CC BY
143
УДК 630
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ
К СОЗДАНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ ЛЕСНОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ
Владимир Николаевич Седых
Западно-Сибирский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института леса им. В. Н. Сукачёва Сибирского отделения Российской академии наук, 630082, Россия, г. Новосибирск, ул. Жуковского, 100/1, е-mail: [email protected]
В статье рассматриваются методические подходы к разработке технологии лесной рекультивации на основе знания региональных закономерностей лесообразовательного процесса.
Ключевые слова: лесообразовательный процесс, генетическая типология, рекультивация.
METHODICAL APPROACHES TO CREATION OF TECHNOLOGIES OF FOREST RECULTIVATION
Vladimir N. Sedykh
The West Siberian branch of Federal state budgetary institution of science of Institute of the wood of V. N. Sukachyov of the Siberian office of the Russian Academy of Sciences, 630082, Russia, Novosibirsk, 100/1 Zhukovsky St., е-mail: [email protected]
In article methodical approaches to development of technology of forest recultivation on the basis of knowledge of regional regularities of lesoobrazovatelny process are considered.
Key words: lesoobrazovatelny process, genetic typology, recultivation.
Для решения различных лесохозяйственных и экологических задач, оценки состояния лесов и их динамики, слежения за происходящими изменениями в структуре лесного покрова важно располагать знаниями о закономерностях пространственного размещения лесов и причинах, обусловливающих их. Без этого невозможно все многообразие лесов привести в классификационную систему, позволяющую эффективно вести лесопользование, будь то эксплуатация лесных ресурсов или просто их охрана от каких-либо экзогенных воздействий. Важно знать, какие факторы абиотической среды в характере размещения лесов являются приоритетными, какие из них определяют различные типы лесорасти-тельных условий, а в границах выявленных типов - видовой состав растений и их динамику.
В установленных границах различных типов лесорастительных условий, возможным становится приступить к изучению динамики лесов для составления прогноза их развития и решения одной из главных задач - восстановления лесов после различных видов лесопользования. Это особенно актуально для восстановления лесов на землях, нарушенных техногенными воздействиями при освоении природных ресурсов - нефти, газа, угля и пр.
Несмотря на существующий опыт рекультивации нарушенных земель в районах освоения различных природных ресурсов, проблема восстановления лесов на нарушенных землях остается пока не решенной и, соответственно, актуальной [Седых 2007].
На территориях, где ведется активная добыча угля открытым способом, отмечаются наиболее разрушительные последствия для окружающей среды. При освоении месторождений угля на месте лесных экосистем возникают глубокие котлованы, обрамленные отвалами горных пород, и прилегающие к ним участки со срезанными и перемещенными грунтами. Эти территории представляют собой бесплодные, сильно расчлененные поверхности с искусственными формами рельефа, сложенные горными породами различного минерального состава и конгломерации. На таких поверхностях на начальных этапах складывается геолого-гидрологическая среда, чуждая для заселения и закрепления любых растений, надолго задерживающая естественное возобновление леса. Это вызывает необходимость создания на местах бывших лесов травянистых сообществ, направленное на ускоренное покрытие травянистой растительностью нарушенных лесных земель.
Со всей категоричностью можно утверждать, что на нарушенных землях, возникших на месте лесов, целесообразно создавать лесные сообщества, как природные объекты, приспособленные к физико-географическим условиям районов добычи того или иного ресурса. Известно, что на нетронутой антропогенным воздействием территории леса приурочены преимущественно к склоновым формам рельефа, характеризующимся хорошим дренажом [Морозов 1931, Колесников 1956, Пономарева 1970, Седых 1991 и др.]. Это утверждение указывает на то, что расчлененные нарушенные территории более благоприятны для развития лесной растительности и этим фактом следует наиболее полно пользоваться при рекультивации нарушенных лесных земель. Об этом свидетельствуют лесные насаждения, возникшие в штате Кентукки на склонах старых отвалов [Седых 2007], на повышенных техногенных формах рельефа на территории нефтегазодобычи в Западной Сибири, а также успехи лесотехнической рекультивации в Кузбассе (Россия) [Баранник 1977, 1981, Баранник, Шмонов 1988, Моторина 1985, Седых 2009 и др.].
