CC BY
31
© Ю.А. Озарян, 2014
УДК [502.5+574.4]:622.2 (571.6) Ю.А. Озарян
ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ БИОТЫ В ЗОНЕ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Рассмотрены специфические особенности самовосстановления растительных сообществ на нарушенных добычей минерального сырья территориях. Исследован видовой состав растительности, динамика его изменения во времени и коэффициенты сходства. Определена устойчивость вторичных фитоценозов на основе интегрального показателя стабильности развития.
Ключевые слова: демутация, фитоценоз, открытая добыча, устойчивость, техногенное воздействие, самозарастание
Известно, что открытый способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых является превалирующим в мировых горнодобывающих отраслях, а всестороннее совершенствование открытых разработок стало основным направлением научно-технического прогресса в горном деле [1].
Воздействие открытой добычи на компоненты биоты тесно связано с этапами технологического цикла освоения месторождения (рис. 1). Интенсивность и масштаб изменений определяются типом геотехнологии, мощностью и количеством применяемой техники, расположением промышленных площадок предприятия относительно друг друга и границы санитарно-защитной зоны, количеством проведения различных операций и совпадения их по времени.
Из схемы видно, что уже на начальных этапах освоения месторождения происходит полное разрушение природной системы, в том числе и биотопа. Это связано с тем, что в период подготовки земной поверхности и строительства карьера проводят вырубку и корчевку леса, осушение
болот, озер, отвод речек и ручьев. Нарушение гидрогеологического режима относится к мощным техногенным факторам, влияющим на качество среды обитания биоты, причём воздействие распространяется далеко за пределы горного отвода и его площадь вычислить практически невозможно. В соответствии с предложенной Н.Н.Чаплыгиным, Ю.П. Гал-ченко и др. [2] схемой зонирования нарушенных территорий (в зависимости от глубины разрушения элементов экосистем) эти площади можно отнести к зоне полного поражения, которая включает в себя участки поверхности, изъятые из естественного круговорота веществ и энергии. Таким образом, сюда относится практически вся территория горного отвода, в том числе карьерная выемка, площадки для размещения техники, склады готовой продукции, цеха по переработке, подъездные пути, площадки под отвалы и хвостохранилища. На последующих этапах освоения происходит химическое, механическое, в т.ч. и пылевое воздействие, которое влияет на физиологические функции растений, в конечном итоге происхо-
Рис. 1. Этапы производства открытых горных работ и виды техногенного воздействия на фитоценозы
дит исчезновение отдельных видов или даже целых сообществ [3].
При завершении отработки месторождения, уменьшении техногенной нагрузки на отдельные участки (по мере их отработки) или снижения объёмов производства можно наблюдать процессы самовосстановления растительности, интенсивность и качество которых определяется рядом факторов. Исследование этого явления крайне необходимо для определения условий проведения необходимого объема рекультивационных работ и установления порога возмущения биоты, после которого её восстановление невозможно. Получив этот показатель можно определить максимально допустимую нагрузку производства на природную составляющую, что позволит регламентировать антропогенное воздействие, достигая компромиссного решения между технической и природной частями при-родно-горнотехнических систем.
Без сохранения растительного покрова и разнообразия видового состава все усилия по поддержанию на
Земле условий, необходимых для жизни, не могут быть эффективными. Растительные сообщества способны к самовосстановлению и выполняют свои многочисленные полезные функции в биосфере «бесплатно» [2].
Этот вопрос в условиях Дальнего Востока изучался сотрудниками ИГД ДВО РАН в зоне воздействия ОАО «Хинганолово», ЗАО «Многовершинное» и др. Установлено, что имеющаяся растительность выполняет свою защитную роль и в настоящее время ситуацию нельзя назвать катастрофической. Площади с уничтоженной или нарушенной лесной растительностью на многие годы выбывают из категории покрытых лесом, возобновление древостоя, особенно хвойных пород, здесь сильно затруднено, а имеющиеся разреженные лиственные насаждения находятся в угнетенном состоянии [5,6].
Сотрудниками ИПКОН РАН выполнен комплекс натурных наблюдений за состоянием дендрофлоры в зоне влияния действующих и закрытых добывающих предприятий по ос-
Примечание: т. 1- отвал 5 лет; т.2- отвал 10 лет; т. 3- отвал 15 лет; т.4- отвал 25 лет; т.5- отвал 40 лет; т. 6- отвал 50 лет.
