CC BY
26
шар : її : :::
ОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА ■
МОСКВА, МП У, 31 января - 4 февраля 2000 і ода
^ Ю.П. Галченко, Г.В. Сабянин,
2000
УДК 502:622
Ю.П. Галченко, Г.В. Сабянин
РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ БИОТЫ В ЗОНЕ
Прекращение или снижение темпов прогрессирующего техногенного разрушения природных экосистем является сегодня одной из основных научных и технологических проблем, от решения которой зависят перспективы существования как природы, так и человека.
Содержание понятия экологической безопасности производства определяется теми конечными целями, которые должны быть достигнуты для того, чтобы экосистема, воспринимающая техногенную нагрузку, сохраняла бы перспективу своего нормального развития. По характеру этих конечных целей можно выделить три типа задач природоохранной деятельности при ведении промышленного производства:
1. Обеспечение экологической безопасности для природно-равновесных экосистем имеет своей целью сохранение биологических видов, слагающих экосистемы.
2. Экологическая безопасность для искусственноравновесных экосистем (в основном сельскохозяйственного назначения), в которых биологическое равновесие поддерживается путем периодического приложения труда человека, связана не с сохранением каких-либо видов, а с необходимостью сохранения плодородия почвы, как средства производства.
3. В урбанизированных экосистемах искусственной среды обитания человека главной задачей при обеспечении экологической безопасности является сохранение здоровья человека и элементов инфраструктуры среды его обитания.
Для России особое значение имеет проблема изучения и регламентации взаимодействия при-родноравновесных экосистем с горнодобывающими предприятиями. Это объясняется тем, что мы являемся одной из немногих стран, где экосистемы практически не затронутые (или слабо затронутые) техногенным воздействием, занимают более половины ее огромной территории и где горнодобывающая промышленность является важнейшим элементом экономики.
Особую значимость этой проблеме придает тот факт, что выбор места расположения шахты или рудника совершенно не зависит от воли человека, а полностью предопределен геологическими факторами Поэтому в большинстве случаев освоение новых месторождений полезных ископаемых связано с нарушением именно природно-равновесных первичных экосистем естественной биоты Земли.
Характер и структура воздействия любых типов горных предприятий на окружающую среду однотипны и достаточно хорошо описаны в специальной литературе [2].
Степень экологической опасности этих факторов (а значит и уровень экологической безопасности данного производства) для конкретной экосистемы должна определяться через количественную оценку изменений в биоте экосистем, которая, в свою очередь, может быть получена путем натурных наблюдений за элементами биоты в зоне влияния добывающего предприятия с известными технологическими параметрами, масштабом производства и характером техногенного воздействия.
Наблюдения проводились в зоне техногенного воздействия подземного рудника, расположенного в верховьях ключа Партизанский (приток реки Зеркальной) в горной системе Сихотэ-Алиня.
Рудник «Центральный» был построен в 1942 году на базе жильного месторождения олова, представленного крутопадающими рудными телами кварц-сульфидного и кварц-полиметалличес-кого состава мощностью от 0,5 до 2,5 м. Месторождение было вскрыто горизонтальными штольнями и слепым стволом. Добыча руды велась системами с магазинированием руды и с креплением очистного пространства. С середины семидесятых годов была начата отработка штокверковых рудных тел камерными системами с подэтажной выемкой.
Кроме рудника в техногенную инфраструктуру входят: обогатительная фабрика, жилой поселок городского типа и система автодорог.
За период эксплуатации рудника добыто 23,1 млн т товарной руды, выдано и уложено в отвалы на земной поверхности 12 млн т пустых пород и 3,2 млн т бедных руд. Свыше 20 млн т отходов обогащения было размещено в хвостохранилище.
Общая площадь полного уничтожения первичной биоты под технологическое, жилое и дорожное строительство составила 6,9 км2, что составило 22,6 % общей площади долины реки Партизанка, в вершине которой был расположен рудник. Вокруг этой промышленно-бытовой инфраструктуры сформировалась обширная зона сильного техногенного и антропогенного изменения первичного фитоценоза, которая занимает практически всю площадь долины и достаточно четко ограничена по флангам водораздельными линиями горных хребтов, образующих эту долину. Общая площадь этой территории составляет примерно 24 квадратных километра, или 77,4 % от общей площади долины [7].
Характер поставленной задачи — определение тенденций изменения количественного и качественного состава биоты во времени по мере увеличения объемов производства - предопределил и методику проведения исследований [2, 3].
