CC BY
16
УДК; 281.55:504.062.4
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-5-128-132
РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАРУШЕННЫХ
ЗЕМЕЛЬ ЯКУТИИ
С. И. Миронова, д. б. н., профессор, г. н. с. НИИ прикладной экологии Севера им. проф. Д. Д. Саввинова СВФУ, [email protected], Якутск, Россия
Представлены результаты многолетних исследований нарушенных земель месторождений алмазов, золота и угля на территории Якутии. Исследования проводились по следующим этапам: 1) изучение закономерностей сукцессии растительности на промышленных землях с выявлением их рекультиваци-онного потенциала; 2) проведение опытно-экспериментальных работ по биологической рекультивации на отвалах пустых пород и хвостохранилищах. Результаты исследований показали следующее: на техногенных землях в течение 20—40 лет появляются первичные сукцессии растительности и техногенно-сукцессионные системы по стадиям восстановления. Опытные работы показали положительные результаты биологической рекультивации при применении различных способов и методов с учетом природно-климатических особенностей Якутии. Приводится пример биологической рекультивации отвала №6 карьера «Мир», где получен искусственный травостой с проективным покрытием до 60 % из видов дикой и интродуцированной флоры.
The results of long-term studies of disturbed lands of diamond, gold and coal deposits in the territory of Yakutia are presented. The research was carried out in the following stages: 1) study of the patterns of vegetation succession on industrial lands with the identification of their recultivation potential; 2) carrying out experimental work on biological reclamation on waste rock dumps and tailing dumps. The research results showed the following: primary successions of vegetation and techno-genic succession systems at the stage of restoration appear on technogenic lands within 20—40 years. Experimental work has shown positive results of biological reclamation using various means and methods, taking into account the natural and climatic characteristics of Yakutia. The example of biological reclamation of dump No. 6 of the "Mir" open pit is given, where an artificial grass stand with a projective cover of up to 60 % of the species of the wild and introduced flora has been obtained.
Ключевые слова: рекультивация, нарушенные земли, месторождения полезных ископаемых, криогенные процессы, отвалы пустых пород, хвостохрани-лища, травостой, проективное покрытие.
Keywords: recultivation, disturbed lands, mineral deposits, cryogenic processes, waste rock dumps, tailing dumps, grass stand, projective cover.
Введение. По данным Государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды РС (Я)», площадь нарушенных горными работами земель в Якутии составляет более 30 тыс. га, из которых на разработку месторождений полезных ископаемых и г еологоразведочные работы изъято 23,5 тыс. га, или 72 %, из них более 90 % заняты хвостохранилищами и отвалами пустых пород. Для сравнения только в Мирнинском районе (центр алмазодобычи) отходы производства составляют более 550 млн т.
Техногенные ландшафты представляют собой выведенные из природного кругооборота «балластные» системы, отрицательно влияющие на экологическую обстановку сопредельных территорий. Их негативное воздействие на окружающую среду значительнее размеров самих нарушенных земель, что диктует неотложность разработки и проведения мероприятий по их восстановлению (рекультивации) и возвращению в хозяйственный оборот.
Как известно, на Севере, в том числе в Якутии, промышленные земли оставлялись на «самоизлечение» из-за большого фонда неиспользуемых земель, слабой заселенности территорий, экономической неэффективности рекультивационных работ и т. д. Лишь в последние годы осознание экологического неблагополучия и даже катастрофичности последствий разрушения локальных природных экосистем Севера определило социальную значимость проблемы природовосста-новления.
Цель исследований — оценка современного состояния нарушенных земель Якутии и решение проблем их восстановления (рекультивации). В основные задачи входят: анализ нарушенности техногенных земель Якутии и их рекультива-ционного потенциала, проведение опытно-экспериментальных работ по биологической рекультивации и обсуждение их результатов.