Воспроизведение луговой или степной растительности на месте нарушенных земель ни экономически, ни экологически не оправданно. Для их создания необходимо провести большой объем планировочных работ по выполаживанию неровностей техногенного рельефа, созданию почвенного слоя из привозной земли и использованию удобрений. Несмотря на проведение таких трудоемких операций, на рекультивированных таким образом площадях, формируются травянистые сообщества, которые по биологическому разнообразию и продуктивности значительно ниже фоновых. Это указывает на нецелесообразность создания лугов на месте нарушенных лесных территорий и необходимость сосредоточения усилий на разработке технологий подлинной лесной рекультивации, позволяющих создавать леса в любых лесорастительных условиях техногенного происхождения.
Лесообразовательный процесс - сложное природное явление и зависит от многих факторов. Среди них главнейшим является обеспеченность территорий семенным материалом тех древесных растений, которые могут развиваться в благоприятной для них среде. А если учесть, что нарушенные территории состоят из совокупности различных форм рельефа и отложений, создающих различные лесорастительные условия, благоприятные для роста нескольких видов лесных пород, характеризующихся различными свойствами расселения, то в этом случае следует ожидать, что естественным путем они будут заселяться «пятнами», длительное время, по мере заноса семян различными природными агентами. Отсюда возникает необходимость искусственной стимуляции восстановления лесов на нарушенных территориях. Пока она сдерживается отсутствием технологий лесной рекультивации, учитывающих все разнообразие ле-сорастительных условий. Современные технологии не позволяют это осуществить по той причине, что большинство из них разработаны применительно к ограниченным условиям. Эти технологии базируются на результатах трудоемких опытно-экспериментальных работ, потребовавших длительного времени для проведения опытных и промышленных экспериментов и до сих пор остаются несовершенными, о чем свидетельствуют пустыри на месте разрушенных лесных земель.
Как же сократить время создания технологий по восстановлению леса на этих пустырях, как избежать отдельных сложностей решения этой проблемы? И возможно ли это? Ответ на эти вопросы можно найти только в овладении механизмами лесообразовательного процесса, осуществляющихся естественным путем в любом лесном районе.
Лесной покров территории можно представить как совокупность растительных сообществ различного возраста, возникших и развивающихся на участках ранее разрушенных лесов. Поскольку естественные факторы разрушения (лесные пожары, ветровалы, селевые потоки и снежные лавины в горах, оползни, миграции русел рек, эоловые и водные эрозии и др.) в природе существуют всегда, то эволюция лесного покрова и слагающих его древесных растений, отладка их биологических и экологических свойств, выработка механизмов естественного восстановления лесов на разрушенных территориях осуществляется под их постоянным воздействием.
Антропогенные факторы, кроме химических, по характеру воздействия на леса мало чем отличаются от природных. Рубка леса, пожары, возникшие по вине человека, эрозионные процессы, как следствие работы механических устройств, перемещение грунта при проведении вскрышных работ при добыче полезных ископаемых и многие другие воздействия также приводят к физико-механическому разрушению леса и лесорастительной среды. На таких участках лесная растительность восстанавливается таким же образом, как и после действия природных факторов. В лесах, возникших и развивающихся в районах активной антропогенной деятельности наблюдается один и тот же механизм восстановления [Колесников, Моторина 1978, Васильева 1985, Баранник, Шмонов 1988, Седых 1996]. В связи с этим, для ускорения разработки технологий вос-
становления леса становится очевидным использование этих механизмов. Отсюда возникает задача вычленения из естественного хода лесообразовательного процесса тех линий развития леса, которые могут быть использованы при соответствующей отладке как технологии лесной рекультивации.
Поэтому необходимо знать не только механизмы процессов естественного возобновления леса на нарушенных территориях, но и всю совокупность сук-цессионных схем развития леса в различных лесорастительных условиях ненарушенных территорий, т.е. учитывать региональные особенности лесообразовательного процесса в условиях его естественного хода развития [Седых 1996, 2000].
Известно утверждение о том, что насаждения различного возраста, развивающиеся в однотипных лесорастительных условиях, образовавшиеся под воздействием одного и того же фактора, можно рассматривать как возрастные этапы восстановительно-возрастной или сукцессионной динамики леса [Колесников 1956, Колесников, Смолоногов 1960, Седых 1979, 1991, Clements 1904, и др.]. Это положение дает возможность воспроизвести всю совокупность линий развития леса, если корректно классифицировать все разнообразие лесо-растительных условий.