Выбор в качестве основного объекта наблюдений дендрофлоры не требует особых обоснований и вытекает из определяющей роли фитоценоза в формировании пищевой пирамиды биотических систем [2]. Выбор же второго объекта — ночных чешуекрылых (Lepidoptera) обусловлен тем, что это наиболее мобильная, легко наблюдаемая визуально и достаточно просто привлекаемая на источники света часть энтомофауны, а также тем, что чешуекрылые являются важнейшим звеном в цепи превращения фитомассы в животный белок и кормовой базой огромного числа других видов живых существ. Средняя удель-
ная биомасса всех насекомых в регионе нашего наблюдения составляет около 300 кг/га. В том числе чешуекрылые — 100-120 кг/га. Для всех остальных потребителей фитомассы (грызуны, травоядные млекопитающие и птицы) этот показатель не превышает 5-8 кг/га [2, 3].
К этому стоит добавить, что жесткая взаимосвязь различных видов чешуекрылых с определенными видами растений, позволяет увязывать изменения в группировках насекомых с процессами, происходящими в растительных сообществах, и проводить экспертную оценку состояния экосистем по количественно-качественному составу чешуекрылых. Проведению такого экспертного анализа в значительной мере способствуют узость экологических нищ, высокая численность и непродолжительные сроки жизни насекомых. Эти особенности биологии данной группы животных позволяют исследователю довольно быстро собрать статистически значимый материал, отражающий состояние популяций чешуекрылых и на их примере аргументировано рассматривать особенности взаимодействия природных и техногенных систем.
В качестве эталона коренного для изучаемого региона растительного сообщества приняты результаты геоботани-ческих исследований до начала строительства рудника [5, 6]. По данным этих исследований, прирусловая галечная полоса и первая надпойменная терраса были заняты тополе-во-чозениевыми насаждениями:
6Ч, + 2Т м + 2 Ям
3Ян;3Км;1Кмн;2Са;1Оп + Ил
22 - 25 30 - 50
высота, м -------; диаметром, см -------; сомкнутость
полога, ед.
10 -15
0,б - 0,7 0,4 - 0,5
В -10
где Чз — чозения (Chosenia macrolepis), Тм — тополь Максимовича (Populus maximoviczii), Ям — ясень маньчжурский (Fraxinus manshurica), Км — клен маньчжурский (Acer manshurica), Кмн — клен моно (Acer mono), Са — сирень амурская (Syringa amurensis), Оп — ольха пушистая (Ahius hirsuta), Ил — ильм лопастный (Ulmus laciniata).
На обоих склонах долины ключа Партизанский был развит многопородный трехъярусный хвойно-широколиственный лес:
бК + 4 П
3Лп ;2Бж ;1Бх ;3Кмн ;1°р
3Клз ;2КМ ;4 Г с ;1Са + Ид
высота, м
лога, ед.
2В - 30 20 - 22 б - В 0,3 - 0,4 0,5 - 0,б ; 0,1 - 0,2
диаметр, см
50 - 50 30 - 40 10 - 1б
сомкнутость по-
где К — кедр (Pinus koraiensis), Пц — пихта черная (Abies holophylla); Лп — липа амурская (Tilia amurensis), Бх — бархат амурский (Phellodendron amurense), Ор — маньчжурский орех (Jurglans manshurica); Клз — клен
ложнозибольдов (Асег pseudosieboldianum); Гс — граб сердцелистный (Сагртш cordata); Ид — ильм долинный (Штш profiqua).
Строительство в долине горного предприятия и его эксплуатация в течение 47 лет привело к коренным количественным и качественным изменениям первичной экосистемы.
В зоне прирусловой галечной полосы и первой надпойменной террасы на месте тополево-чозениевых насаждений развился лишь ольшаник из ольхи пушистой с небольшой примесью ивы. Высота деревьев 4-5 м.
По склонам долины сформировался многопородный лиственный двухъярусный лес с незначительной примесью единичных перестойных деревьев пород первичного лесо-стоя:
2Лп + 4Бж + 3Бм + 1Кмн
3Км ;2К„з ;1Вм ;2fc ;1Оc К + И,
д
высота, м
лога, ед.
1В - 20 б - В
0,5 - 0,7 0,3 - 0,5
диаметр, см
30 - 40 10 - 1б
сомкнутость по-
где Бм — береза маньчжурская (ВеМа ташМгіса), Вм — вишня Максимовича (Cerasus тахшк^кяи), Ос — осина (Рориіш Ігетиіа), Кзк — клен зеленокорый (Асег tegmentosum).