Объекты и методы исследований. Объектами наших исследований были отвалы пустых пород алмазных (Мирнинский район), угольных (Нерюнгринский район) карьеров, а также месторождений золота (Алданский район). Общая оценка состояния природной среды показала изменения в объектах природной среды.
В исследованиях применены методы анализа, сравнения данных, общепринятые геоботанические и ботанические, ор-динация и классификация видов и сообществ, способы биологической рекультивации.
Результаты и обсуждение. Анализ литературы исследований работ по биологической рекультивации в СССР и России выделяет следующие этапы:
1 этап — до 1970-х годов, когда ученые начали проводить научно-исследовательские (почвенные, геоботанические, ландшафтные и др.) и научно-практические (опытные рекультивационные) работы на нарушенных промышленными предприятиями землях;
2 этап — с 1980-х до конца 1990-х годов количество публикаций по биологической рекультивации заметно снизилось, опытные работы были почти приостановлены;
3 этап — конец 1990-х и в настоящее время — возобновление научных и научно-практических исследований по биологической рекультивации после «затишья».
Анализ литературы показывает рост числа научных публикаций по биологической рекультивации нарушенных земель и связанных с нее исследований в 1960—1970-х годах. В 1978 году появилась монография «Программа и методика биогеоценотических исследований» [1]. Все представленные в ней методы были основаны на известных методах изучения естественной растительности, поскольку в техногенных ландшафтах проходят те же процессы, что и природных.
Литературу по вопросам рекультивации можно объединить в следующие группы:
1. Различные рекомендации, инструкции, методические пособия, посвященные в основном этапу технической рекультивации и содержащие результаты теоретических и практических работ. Авторы отмечают, что эффективность рекультивации породных отвалов в значительной степени определяется условиями их формирования, необходимыми сведениями об агрохимических и агрофизических свойствах вскрышных пород, укладываемых в тело отвалов. Таких данных нет в отчетах о разведке месторождений полезных ископаемых, хотя разработано уже много классификаций горных пород по пригодности их для рекультивации.
2. Литература по методам рекультивации. Большое количество занимает литература по самому универсальному методу рекультивации — методу «залужения», т. е. искусственного создания многолетних продуктивных травянистых сообществ. Но работ, где бы анализировались длительные изменения (многолетние наблюдения) состава искусственного растительного сообщества на отвалах, пока еще нет.
3. Исследования по зарастанию техногенных субстратов и регулированию естественных сук-цессий восстановительного процесса. Проведены наблюдения за естественным самозарастанием нарушенных земель, которые имеют важное природоохранное значение главным образом для
малообжитых районов, предотвращая или значительно ослабляя вредное воздействие нарушенных земель на соседние территории. Полный анализ теории антропогенной динамики растительности отражен в работе Миркина Б. М. [2].
Частичное или полное уничтожение растительного покрова при открытой добыче полезных ископаемых не привели к возобновлению естественной растительности, а на нарушенных техногенных ландшафтах развиваются первичные антропогенные сукцессии. При этом материал для естественного зарастания отвалов поставляет местная флора, основу которой составляют виды, способные быстро захватывать освободившиеся территории благодаря интенсивному семенному и вегетативному размножению и расселению с помощью различных надземных и подземных органов. Установлено, что флора промышленных отвалов Якутии составляет всего 14 % от общего списка высших растений естественных л андшаф-тов [3].
