CC BY
54
ТЕХНОГЕНЕЗ ЛАНДШАФТОВ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ БАССЕЙНА Р. ОМОЛОН
Тихменев П.Е. (Департамент природных ресурсов Администрации Магаданской области, г. Магадан, РФ)
In the presented article the natural rehabilitation of soil-vegetation complexes of forest ecosystems disturbance under mining operation in the Omolon river basin are discussed.
Исследования почвенно-растительных комплексов нарушенных земель выполнялись в верхнем течении р. Омолон, крупнейшем притоке р. Колыма. Здесь в последние десятилетия производится разведка и оценка запасов золоторудных месторождений Ороч и Прогнозное, ведется разработка месторождений Кубака и Биркачан (Тихменев, 2007). На прилегающих к месторождениям участках территории проводились геологоразведочные работы различных стадий на поиски россыпных и коренных месторождений золота. Основное внимание в данном сообщении мы уделили району месторождения Биркачан, как модельному при проведении наших исследований.
Природные условия. Район месторождения Биркачан находится в пределах горной гряды Молькаты-Юкагирского плоскогорья. Рельеф среднегорный, слабо расчлененный с абсолютными отметками не выше 800-900 м. Месторождение залегает в долине ручья Мизинец под сплошным чехлом флювиогляциаль-ных отложений. Для чехла характерна уплощенная слабо всхолмленная заболоченная поверхность с редкостойными лиственничниками и крупнокустарниковыми комплексами. Рельеф территории среднегорный, расчлененный. Основным денудационными формами рельефа являются долины водотоков различных порядков и крутизной склонов в среднем 10°. Отметки днищ речных долин составляют 600-800 м. Почвы относятся к типу горных мерзлотно-таежных и горнотундровых; на отдельных участках межгорных депрессий и в днищах речных долин развиты комплексы болотных почв. Мощность почвенного профиля изменяется в различных типах почв от 0,10 до 0,5-0,9 м. Почвенному покрову горных склонов характерна малая мощность, большая кислотность и бедность органическими и минеральными веществами. Все многообразие почв района можно сгруппировать в четыре типа почв: мерзлотно-таежные, дерновые, тундровые и болотные. Под пологом лиственничных лесов формируются мерзлотно-таежные почвы, характеризующиеся незначительной мощностью, а под лиственничными рединами и редколесьями с кустарниково-моховым напочвенным покровом формируются болотные верховые и криобо-лотные почвы (Пугачев, Тихменев, 2008). Они характеризуются сильнокислой реакцией, поскольку профиль сложен слаборазложившимся торфом. В них очень высокое содержание гумуса, общего азота, обменных оснований, фосфора и калия. Указанные элементы недоступны растениям, так как в основном входят в состав органических веществ. продолжительность безморозного периода не превышает 60 суток. Среднее число дней с температурой выше 20°С составляет около 50 суток. Годовые суммы температур воздуха выше 0°С не
превышают 1000°, ниже 0°С - достигают 5000 градус*сутки.. Среднегодовое количество осадков составляет 280 мм, из них половина выпадает в жидком виде.
Растительный покров. Фоновым типом растительности района являются низкопродуктивные лиственничники бедного флористического состава, достигающие наивысшей производительности в речных долинах и на низких водоразделах. На пойменных участках долины крупных притоков р. Омолон обычны тополево-чозениевые ленточные рощи. Почвенно-растительные комплексы (ПРК) горных склонов и распадков представлены лиственничными редколесьями и рединами, кедровыми и ольховыми стланиками, ивняками и ерниками. По надпойменным террасам широко распространены осоково-кочкарные заболоченные ивняки и ерники. В распределении растительности достаточно четко прослеживается высотная поясность, тесно связанная с особенностями мезорельефа: пояс лиственничных редколесий, кедровых стлаников и горных тундр (Пугачев, Тихменев, 2004; Тихменев, 2007). Нижние части склонов и шлейфы гор до высот 800-900 м заняты зарослями кедрового стланика (Pinus pumila) с участием сильно угнетенной лиственницы (Larix cajanderi). В составе кедрово-стланиковых сообществ обычны ольха кустарниковая (Duschekia fruticosa), береза Миддендорфа (Betula middendorffii), береза тощая (B. exilis), различные виды ив, курильский чай и разнотравье. Сомкнутость полога зарослей Pinus pumila обычно 0.5-0.6, местами достигает 0.9 при средней высоте кустов до 1,4-1,5 м. Камни, покрытые эпилитными лишайниками, занимают 30-40% площади. Нередко заросли кедрового стланика поднимаются на привершинные участки горных поднятий. ПРК характеризуются замедленным биологическим круговоротом и низкими темпами почвообразования (Пугачев и др., 2004).
