для поселения и развития растительности в мелиоративных мерах не нуждаются. Анализируя агрохимические и физические свойства неоэдафотопов различных форм отвалообразований, как следствие технологии вскрышных и добычных работ, можно отметить следующее. Грунтосмеси намывных отвалов по плодородию наиболее обедненные. Очевидно, что без землевания путем нанесения плодородного или же потенциально-плодлород-ного слоя почвы на этих участках лесная рекультивация не будет успешной. Вскрышные же отвалы напротив в этом отношении наиболее перспективны. Однако здесь требуется их разваловка

с различной степенью примеси гальки и песка. Горизонты вымывания, в связи с непродолжительным периодом почвообразования, еще не сформированы [1]. По морфологическим признакам почвенные условия на вскрышных отвалах позволяют проводить биологическую рекультивацию при минимальных мелиоративных мерах. Условия увлажнения их для лесовозобновления удовлетворительные.

с целью формирования почвенно- растительного слоя (ПРС) [2].

Намывные отвалы, отличающиеся наименьшим плодородием почвогрунтов, характеризуются затяжным режимом самозарастания, видовой обедненностью и меньшей встречаемостью растений, пониженной жизненностью и малым обилием [3]. Отвалам присущ холмообразный рельеф, сформированный из гальки и песка. Глина и органика вымываются с поверхности отвалов в нижние слои уже в начальный период формирования экотопа и негативное влияние такого выноса проявляется все последующие годы.

Вскрышные отвалы, граничащие со стеной леса, заселяются растительностью в первую очередь и их целесообразно оставлять под естественное заращивание. Однако в большинстве случаев нарушенные земли, в том числе и на МПГС «Вол-ковское», нуждаются при лесной рекультивации в создании лесных культур. Искусственно созданные при рекультивации насаждения отличаются от естественных низкой производительностью растительных сообществ, снижением биоразнообразия в результате коренного изменения (ухудшения) условий местопроизрастания. В таблице 5 приведены данные таксационной характеристики лесных культур в опытных посадках. На рекультивированных без наличия торфяного слоя участках

Таблица 4. Агрохимическая характеристика почвогрунтов на участках лесных культур

Лесные культуры Глубина взятия образца, см Нке1 Гу-мус, % Сумма обменных оснований Нитратный азот Р2о5 К2О

мг экв./ 100 г почвы мг / 100 г почвы

намывные отвалы (без землевания)

сосна (контроль) 0-30 5,7 1,24 9,1 1,6 62,12 15,41

сосна (без удобрений) 0-20 4,4 0,67 19,9 1,8 57,21 15,36

сосна (с возобновлением) 0-30 7,5 0,85 11,6 2,0 62,24 20,51

сосна (с посевом клевера) 0-30 5,7 1,18 17,8 1,9 62,08 15,64

сосна (с в несением удобрений) 0-20 6,0 1,41 10,2 1,9 37,06 15,07

лиственница (без удобрений) 0,20 3,8 0,18 9,2 2,0 49,06 34,02

водоотстойники

днище водоема 0-20 4,4 0,46 17,6 1,5 42,25 15,69

вскрышные отвалы (с землеванием)

сосна (без удобрений) 0-15 3,1 1,01 8,2 14 13,42 34,12

сосна (контроль) 0-15 5,7 1,75 18,0 1,6 68,91 29,40

ель (с удобрением) 0-20 3,6 1,91 16,3 2,2 49,24 24,86

целиковые участки

сосна (без удобрений) 0-20 4,2 1,76 16,2 6,1 57,07 44,90

сосна (контроль) 0-30 5,2 2,03 16,8 7,4 62,21 54,27

значительна суховершинность деревьев, насаждения постепенно деградируют и погибают. В то же время естественное возобновление здесь идет лиственными породами и оно незначительно [4]. Ход роста деревьев, наряду с показателем заселяемости отвалов растениями, является косвенным оценочным критерием, своего рода индикатором плодородия почвогрунтов. Сравнение и анализ по этому показателю модельных деревьев, растущих на отвалах, и деревьев с контрольных вырубок представляется крайне важным. Отставание по показателям роста деревьев с техногенных участков объясняется значительной обедненностью почвогрун-тов, более контрастными, близкими к экстремальным, экологическими условиями в отсутствие на начальном этапе возобновительного периода внешнего эдификатора среды - древостоя.

Статистический анализ по среднему диаметру и высоте культур, проведенный на основании

полученных результатов позволяет констатировать наиболее низкие показатели роста там, где почво-улучшающие мероприятия не были выполнены. Напротив, лучшие результаты зафиксированы на участках, где перед посадкой культур проведено было землевание, а также вносились удобрения. Одной из основных причин разной производительности древостоев в естественных условиях является различие в лесорастительных свойствах почв. Сосна реагирует на содержание физической глины в почвообразующей породе сильнее, чем на содержание ее в верхнем перегнойно-аккумулятивном горизонте (рис. 1). Благоприятные лесорастительные условия для сосны складываются на дерново-подзолистых супесчаных почвах при подстилании суглинком в пределах 0,5-1,0 м и при содержании глинистых частиц в пере-гнойно-аккумулятивном горизонте в пределах 10,1-20,0%.