Исследованиями выявлено 4—5 стадий сукцессии. На карьерных и рудных отвалах растительность находится на уровне пионерной стадии развития с доминированием групп видов, тяготеющих к начальным и средним стадиям сукцессии. На дражных полигонах растительность переходит к более устойчивым сообществам. Разнообразна и контрастна на них и картина изменений синтетических показателей (видового богатства, агроботанического состава, проективного покрытия, жизненной формы). Характерна широкая амплитуда распределения видов на градиенте сукцессии и нечеткость смены видов с разными типами стратегий и фитосоциологическим статусом. Альфа-разнообразие разных стадий сукцессии возрастает по градиентам: начальные стадии — конечные стадии, высокий уровень — низкий уровень, запад — юг. По градиенту запад-юг возрастает также гамма-разнообразие и степень контрастности изменений видового состава на хроноклине. Общее проективное покрытие постепенно увеличивается по стадиям сукцессии. Для сукцессии на севере характерна более высокая роль злаков (Puccinellia hauptiana, Hordeu-mjubatum, Elymus kronokensis и другие), для сук-цессий на юге — бобовых (роды Trifolium, Astragalus). На севере выше роль терофитов, а на юге — древесно-кустарниковых видов. По фитосоцио-логическому составу среди сериальных видов на западных отвалах преобладают виды из классов Puccinellio-Hordeetea jubati, Chenopodietea и Phag-miti-Magnocaricetea (на нижнем уровне), на южных — Molinio-Arrhenatheretea и Salicetea purpu-reae [4—7].
Растительность отвалов — типичный пример континуальной «серой зоны» с низкой классифи-цируемостью [3]. В результате редукции континуума до дискретности построена синтаксономия, в составе которой 5 классов (БрЦоЫйеа, Мо11п1о-АггЬепа1кеге1еа, РисстеШо-Иогёее1еа ^ЪаИ, Лйе-тше1еа ]асиИсае, 8аИсе1еа ригригеае), 4 порядка, 4 союза, 6 ассоциаций с 9 субассоциациями, 26 вариантами и 14 безранговыми сообществами. Все синтаксоны подчиняются уже сложившейся системе высших единиц, новыми являются только 3 ассоциации (СИатегю-ИоМееШт ^ЪаИ, СИа-тотШо-ИогёееШт ^ЪаИ, СИатепо-АйетшеШт то^оИсае). В сукцессиях на отвалах происходит смена моделей: от нейтральности на инициальных стадиях, когда конкуренция минимальна, к благоприятствованию, т. к. за счет жизнедеятельности растений происходит образование почвы и улучшение условий. На более поздних стадиях на отвалах юга намечается переход к модели толерантности за счет усиления конкуренции, которая препятствует вхождению в сообщества конкурентно слабых видов. Однако на изученных отвалах время их создания недостаточно для того, чтобы сформировались лесные сообщества с сильным эдификаторным эффектом деревьев, потому роль модели толерантности в определении состава сообществ сравнительно невелика.
На основе ординационно-классификацион-ных анализов разработаны техногенно-сукцесси-онные системы в условиях Якутии, отличающие -ся по регионам как общим бета-разнообразием, так и интенсивностью его изменений в ходе сукцессии.
В связи со специфическими особенностями природы Якутии важной эколого-природоохран-ной задачей является рекультивация техногенных ландшафтов с целью предотвращения криогенных процессов и максимальное приближение их к первозданному природному состоянию. При этом апробированные в других регионах России методы и технологии рекультивации на территории Якутии не дают эффективных результатов, поэтому целесообразно разработать подходящие для Якутии способы природовосстановления.
В Якутии наиболее серьезным препятствием для успешного применения эффективных способов рекультивации является значительный дефицит потенциально-плодородных пород, минимальный объем естественных почв. Поэтому основными требованиями при проведении горных работ должны быть: максимум сохранять природные ландшафты в районах месторождений, сокращая до минимума их рекультивации; сохранять естественный температурный режим мно-
Рис. Рекультивированный отвал карьера «Мир»
голетнемерзлых пород, залегающих в кровле и подошве разрабатываемого полезного ископаемого, и максимально использовать положительные свойства мерзлоты, применяя направленное регулирование теплового режима в горных выработках.
Институтом прикладной экологии Севера СВФУ с 1990-х годов ведутся комплексные экологические исследования по изучению закономерностей процессов восстановления природной среды в промышленных регионах Якутии, а также опытно-экспериментальные работы по биологической рекультивации. Результаты научных исследований отражены в монографиях и научно-практических рекомендациях и учебных пособиях.