Особенности техногенеза. Геологоразведочные работы приводят преимущественно к линейным поверхностным нарушениям различных элементов горного ландшафта. Разработка рудных месторождений сопровождается формированием карьеров, отвалов пустых пород и руды, накоплению высокотоксичных отходов обогащения, что приводит к особенно глубокому разрушению ПРК природных ландшафтов. Отвалы пустых пород, сформированные крупнообломочным материалом, возвышаются на 10-15 м и имеют довольно крутые склоны. Они почти полностью лишены органического вещества и запасов влаги, представляют собой наименее благоприятный субстрат для естественной регенерации почв и растительности.
Естественное восстановление растительности. Большое разнообразие условий для поселения пионерных растений, свойственное техногенным ландшафтам, находит свое отражение в структуре и продуктивности восстанавливающихся ПРК. Для определения масштабов и интенсивности процессов регенерации растительного покрова на нарушенных землях в лиственничных лесах и редколесьях были проведены аэровизуальное и наземное обследование техногенных объектов, образовавшиеся в результате геологоразведки и освоения рудных месторождений. Содержание мелкозема на участках с поверхностными нарушениями варьирует от 14 до 45%, а характер сукцессионных процессов -
от редких экземпляров поселившихся пионерных растений до формирования устойчивых фитоценозов уже спустя пять лет после снятия техногенной нагрузки. Ведущим фактором в процессах естественного восстановления почвен-но-растительных комплексов принадлежит накоплению мелкозема, водному режиму в техногенных образованиях (Тихменев, 2008). Большую роль в сук-цессионных процессах в техногенных образованиях играет наличие в непосредственной близости природных растительных сообществ, определяющих интенсивность наноса семян и спор. Малый объем "живого вещества", участвующего в биосинтезе и накоплении биогенных элементов, предопределяет и очень низкие темпы биологического круговорота веществ в начальный период стабилизации нарушенных ландшафтов и темпы сукцессионных процессов (Пугачев, Тихменев, 2004, 2005). Гумусонакопление, стабилизация его качественного состава в формирующихся почвенно-растительных комплексах техногенных образований, возникших при геологоразведке и при других поверхностных нарушениях, десятилетнего и большего возраста приближается к зональному типу. Нерегулярное семеношения лиственницы (Larix cajanderi), которое наблюдается один раз в 5-7 лет и носящий очаговый характер, в значительной степени затрудняет ход сукцессионных процессов в направлении восстановления исходного типа леса.
Анализ флористического состава, экобиоморф растений, структуры надземной и подземной биомассы на нарушенных участках ландшафтов позволяет высказать предположение, что естественное восстановление растительного покрова в долинах рек территории характеризуется сходством сингенетических стадии регенерационных сообществ. При этом формирование пионерных агрегаций наиболее активно проявляется на отвалах вскрышных пород и неудовлетворительно на отвалах пустых пород. При естественном восстановлении ПРК в зарастании нарушенных участков принимает активное участие немногим более 40-50 видов с широкой экологической амплитудой. В первые годы после снятия техногенной нагрузки на техногенных объектов различного генезиса поселяются скерда малая (Crepis папа), полыни и, единично, - Salix schwerinii. Спустя 5-12 лет, в зависимости от гранулометрического состава техногенных образований и содержания мелкозема, формируется мозаичный растительный покров неприхотливых, но обладающих высоким репродуктивным потенциалом видов. Успешно развиваются группировки из ив (Salix schwerinii, S. xerophilla), достаточно активно возобновляются древесные виды (Ghosema arbutifolia, Populus suaveolens), формируется изреженный подрост лиственницы. В течение первого десятилетия сукцессионных процессов проективное покрытие растительности в регенерационных сообществах редко превышает 4050%. Формирование пионерных ценозов на участках с поверхностными нарушениями наступает спустя 20 лет и характеризуется значительным расширением видового состава и усложнением структуры растительных группировок. В древесно-кустарничковом ярусе с проективным покрытием до 50-60% доминируют Populus suaveolens, Chosenia arbutifoliа,, Salix krylovii, Schweremi, S. pulchm, и, с существенно меньшим обилием, отмечается подрост лиственницы. Участки с поверхностными нарушениями активно заселяются ольхой кустар-