Геолого-геоморфологическое строение земной поверхности в пределах относительно одинаковых климатических условий оказывает решающее влияние на пространственное размещение всех компонентов ландшафтов и на структурную организацию лесного покрова. Литологический состав и характер поверхностных отложений, крутизна и экспозиция склонов, увлажнение определяют экологические режимы местообитаний леса, весь набор показателей абиотической среды, характеризующих особенности лесорастительных условий. Поскольку особенности геолого-геоморфологического строения обусловливают пространственные закономерности размещения лесов, их можно использовать при выделении и классификации местообитаний леса, выявлении лесных участков, сходных по лесорастительным условиям, плодотворно используя положения генетической технологии Б. П. Колесникова (1956).
Расчленение лесной территории на участки, одинаковые по лесораститель-ным условиям, в настоящее время успешно можно провести по аэрокосмическим материалам с привлечением геологических, почвенных и топографических карт и проведением небольшого объема наземных исследований.
Выделением всей совокупности типов лесорастительных условий завершается первый этап работ по определению сукцессионной динамики лесов. Далее, в пределах каждого выделенного типа лесорастительных условий, проводятся наземные таксационно-геоботанические обследования насаждений и их компонентов - древостоев, подроста, подлеска и живого напочвенного покрова. Обследованиями желательно охватить набор насаждений, обеспечивающий статистическую достоверность показателей, характеризующих состояние лесных сообществ. В обследование желательно включить как можно большее число насаждений, отличающихся по возрасту.
Следует ожидать, что в близких типах лесорастительных условий могут встречаться лесные сообщества, возникшие после разрушения леса под воздействием различных факторов. Они должны рассматриваться как сообщества, развивающиеся по разным линиям развития леса. В пределах одного типа лесо-растительных условий могут быть насаждения, возникшие как после рубок, так и после пожаров, особенности формирования которых будут значительно различаться.
Обладая информацией о состоянии насаждений в зависимости от возраста, можно проследить динамику этих изменений, что и позволит вскрыть основные особенности лесообразовательного процесса, которые позволят вычленить из них необходимые для разработки технологии лесной рекультивации нарушенных лесных земель. В случае получения достаточной информации можно построить эскизы хода роста насаждений в пределах выделенных типов лесорас-тительных условий. Известными методами в таксации после группировки насаждений по возрасту выявляются кривые возрастных изменений любого таксационного показателя, что позволяет еще более эффективно решить поставленную задачу выбора наиболее подходящей сукцессионной линии развития для целей лесной рекультивации.
На первый взгляд, такой подход к созданию технологий восстановления леса покажется громоздким и сложным. Однако как показал опыт создания технологии лесной рекультивации шламовых амбаров, он оказался намного эффективнее поиска иных подходов к созданию технологии [Седых 2009]. В настоящее время на территории нефтегазового комплекса Западной Сибири приводится опытно-производственная проверка технологии лесной рекультивации шламовых амбаров (углублений, заполненных отходами бурения на буровых площадках), которая разработана описанным методом. Вначале были выявлены закономерности лесообразовательного процесса на аллювиальных отложениях [Седых 1979], лишенных растительности, ставшие основой для разработки работоспособной технологии лесной рекультивации шламовых амбаров. Использование данного метода позволило существенно сократить время и затраты при создании этой технологии. И теперь в процессе апробации в нее включаются коррективы, которые не были предусмотрены ранее.
В тех же случаях, когда имеются старые участки нарушенных земель, поросшие растительностью, технология лесной рекультивации может быть разработана на совершенно упрощенной схеме, особенно это актуально для рекультивации горных отвалов при открытой добыче угля.
Развивающийся растительный покров, приуроченный к горным отвалам, представляет собой мозаичное покрытие из различных растений группового размещения. Это определено пестротой местообитания растительности, обусловленной совокупностью показателей абиотической среды, связанных различной литологией, влажностью и дренажем, крутизной откосов и их освещенностью и пр. В этом случае также для решения поставленной задачи провести типологию лесорастительных условий и в границах их типов выявить весь возможный сукцессионный набор линий лесообразовательного процесса, который
и будет основой для выбора линии развития леса, пригодной для разработки технологии лесной рекультивации нарушенных земель. Если это касается горных отвалов, то прежде всего необходимо провести анализ состояния растительных сообществ и причин их различий в зависимости от положения в рельефе, литологического состава, влажности, плотности грунтов и истории возникновения.
После выявления существенных различий в состоянии растительных сообществ станет возможным на других горных отвалах по признакам рельефа произвести выделение фаций с однотипными экологическими режимами и обследование на них растительных сообществ. Полученный массив данных станет основой для построения сукцессионных линий развития лесных сообществ, возникших на отвалах. На основании идентифицированных линий развития леса будут получены важные сведения о естественном ходе лесообразования на отвалах - факторы заноса семян и вегетативных органов растений, начало поселения лесной растительности, видовой состав и его динамика, скорость накопления биомассы и др., что существенно важно для разработки технологии искусственного создания лесов на отвалах.