Рис. 2. Карта-схема расположения породных отвалов
воению группы редкометальных месторождений на Дальнем Востоке. Выявлено, что полувековое существование добывающего предприятия и сопряженной с ним инфраструктуры коренным образом изменило лесную компоненту фитоценоза первичной экосистемы, фактически по всей долине трёхъярусный хвойно-широко-лиственный лес был замещен двухъярусным лиственным [7].
Демутационные процессы в зоне воздействия открытой добычи общераспространенных полезных ископаемых, в том числе строительных материалов в условиях Дальнего Востока являются малоизученными. Исходя
из вышесказанного, актуальность исследований, целью которых является изучение процессов восстановления биоты в зоне техногенного воздействия горных предприятий данного региона, не оставляет сомнений. Поэтому было проведено геоботаническое обследование породных отвалов Корфовского месторождения гранодио-ритов. Так как добыча на предприятии осуществляется более 100 лет, то по периметру карьерной выемки в различной удаленности от мест ведения горных работ образованы отвалы, эксплуатация которых была прекращена от 5 до 50 лет назад (рис. 2),что позволило проследить восстановительные процессы в различных временных интервалах.
Стоит отметить, что через 1-2 года, после образования отвала на его поверхности появляется пионерная травянистая растительность, представленная 2-3 видами, чаще это полынь обыкновенная (Аг1етнз1аш1дбпз), клевер розовый (ТпЫштЬуЬп^ит Ь.) (табл. 1, рис. 3).
В первое пятилетие возобновление растительности малочисленно: единично - полынь обыкновенная, лисохвост луговой, клевер розовый, одуванчик лекарственный, растения невысокие, до 5 см в высоту, численность не превышает 18 экземпляров на 1 м2. На отвалах (10 лет и более), прилегающих к стене леса единично встречаются древесные виды береза белая, ива Шверина, тополь Максимовича.
Таблица 1
Характеристика естественного возобновления растительности на породных отвалах
Участки самозарастания Количество видов ед./%
(породные отвалы, воз- Всех
раст, лет) в том числе
видов Древесных Кустарниковых Травянистых
5 4 0 0 4
100 0 0 100
10 8 2 1 5
100 25 12,5 62,5
15 13 2 1 10
100 15,38 7,69 76,92
25 11 2 2 7
100 18 18 63
40 14 3 3 8
100 21,43 21,43 57,14
50 23 4 3 16
100 17,39 13,04 69,56
Фон(естественная расти- 46 16 7 23
тельность) 100 34,78 15,22 49,99
Рис. Э.Динамика количества видов во времени
В последующие десять лет видовой состав травяного покрова отличается существенным разнообразием. После этого некоторые виды исчезают, но и появляются новые. Отмечается доминирование в демута-ционном процессе ивы Шверина и
тополя Максимовича, из травянистых видов - полынь обыкновенная, одуванчик лекарственный и клевер розовый. Медленное течение процессов самозарастания объясняется низким содержанием органической части в субстрате и его
неблагоприятными физико-механическими характеристиками. В основном почвогрунты состоят из каменисто-песчаной смеси, в результате чего влага в субстрате не задерживается, что является причиной отсутствия необходимого для произрастания растительности водного режима. Смена сообществ на территории, экосистемы которая была нарушена антропогенной деятельностью представляет собой восстановительную сукцессию. Сукцессион-ный ряд позволяет наиболее наглядно представить процессы трансформации фитоценозов [9].
На основе анализа полученных данных о видовом составе растительности на участках в возрасте 510-15-25-40-50 лет после окончания отсыпки вскрышных пород выделены основные растительные сообщества и построен сукцессионный ряд узловых фитоценозов самовосстановления растительности на породных отвалах ОАО «Корфовский каменный карьер» (рис. 4).