Изучение растительности на нарушенных ландшафтах показало, что на м есторождениях золота (бассейн р. Алдан), разрабатываемых дражным способом, зарастание растений возможно после 5—10 лет, а устойчивые сообщества травянистых и кустарниковых видов формируются только к 40—60 годам. Климакса не наблюдается. На отвалах пустых пород коренных месторождений алмазов (бассейн р. Вилюй) растительность долго не произрастает из-за их большой высоты (до 100 м) и крутизны откосов (до 60°), что негативно влияет на экологическую ситуацию городов, расположенных крайне близко от карьеров.
Ведется работа с АК «АЛРОСА» на отвалах алмазных карьеров Мир, Айхал и Удачный. По результатам опытных работ по рекультивации Институт принимает участие в разработке проектов рекультивации отдельных промышленных объектов (отвалы, хвостохранилища, нарушенные участки).
Примером является результат рекультивации на отвале № 6 карьера «Мир» (рисунок).
Биологическая рекультивация отвала № 6 Мирнинского ГОКа, начатая в 2006 году, показала возможность успешного проведения биологической рекультивации путем частичной отсыпки плодородного грунта, посева семян диких и инт-родуцированных для Якутии растений и посадки саженцев дикой флоры с внесением минеральных удобрений.
Отвалы пустых пород представляют собой высокие и крутые седловинно-платообразные формы рельефа, созданные при отсыпке пустых пород из глубины до 500 м и более. Высота их достигает до 100 м, крутизна откоса — до 60°. Характеризуются они большой неоднородностью состава и размера отсыпных пород. Возраст самых старых отвалов не превышает 20—30 лет.
Выводы
1. Рекультивацию на техногенных землях необходимо провести по результатам комплексных экологических изучений их состояния и после оценки рекультивационного потенциала каждого участка.
2. На высоких и крутых отвалах пустых пород рудных месторождений необходимо провести отсыпку плодородного слоя и ускорить зарастание и задернение грунта путем посева семян быстрорастущих видов растений. На поверхности отвалов положительную роль играет посадка кустарниково-древесных растений и посев семян сначала одно- и двулетних видов, а затем и многолетников при внесении минеральных удобрений. Следует заметить, что зарастание растениями отвалов чаще наблюдается на невыровненных площадях поверхности отвалов, где имеются микропонижения и микроповышения.
3. Рекультивационные работы требуют разработки проектов рекультивации для каждого участка или месторождения.
4. Следует отказаться от сплошного выравнивания отвалов и сформировать волнистый рельеф путем невысоких (0,5—0,7 м) параллельных гряд, расположенных перпендикулярно направлению господствующих ветров. Равномерное распределение таких участков на отвале в целом создаст более благоприятные экологические условия путем сохранения части влаги и аккумуляции растительного опада и отходов жизнедеятельности организмов в межгрядовых понижениях, ограждения подроста растений и семенного материала от выдувания.
5. Установлено, что статистически достоверна эффективность применения оптимальных доз минеральных удобрений (60—90 кг/га) при посеве семян трав в условиях Севера на молодых (5—10 лет) дражных отвалах месторождений золота и алмазов.
6. Одной из проблем по рекультивации является отсутствие питомников растений-рекульти-вантов. Их создание на промышленных территориях играет большую роль при восстановлении нарушенных экосистем, сохранении и приумножении биологического разнообразия растительности и животного мира техногенных ландшафтов. Данный вопрос требует значительных затрат, для его решения целесообразнее разработка специальной государственной программы с соответствующим финансированием на уровне Правительства РС (Я) и крупных промышленных компаний.
Библиографический список
1. Колесников Б. П., Моторина Л. В. Методы изучения биогеоценозов в техногенных ландшафтах // Программа и методика изучения техногенных биогеоценозов. — М.: Наука, 1979. — С. 5—21.