Для создания технологии лесной рекультивации любых нарушенных земель наиболее важно установить видовой состав древесных растений, способных расти на различных неровностях рельефа, установить, какие виды лесных пород более успешно растут и развиваются на верхушках повышений, на их склонах, внизу на межотвальных участках. Располагая этими сведениями, можно без проведения выполаживания неровностей рельефа произвести ручную посадку этих растений, которые по мере роста и развития будут образовывать лесной покров, который и станет объектом по отладке технологии лесной рекультивации нарушенных земель.
Приведенные подходы к разработке технологии лесной рекультивации во всех случаях более эффективны с точки зрения затрат времени и материальных затрат в отличие от всех остальных, разрабатываемых в настоящее время для рекультивации нарушенных земель как в районах нефтегазового комплекса, так и в районах открытой добычи угля. Только использование региональных закономерностей развития лесообразовательного процесса позволят создать плодотворные технологии лесной рекультивации нарушенных земель.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баранник Л. П. Экологическая оценка пригодности древесных и кустарниковых пород для лесной рекультивации в Кузбассе // Восстановление техногенных ландшафтов Сибири (теория и технология). - Новосибирск: Наука, 1977. - С. 120-138.
2. Баранник Л.П. Проектирование лесной рекультивации на нарушенных землях для использования их в лесохозяйственных целях при разработке экспериментальных схем рекультивации в Кемеровской области // Биологическая рекультивация в Сибири и на Урале. -Новосибирск: Наука, 1981. - С. 28-46.
3. Баранник Л. П., Шмонов А. М. Рекультивация земель. - Кемерово, 1988. - 66 с.
4. Васильева Н. П. Закономерности естественного лесовозобновительного процесса на отвалах // Экологические основы рекультивации земель. - М., 1985. - С. 65-77.
5. Колесников Б. П. Кедровые леса Дальнего Востока // Тр. Дальневост. фил. АН СССР. Сер. ботан. - 1956. - Т. 2(4). - 264 с.
6. Колесников Б. П., Смолоногов Е. П. Некоторые закономерности возрастной и восстановительной динамики кедровых лесов Зауральского Приобья // Тр. по лесному хозяйству Сибири. - Новосибирск: Наука, 1960. - Вып. 6. - С. 21-33.
7. Махонин А. С., Смолоногов Е. П. Генетическая классификация лесов северного макросклона Восточного Танну-Ола (Тувинская АССР) // Тр. ин-та / Ин-т экологии растений и животных. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1976. - Вып. 101. - С. 3-91.
8. Морозов Г. Ф. Учение о лесе. - М.; Л., 1931. - 438 с.
9. Моторина Л. В. Рекультивация земель в СНГ и за рубежом // Экологические основы рекультивации земель. - М.: Наука, 1985. - С. 6-18.
10. Пономарева В. В. Лес как элювиально устойчивый тип растительности // Ботанический журнал. - 1970. - Т. 55. - С. 1585-1595.
11. Седых В. Н. Формирование кедровых лесов Приобья. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1979. - 110 с.
12. Седых В. Н. Аэрокосмический мониторинг лесного покрова. - Новосибирск: Наука, СО РАН, 1991. - 238 с.
13. Седых В. Н. Леса юга гор Аппалачи. - Новосибирск: Наука, 2007. - 80 с.
14. Седых В. Н. Лесообразовательный процесс. - Новосибирск: Наука, 2009. - 80 с.
15. Седых В. Н. Леса и нефтегазовый комплекс. - Новосибирск: Наука, 2011. - 138 с.
16. Седых В. Н., Малышкина Л. А., Даниленко Л. А. Методическое руководство по рекультивации шламовых амбаров без их засыпки на территории Российской Федерации в среднетаежной подзоне Западной Сибири. - М., 2005. - 38 с.
17. Смолоногов Е. П., Кирсанов В. А., Трусов П. Ф. Классификация лесорастительных условий и типы леса Лозьвинского Урала // Проблемы типологии и классификации лесов. -Свердловск, 1972. - С. 78-127.
18. Clements F. E. The Development and structure of vegetation // Bot. Surv. - Nebraska, 1904. - N 7.
© В. Н. Седых, 2015