Первая стадия демутационных процессов является основой сукцес-сионного ряда - это разнотравно-бобовое и злаково-разнотравное сообщества. Выявлено, что на смену травяного сообщества с преобладанием бобовых культур приходит кустарниковое с преимуществом ольхи пушистой, а в случае с наличием злаковых отмечено превосходство ивы Шверина. Кроме этого, в первом случае выявлена смена кустарника молодым березняком, а во втором смешанным древесно-кустарниковым сообществом. Очевидно, что нет чёткой последовательности в смене стадий сукцесси-онного ряда. Появление того или иного вида в фитоценозе зависит от природы переноса семян (или спор), имеющего место в определенное
время года или же для этого необходимы другие определенные условия природной среды.
Для количественного определения степени сходства видового состава фитоценозов, образованных в процессе самовосстановления биоты на исследуемых породных отвалах был рассчитан коэффициент Серен-сена-Чекановского [4] (табл. 2).
Установлено минимальное значение коэффициента видового сходства (0-0.14) между флорой фоновой территории и остальными объектами. Максимальное видовое сходство (0.8, т.е. видовое сходство на 80 %) отмечено между составом фитоценоза на отвалах возраста 10 и 40-лет и на 75 % между площадками, где вскрышные породы хранятся 15 и 25 лет. Это говорит о высокой степени сходства видового состава растительности этих биотопов. Можно предположить, что в местах расположения этих площадок сложились схожие абиотические и биотические условия.
Достаточно близким между собой является видовой состав растительности на площадках 10- 25, 1525, 15-50, 25-40 и 40-50, где рассчитанный коэффициент колеблется в пределах 0,56-0,75. Следующие по общности видов пары 5-10, 5-15, 5-40, 10-15, 10-50, таким образом, доля общих видов здесь составляет от 32 до 38 %.
Коэффициент Серенсена-Чека-новского (табл. 2), иллюстрирующий сходство видового состава на некоторых участках, не превышает 29 % при сравнении площадок с временем хранения отходов 5-25, 5-50, 15-40 и 25-50, поэтому мы можем признать отсутствие сходства видового состава этих вторичных растительных сообществ.
Рис. 4. Сукцессионный ряд узловых фитоцеиозов самовосстановления растительности на породных отвалах
Таблица 2
Коэффициенты сходства видового состава растительности фитоценозов (количество общих видов/коэффициент видового сходства)
Возраст участка 5
10 2/0,33 10
15 3/0,35 4/0,38 15
25 2/0,26 6/0,63 9/0,75 25
40 3/0,33 8/0,8 6/0,29 7/0,56 40
50 3/0,22 5/0,32 12/0,66 8/0,29 8/0,59 50
Фон 0/0 3/0,11 4/0,14 2/0,07 3/0,1 7/0,06
Выявлена особенность демутаци-онных процессов на породных отвалах горного предприятия - это увеличение продуктивности и усложнение строения фитоценоза, что определяет прогрессивный характер смены фитоценоза.
Многолетняя деятельность предприятия и связанного с ним технологического комплекса привела к существенным изменениям фитоценоза. Процесс восстановления биоты мож-
но считать завершенным, когда прирост всех видов эдификаторов сба-лансируется на уровне фоновой территории. По нашим данным за 50 лет видовой прирост составляет примерно 50 % относительно коренных сообществ. Однако видовой состав, ярусность и структура вновь образованного фитоценоза значительно отличаются от эталонного. В первую очередь появляются пионерные виды травянистой растительности, для об-
разования многоступенчатой структуры растительного сообщества потребуются сотни лет, т.к. оно тесно связано с восстановлением почвенного профиля, а этот процесс проходит намного сложнее и медленнее.
Исходя из результатов изучения динамики видового состава на породных отвалах, предлагается ра-
ционально подобрать оптимальный для местных природно-климатических условий видовой состав растительности для проведения рекульти-вационных мероприятий, что позволит ускорить процессы восстановления природной среды, а также оптимизировать затраты на природоохранные мероприятия.
1. Открытые горные работы: справочник. / К.Н. Трубецкой[и др.]- М.: Горное бюро, 1994. 590 с.
2. Экологические проблемы геотехнологий: новые идеи и методы решения/ Н.Н. Чапыгин, Ю.П. Галченко[и др.]- М. Изд-во «Научтехлитиздат», 2009 .- 320 с.
3. Озарян Ю.А. Исследование пылевого загрязнения экосистем при открытой разработке месторождений строительных материалов / Ю.А. Озарян // Экологические системы и приборы, 2012.- № 2 -С. 48-54.