По всем профилям зафиксировано значительное количество пней пихты и кедра, что вместе о усилением роли березы желтой и появлением в лесостое березы маньчжурской и осины, свидетельствует о том, что насаждения на данной территории испытали влияние интенсивной выборочной рубки хвойных пород и антропогенных пожаров слабой и средней интенсивности.
Как видно из таблиц 1 и 2, смена типа леса связана не с полномасштабным изменением всего видового состава, а с изменением ценотического статута различных групп видов [7]. Выборочная вырубка хвойных, составлявших первый ярус эталонного древостоя, привела к тому, что эту нишу заняли виды второго яруса, что, в свою очередь, повысило статут видов третьего яруса. Видовой же состав двух последних групп практически не изменился. Закономерным следствием прошедших пожаров явилось появление пирогенных видов — березы маньчжурской 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). То есть причиной изменения фитоценоза стало не прямое техногенное воздействие добывающего предприятия, а сопряженное с его существованием антропогенное воздействие.
Параллельно с исследованиями техногенных смен ландшафтов, в зоне действия изучаемого рудника проводились наблюдения за состоянием популяций чешуекрылых. Учитывая высокую степень влияния различных случайных факторов при проведении их сборов обычными методами, было решено вести наблюдения методом систематических
Таблица 1
СТРУКТУРА ВИДОВОГО СОСТАВА МН В ЭТАЛОННОМ ФИТОЦЕНОЗЕ
ГОПОРОДНОГО ЛЕСА
№№ Виды Количество, %
в ярусе всего
I яРУс
1 Кедр корейский 60 20
2 Пихта черная 40 13
I ярус
1 Липа амурская 30 10
2 Береза желтая 20 6,6
3 Бархат амурский 10 3,3
4 Клен моно 30 10
5 Орех манчжурский 10 3,3
II ярус
1 Клен ложнозибольдов 30 10
2 Клен манчжурский 20 6,6
3 Граб сердцелистный 40 13
4 Смрень амурская 5 1,65
5 Ильм долинный 5 1,65
Таблица 2
СТРУКТУРА ВТОРИЧНЫХ ЛЕСОВ СКЛОНОВ ДОЛИНЫ КЛЮЧА ПАРТИЗАНСКИЙ
№№ Виды Количество, %
в ярусе всего
I ярус
1 Липа амурская 17 8,5
2 Береза желтая 40 20
3 Береза манчжурская 30 15
4 Клен моно 10 5
5 Кедр корейский 1 0,5
6 Пихта черная 2 1
I ярус
1 Клен манчжурский 30 15
2 Вишня Максимовича 10 5
3 Клен ложнозибольдов 20 10
4 Клен зеленокорый 5 2,5
5 Граб сердцелистный 20 10
6 Ильм долинный 5 2,5
7 Осина 10 5
разовых сборов чешуекрылых в ночное время на стационарном источнике света с постоянной мощностью и спектром излучения.
Такая методика сборов, безусловно, снижает уровень их представительности с точки зрения всего многообразия видов чешуекрылых. Но, с другой стороны, стационарность места наблюдений, единообразие условий привлечения и времени сборов позволяют оценить динамику количественных и качественных изменений, произошедших под влиянием техногенного воздействия горного производства, в той части энтомофауны, которая реагирует на принятый в эксперименте способ привлечения, а также снизить влияние ошибок, связанных с постановкой эксперимента.
В соответствии с методикой, при описании общих сборов, было выделено одиннадцать основных семейств: древоточцы (Cossidae) пальцекрылки (АсиШ^ае), павлиноглазки (АЫаШае), брамеи (Brohmaidae), шелкопряды (Боту^ае), бражники (Sphingidae), хохлатки (Мо^^опШае), пяденицы (Geometri-dae), серпокрылки (Drepanidae), коконопряды (Lasiocampidae), совки (Мoctuidae). В состав этих семейств входило более 80% особей, наблюдаемых при проведении экспериментов.
Анализ динамики изменения абсолютной и относительной численности представителей каждого из названных семейств позволяет выделить три основные группы.
В первую группу входят семейства серпокрылки, хохлатки, бражники, пальцекрылки и шелкопряды. Абсолютная численность представителей этих семейств практически сохраняется на одном уровне, а относительная — возрастает. Такой характер изменения показывает, что основные виды вышеперечисленных семейств либо не чувствительные к техногенному воздействию данного
типа производства, либо достаточно пластичны и быстро адаптируются к изменяющимся условиям обитания.