никовой (Duschekia fruticosa), шиповником иглистым (Rosa acicularis), смородиной печальной (Ribes triste), курильским чаем (Pentaphylloides fruticosa) и разнотравьем. Теплофизические особенности техногенного рельефа создают качественно новые экологические ниши для поселения видов различных эко-ценотипов. Поселение и успешное развитие типично пойменных древесных видов на участках с поверхностными нарушениями, особенно на геологоразведочных канавах, свидетельствует об азональности техногенных местообитаний. Она проявляется в большей теплообеспеченности и режиме влажности субстрата, по сравнению с зональными показателями (Зинченко, Папернов, 1980). Эти свойства техногенного субстрата объясняют тот факт, что в удалении от естественных мест произрастания на высотах 650-700 м н. у. м., т.е. в кедоро-стланиковом поясе, в жестких условиях среды прирост за последние 10 лет у тополя составил 25 мм (рис. 1), у лиственницы - 30 мм (рис. 2), у чозении -32 мм, что вполне сравнимом с аналогичными показателями природных сообществ.
Рисунок 1- Поперечный срез ствола тополя 14-летнего возраста
Рисунок 2- Поперечный срез ствола лиственницы 18-летнего возраста
Полное отсутствие растительных группировок характерно для участков расположения карьеров и отвалов пустых пород, занимающих наибольшие
площади при разработке рудных месторождений. Особенно сложная ситуация для самовосстановления ПРК складывается на отвалах, сложенных крупнообломочным материалом. Редкие поселившиеся виды отмечаются лишь у их оснований и представлены в основном злаками. Для восстановления растительности на техногенных образованиях подобного генезиса необходима полномасштабная рекультивация с формированием корнеобитаемого слоя и использованием видов местной флоры. Разработанные технология рекультивации предусматривает новые подходы к производству восстановительных работ (Тихме-нев, Тихменев, 2007), показавшие свою высокую эффективность.
Литература
Зинченко А.И., Папернов И.М. Экспериментальные исследования конденсации в условиях отрицательных температур зоны аэрации // Взаимосвязь поверхностных и подземных вод в мерзлотной зоне. -Якутск: ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1980. -С.67-78.
Пугачев А.А., Тихменев Е.А. Состояние, антропогенная трансформация и восстановление почвенно-растительных комплексов Северо-Востока Азии. -Магадан: СВГУ. -182 с.
Пугачев А.А., Тихменев П.Е. Динамика растительной массы и биологический круговорот в экосистемах Larix cajanderi на северо-востоке России // Актуальные проблемы лесного комплекса. Сб. научн. трудов 5-ой международной научн.-техн. конф. «Лес-2004». -Брянск: БГИТА, 2004. -С. 115-118.
Пугачева А.А., Тихменев П.Е. Биологический круговорот и почвообразование в экосистемах горных тундр Крайнего Северо-Востока Азии Сибирский экологический журнал. -№5.- 2005. -С.885-897.
Пугачев А.А., Тихменев Е.А.Тихменев П.Е. Региональные особенности восстановления техногенных ландшафтов Северо-востока Азии // Проблемы региональной экологии, 5. -2004.-С.55-64.
Тихменев П.Е. Особенности сукцессионных процессов на нарушенных землях бассейна р. Колыма // Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России. Сб. статей VI Международной научно-практической конференции. -Пенза: РИО ПГСХА. 2008. -С.273- 275.
Тихменев Е.А., Тихменев П.Е. Новые технологии в противоэрозионной рекультивации рудных месторождений золота криолитозоны России // Международный экологический конгресс. Тольятти (20-23 сентября 2007 г.). Сб. тр., Т 2. 2007. -Тольятти: Тольяттинский госуниверситет. -С. 199-104.