2. Миркин Б. М. Антропогенная динамика растительности // Итоги науки и техники. — Т. 5. — М.: ВИНИТИ, 1984. — С. 139—235.
3. Миронова С. И., Миркин Б. М. О разнообразии в некоторых техногенных сукцессионных системах Якутии // Экология. — 1999. — № 4. С. 266—270.
4. Миронова С. И. On the diversity in which the technogenic successional systems of Yakutia. — Новосибирск: Наука, 2000. — 145 с.
5. Миронова С. И. Растительные сукцессии на природно-техногенных ландшафтах Западной Якутии и их оптимизация. — М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2016. — 140 с.
6. Миронова С. И., Иванов В. В. Добыча угля в Южной Якутии и ее воздействие на растительность (на примере разреза «Нерюнгринский»: монография / С. И. Миронова, В. В. Иванов. — М.: Евроазиатская научно-промышленная палата, 2019. — 102 с.
7. Миронова С. И., Гаврильева Л. Д., Петров А. А., Никифоров А. А. Биологическая рекультивация промышленных земель Якутии: монография. — М.: Изд. дом Академии естествознания, 2021. — 166 с.
RESULTS OF SCIENTIFIC AND PRACTICAL RESEARCH OF THE DISTURBED LANDS OF YAKUTIA
S. I. Mironova, Ph. D. in Biology, Dr. Yabil., Professor, Chief Researcher of the Research Institute of Applied Ecology of the NEFU, [email protected], Yakutsk, Russia
References
1. Kolesnikov B. P., Motorina L. V. Metody' izucheniya biogeocenozov v texnogenny'x landshaftax [Methods for studying bio-geocenoses in technogenic landscapes]. Programma i metodika izucheniya texnogenny'x biogeocenozov. Moscow, Nauka. 1979. P. 5—21 [in Russian].
2. Mirkin B. M. Antropogennaya dinamika rastitel'nosti [Anthropogenic dynamics of vegetation]. Itogi nauki i texniki. Vol. 5. Moscow, VINITI, 1984. P. 139—235 [in Russian].
3. Mironova S. I., Mirkin B. M. O raznoobrazii v kotory'x texnogenny'x sukcessionny'x sistemax Yakutii [On the diversity in which the technogenic successional systems of Yakutia]. E'kologiya. 1999. No. 4. P. 266—270 [in Russian].
4. Mironova S. I. Texnogenny'e sukcessionny'e sistemy' rastitel'nosti v usloviyax kriolitozony' [On the diversity in which the technogenic successional systems of Yakutia]. Novosibirsk, Nauka, 2000. 145 p. [in Russian].
5. Mironova S. I. Rastitel'ny'e sukcessii na prirodno-texnogenny'x landshaftax Zapadnoj Yakutii i ih optimizaciya [Plant successions on natural and technogenic landscapes of Western Yakutia and their optimization]. Moscow, Izdatel'skij dom Akademii Estestvoznaniya, 2016. 140 p. [in Russian].
6. Mironova S. I., Ivanov V. V. Doby'cha uglya v Yuzhnoj Yakutii i ee vozdejstvie na rastitel'nost' (na primere razreza "Ner-yungrinskij": monografiya [Coal mining in South Yakutia and its impact on vegetation: a case study of the Neryungrinsky open-pit mine: monograph] / S. I. Mironova, V. V. Ivanov. Moscow, Evroaziatskaya nauchno-promy'shlennaya palata, 2019. 102 p. [in Russian].
7. Mironova S. I., Gavril'eva L. D., Petrov A. A., Nikiforov A. A. Biologicheskaya rekul'tivaciya promy'shlenny'x zemel' Yakutii: monografiya [Biological reclamation of industrial lands of Yakutia: monograph]. Moscow, Izd. dom Akademii Estestvoznaniya, 2021. 166 p. [in Russian].