Вторая группа представлена семействами брамей, коконопрядов, древоточцев и павлиноглазок. Для них характерно одновременное снижение во времени, как абсолютной, так и относительной численности. Это, скорее всего, свидетельствует о том, что большинство видов этих семейств не могут нормально развиваться в измененной техногенным воздействием среде обитания.
Третья группа, включающая наиболее многочисленные по количеству видов семейства пядениц и совок, отличается тем, что при достаточно заметном сокращении абсолютного количества особей, относительное их количество в общих сборах сохраняется примерно на одном уровне или сокращается значительно медленнее абсолютного. Такой характер изменения показателей свидетельствует, скорее всего, о том, что среди общего и очень значительного количества видов в каждом семействе есть две достаточно большие группы. Одна из них представлена видами, не чувствительными к изменениям среды обитания, вызванным работой горного предприятия, а вторая — объединяет виды, угнетаемые в результате этих изменений.
Учитывая комплексный характер техногенного воздейст-
вия, представляет интерес совместный анализ динамики общей численности чешуекрылых в контрольных сборах и объемов производства рудника (рис. 1).
Как следует из рисунка, за период наблюдений годовая добыча руды возросла в 5,6 раза (кривая 1).
Общее количество особей чешуекрылых в контрольных сборах за период наблюдений уменьшилось в 3,35 раза (кривая 2) и сохранило тенденцию к дальнейшему сокращению. При этом среднегодовой темп падения численности (кривая 3) за этот период возрос с 2,4 % в 1959-60 гг. до 10-11 % в 1986-89 гг. Если предположить, что выявленные
количественные изменения численности изучаемой части энто-мофауны являются локальным отражением общего процесса деградации экосистемы в целом, то, сравнивая характер кривых 1 и 3, можно сделать вывод о том, что увеличение комплексной техногенной нагрузки на экосистему до какого-то уровня (который, видимо, индивидуален для каждого типа экосистемы, и в нашем конкретном случае соответствует годовому объему добычи руды в 200-220 тыс. т) ком-пенсируется внутренними ресурсами устойчивости экосистемы. Превышение этого уровня воздействия приводит к лавинообразному развитию процесса ее необратимой деградации. Поэтому можно предположить, что понятие экологической безопасности предприятия или применяемой технологии разработки месторождения должно включать в себя не только уровень и характер техногенных воздействий, но и способность реальной экосистемы противостоять этим воздействиям. При оценке общего влияния на природную экосистему применяемой на предприятии геотехнологии необ-хо.чимо .дифференцированно рассматривать сооственно техно-
1. Проблемы экологии России /под ред. В.И.Данилова-Данильяна. М., 1993, 348 с.
2. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Охрана окружающей среды при освоении земных недр. Вестник РАН. Т.68 № 7, 1998. С. 629-638.
3. Галченко Ю.П. «Исследование долгосрочного влияния подземного рудника на популяцию чешуекрылых». Экологические системы и приборы. №2. 1999 г. С.57-61.
генное 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 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 средством сохранения природы становится создание технологий (и Рис. 1. Сопоставление объемов добычи руды - Аг (кривая 1), общей численности чешуекрылых в контрольных сборах - Ы, шт. (кривая 2) и среднегодового темпа ее изменения - АЫ/Ы (кривая 3).
геотехнологий в частности) с возможностью управления внешним воздействием в границах диапазонов толерантности биоты реальных экосистем [2].
Применительно к освоению недр, особенно новых месторождений, расположенных на территориях не затронутых еще антропогенным воздействием, не меньшую (если не большую) значимость приобретает проблема создания принципов проектирования, строительства и эксплуатации объектов бытовой инфраструктуры добывающих предприятий, позволяющих удерживать в границах диапазонов толерантности биоты также и все виды антропогенной нагрузки, связанной с концентрированным проживанием людей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Куренцова Г.Э. Этапы антропогенных смен ландшафтов в Южном Приморье. Сб. Природа и человек. Владивосток, ДВНЦ АН СССР. 1973, С.173-207.
5. Комаров В.Л. Типы растительности Южно-Уссурийского края. Труды почвенно-ботанической экспедиции Росс. Академии Наук. СПб. 1917 г., 260 с.
6. Пржевальский ИМ. Путешествие в Уссурийский край 1867-69 гг. 2-е издание. М., 1937 г., 467 с.
7. СукачевВ.Н. Избранные труды. Т.1,3. Л., Наука, 1972-1975.
./■
Галченко Ю.П. докюр юхничсских наук, член-корр. РЭА, Инсшт проблем ком-
плексною освоения недр РАН.
Сабянин Г.В. трный инженер, Инсшт проблем комплексною освоения недр РАН.
г,