Таблица 5. Характеристика лесных культур в различных условиях эдафотопов

Пробная Воз- Таксационные показатели насаждений

площадь (ПП) раст от- порода количество средние, см прирост в высоту, см бо-ни- состав

вало в, лет деревьев, шт/га Н Б средний текущий тет

Намывные отвалы (без землевания)

39/32 19 С Лц 744 400 171 58 2,2 1,3 17,8 3,1 9,0 4 7С3Л ц

39/24 22 С 5085 407 4,2 18,5 16,4 4 10С

39/23 19 С 2215 199 3,4 10,4 7,6 3 10С+ Б

38/42 «о» 18 С 1660 255 2,2 14,2 10,6 1 10С

38/48 17 С 2765 245 1,9 14,4 10,8 3 10С

38/38 17 С 1885 185 3,9 15,1 10,7 4 10С

39/23 «к» 19 С 2230 180 2,3 11,0 9,6 4

38/42 «т» 18 С 1877 247 3,2 15,8 13,7 4 10С

Вскрышные отвалы (с землеванием)

39/28 18 С Е 1370 285 420 70 5,7 2,0 23,3 3,9 32,7 5,5 3 8С2Е

38/33 17 С Б 2400 267 407 412 6,0 4,0 23,9 24,2 36,4 4 10С+ +Б

37/27 10 Е С 2570 485 308 263 1,9 2,6 30,8 26,3 32,2 29,8 4 8Е2С

Физическая глина в горизонте С, %

Рис. 1. Влияние гранулометрического состава почвообразующей породы на производительность сосновых древостоев

Изучение производительности еловых дре-востоев на дерново-подзолистых почвах показывает, что высота, как наиболее характерный таксационный параметр биометрии насаждений, связана с количественным содержанием мелкозема, в первую очередь физической глины, в гумусовом и подзолистом подгоризонтах [5]. Наилучшие условия роста ели складываются на дерново-подзолистых почвах при содержании глинистых частиц в верхнем перегнойно-аккумулятивном горизонте в пределах 20,1-30,0%. (рис. 2). Последнее в свою очередь в значительной мере связано с глубиной залегания подстилающих суглинков, особенно на почвах легкого гранулометрического состава. Оптимальной является глубина

в пределах 0,5-1,0 м, а при ее дальнейшем увеличении ель существенно снижает прирост в высоту. Эти особенности следует учитывать при восстановлении лесов, создании лесных культур, выборе лесорастительных условий и соответственно им подборе древесных пород в целях эффективного использования естественного почвенного плодородия.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы президиума РАН «Эколого-географические закономерности формирования структуры, разнообразия и динамики лесных ценоэкосистем Урала и смежных регионов» (№ 09-П-4-1039) и Программы интеграционных проектов УрО РАН «Функционирование лесных насаждений в крупном промышленном городе: разделение вклада рекреации и загрязнения» (№09-И-4-2002).

s 30

,а H 25

о

с 20

m 15

10

5

0

-0,01x 2 + 0,597x + 18,409 R2 = 0,653

10 15 20 25

Физическая глина в гор. А1 (А1А2), %

30

Рис. 2. Влияние содержания физической глины в гор. Âj на высоту еловых древостоев

y

0

5

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Халилова, С.Р. Некоторые результаты исследования восстановления и улучшения нарушенных земель методом лесной рекультивации / С. Р. Халилова, А.К. Касимов // Красноярск: Вестник Крас ГАУ. - 2007. - № 4. - С. 49-51.

2. Халилова, С. Р. Лесная рекультивация отработанных песчано-гравийных карьеров / С.Р. Халилова, А.К. Касимов // Ижевск: Вестник Ижевской ГСХА. - 2008. - № 2 (16). - С. 40-45.

3. Касимов, А.К. Экологические аспекты лесовос-становления отработанных россыпей Прикамья /

Касимов А.К., Галако В.А. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - 218 с.

4. Халилова, С.Р. Восстановление нарушенных земель методом лесной рекультивации / С.Р. Халилова, А.К. Касимов // Земледелие. - 2008. - № 6. -С. 13-14.

5. Итешина, Н.М. Сравнительная оценка производительности древостоев сосны и ели в зависимости от почвенно-гидрологических условий в Среднем Предуралье: автореф. дис.... канд. с.-х. наук. - Екатеринбург, 2004. - 24 с.

REAFFORESTATION OF FULFILLED SANDY GRAVEL DEPOSITS

IN PRIKAMYE

© 2010 A.K. Kasimov1, V.A. Galako2, N.M. Iteshina1, S.R. Halilova3 1 Izhevsk State Agricultural Academy 2 Botanic Garden of UB RAS 3National Park «Nechkinsky»

Article is devoted to problems of regeneration of the disturbed grounds with use forest (forest husbamdry) recultiva-tion. Thus the important role is played the technology of removing the overburden and mining works, which is determining the degree of infringement of radical ecosystems. The course of trees body height is indirect estimated criterion, the indicator of soils fertility.

Key words: reafforestation, recultivation, wood cultures, dumps, parent rock

Apdulbar Kasimov, Doctor of Agriculture, Head of the Dendrology and

Forest Cultures Department. E-mail: [email protected].

Vadim Galako, Candidate of Agriculture, Senior Research Fellow. E-mail:

[email protected]

Nataliya Iteshina, Candidate of Agriculture, Associate Professor Svetlana Halilova, Research Fellow. E-mail: nechkinsky@udm net