4. Формирование фитоценозов на нарушенных промышленных землях/ Т. С. Чибрик, Ю.А. Елькин- Свердловск. Изд-во Уральского ун-та, 1991.- 219 с.
5. Мамаев Ю.А. Регулирующее воздействие биоты на окружающую природную среду и проблема организации биологических исследований в пределах при-родно-горнотехнических систем/ Ю.А. Мамаев, Д.Т. Крупская, Б.Г. Саксин // Горный информационно-аналитический бюллетень.-2005.- № 3. - С. 137-140.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
6. Трансформация растительного покрова под влиянием горного производства в условиях юга Дальнего Востока и возможности его восстановления/ В.А. Морин. [и др.]// Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2010.- С. 299308.
7. Галченко Ю.П. Динамика изменения состава и состояния элементов биоты в зоне техногенного воздействия горных предприятий/ Ю.П. Галченко //Горный информационно-аналитический бюллетень. -2007.- № 11. - С. 209-214.
8. Халилова С.Р. Оптимизация ландшафтов и лесовозобновительных процессов в условиях открытых разработок пес-чано-гравийных месторождений на лесных землях Удмуртского Прикамья: авто-реф. дисс... канд. с-х. наук / С.Р. Хали-лова.- Екатеринбург, 2011. - 18 с.
9. Cowles H.C. The ecological relations of the vegetation on the sand dunes of Lake Michigan // Bot. Gaz. - 1899. - V. 27,- P. 95-39. EE
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Озарян Юлия Александровна - мл. научный сотрудник, e-mail: [email protected] Институт горного дела ДВО РАН.
UDC [502.5+574.4]:622.2 (571.6) v-
FEATURES OF THE BIOTA RECOVERY IN THE ZONE OF THE INDUSTRIAL IMPACT OF THE FAR EASTERN MINING ENTERPRISES
Ozaryan Y.A., Junior Researcher
Mining Institute of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences.
We consider the specific features of self-healing plant communities in disturbed areas of mineral extraction. Investigated species composition of vegetation, the dynamics of change over time, and the coefficients of similarity. determine the stability of the secondary plant communities on the basis of the integral index of developmental stability.
Key words: demutaciya, fitocenoz, open production, sustainability, impact, selfovergrowing. REFERENCES
1. Open pit: a handbook. / KN Troubetzkoy [etc.] - M: Bureau of Mines, 1994. 590.
2. Environmental problems geotechnologies new ideas and methods for solving / NN Chapygin, YP Galchenko [etc.] - M. Publ" NAUCHTEKHLITIZDAT", 2009. - 320 S.
3. Illuminated, Y. Study of dust contamination of ecosystems during open-deposits is less building materials / Y.A. Illuminated / / Ecological Systems and Devices, 2012. - № 2 - S. 48-54.
4. Formation phytocenoses in disturbed industrial lands / TS Cibric, Y. El kin Sverdlovsk. Publishing House of the Ural State University, 1991. - 219 p.
5. Mamaev, Y. Regulating influence of biota on the environment and the problem of the organization of biological research within the natural- mining systems / Y.A. Mamaev, L.T. Krupskaya, B.G. Saxin / / Mountain information -analytical byulleten. 2005. - № 3. - S. 137-140.
6. Transformation of vegetation under the influence of mining production in Southern Far East and the possibility of recovery / VA Maureen. [etc.] / / Mountain information-analytical bulletin. - 2010. - S. 299-308.
7. Galchenko, Y.P. Dynamics of changes in the composition and state of the elements of the biota in the area of man- tion impact of mining enterprises / Y.P. Galchenko / / Mountain information and analytical bulletins shadow. -2007. - № 11. - S. 209-214.
8. Khalilov, R.S. Optimization landscapes and reforestation processes under conditions of open development of sand and gravel deposits in the forest land of Udmurt Prikamye: auto- ref . diss ... cand. c x . Science / S.R. Khalilov. - Ekaterinburg, 2011. - 18 .Cowles, H.C. The ecological relations of the vegetation on the sand dunes of Lake Michigan // Bot. Gaz. - 1899. - V. 27.- P. 95-39.
HeyaaHHHKH KHHr He HHTarnr.
