«Биология и экология»

Коваль М.Н.

г.Лисаковск, Казахстан

Биологическая рекультивация техногенных ландшафтов. Принципы создания культурфитоценозов на промышленных отвалах 

Охрана среды обитания и рационального природопользования относится к числу важнейших глобальных проблем современности. В Казахстане уделяется большое внимание различным аспектам научно обоснованной охраны природных ресурсов страны, их рационального использования, возобновления и обогащения.

В настоящее время на территории Республики Казахстан эксплуатируется более 50 месторождений полезных ископаемых.

На территории  Костанайской области активизируется эксплуатация  месторождений по добыче полезных ископаемых. При этом нарушается, растительный покров, создаются новые формы рельефа, карьеры, отвалы, т.е., нарушается геологическая основа ландшафтов. В структуре промышленного производства особое место занимает черная и цветная металлургия. Эта отрасль образует крупные производственные территориальные комплексы, долголетняя эксплуатация которых приводит к деградации растительного покрова на больших площадях.

В общей системе оптимизации окружающей среды в высокоразвитых промышленных регионах важную роль играют зеленые растения. Они выступают и как универсальные природные фильтры в доочистке атмосферы, воды и почвы от промышленных, бытовых и сельскохозяйственных загрязнений, и как единственные продуценты кислорода атмосферы.

Зеленые растения успешно поглощают практически все виды химических соединений, загрязняющих окружающую среду. Однако растения имеют значение не только как универсальный фильтр, как продуцент кислорода, но и как продуцент надземной и подземной биомассы на планете, особенно в промышленных регионах. Они несут большую фитомелиоративную, рекреационную и эстетическую нагрузку, что имеет немаловажное значение  в индустриальных районах.

«Рекультивация земель – это комплекс различных работ (инженерных, горнотехнических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и др.), направленных на восстановление продуктивности нарушенных промышленностью территорий и возвращение их в разные виды использования». [1]

Рекультивация на территориях, нарушенных открытыми горными работами, проводится в 3 этапа.

Этап I – подготовительный. Обследование и типизация нарушенных территорий, изучение специфики условий, определение направления рекультивации.

Этап II – горнотехнический. Рациональное формирование поверхности отвалов и карьеров.

Этап III – биологическая рекультивация. Сюда входит окончательное восстановление плодородия и биологической продуктивности нарушенных земель, создание сельскохозяйственных и лесохозяйственных угодий, дачи в созданных лесах, т.е., иными словами, создание культурбиоценозов различного назначения.

«Среди техногенных ландшафтов по распространенности и вредности особое место занимают их своеобразные категории, встречающиеся во всех промышленных районах и в окрестностях всех крупных городов, образованные так называемыми «промышленными отвалами».  [1] К этой категории относятся пространства, заполненные  закономерными сочетаниями положительных (аккумулятивных) форм рельефа (собственно «отвалы») и сопутствующих им, генетически связанных с ними отрицательных  (денудационных) форм. Собственно «отвалы» могут быть представлены внешними  и внутренними отвалами вскрышных горных пород при открытых горных разработках и карьерной добыче строительных материалов, терриконами при шахтной добыче полезных ископаемых, разнообразными насыпями, навалами, дражными полями, дамбами и плотинами, шламовыми полями и хвостохранилищами  обогатительных фабрик, золошлаконаливными полями тепловых электростанций (золоотвалами), отвалами металлургических шлаков, строительного мусора, бытовых отходов и им подобными искусственными образованиями, весьма разнообразными по размерам, формам и другим параметрами они сложены разнообразными и разнородными, твердыми по агрегатному составу отходами и отбросами различных отраслей промышленности, теплоэнергетики и коммунального хозяйства, извлеченными из недр земли или собранными с ее поверхности, в той или иной степени подвергшимися обработке, перемещенными и сосредоточенными тем или иным способом на относительно ограниченном пространстве с помощью механизмов и различных средств механизированного транспорта. [2] Отвалы всегда чередуются и сочетаются с отрицательными формами рельефа или окаймляются ими, – с карьерами, «разрезами», выемками, выработками, провалами, провальными и суффозионными ямами и воронками, оползнями, трещинами, траншеями, размоинами, вымоинами, оврагами и т.п.». [3]

Возможны различные направления рекультивации, т.е. определенное целевое использование нарушенных земель:

·        сельскохозяйственное – создание на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий (пашен, сенокосов, пастбищ и др.);

·        лесохозяйственное – создание лесных насаждений различного типа;

·        рыбохозяйственное – создание в понижениях техногенного рельефа рыбоводческих водоемов;

·        водохозяйственное – создание в понижениях техногенного рельефа водоемов различного назначения;

·        рекреационное – создание на нарушенных землях объектов отдыха;

·        санитарно-гигиеническое, которое предусматривает  биологическую или техническую консервацию нарушенных земель, оказывающих  отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для хозяйственного использования экономически неэффективна;

·        строительное – приведение нарушенных земель в состояние пригодное для промышленного и гражданского строительства.

Очень важным является определение понятия нарушенные земли – «земли, утратившие свою хозяйственную ценность или являющиеся источником отрицательного воздействия на окружающую среду в связи с нарушением почвенного покрова, гидрологического режима и образования техногенного рельефа в результате производственной деятельности человека». Возможны и другие изменения качественного состояния земель. Нарушенные земли появляются при разработке месторождений полезных ископаемых и торфа, при выполнении геологоразведочных, изыскательных, строительных и других работ, а также в результате деятельности предприятий перерабатывающей промышленности.

Требования к горнотехническому этапу рекультивации включает понятия плодородного слоя почвы, селективную выемку пород вскрыши, транспортировку и использование для рекультивации плодородного почвенного слоя  и потенциально плодородных вскрышных пород,  формирование  рельефа и структуры поверхностного слоя, создание подъездных путей и противоэрозионных сооружений.

Форма отвалов и их геометрические размеры имеют принципиальное значение. Строительство высоких многоярусных отвалов продолжается в течение всего срока действия горнодобывающего предприятия, поэтому необходимо раньше ввести рекультивацию в цикл горных работ, не ожидая завершения отсыпки отвалов.

Поверхностный слой служит основой для формирования корнеобитаемого горизонта рекультивируемого участка. При проведении биологической рекультивации  внимание обращается на поверхностный слой, качество которого определяет возможность создания растительного покрова, трудоемкость мелиоративных мероприятий. Мощность этого слоя для выращивания древесных и кустарниковых растений должна составлять не менее 1,5–2 метра.

Специфика и скорость процесса формирования естественных фитоценозов определяется распространением отвалов  в разных физико-географических зонах и разнообразием эдафических условий. Направленность сукцессий, синузиальные особенности, видовой состав определяются зональными факторами, составом смеси горных пород в поверхностном слое и гидрологическим режимом. Важную роль играют микроорганизмы, грибы, водоросли. [4]

Изучение процессов естественного зарастания имеет значение при подборе видов растений, пригодных для выращивания на отвалах.

Так как отвалы естественно зарастают медленно и возникают фитоценозы низкого качества и невысокой продуктивности, необходимо искать повышения биологической активности отвальных горных пород и стимулирования в них почвообразовательного процесса. [5]

Для облесения отвалов целесообразно использовать олиготрофные виды, т.е. виды малотребовательные к плодородию почвы (например, сосна обыкновенная, береза бородавчатая и др.). Наличие симбиотических отношений между древесными растениями (сосна, лиственница, береза) и микоризообразующими грибами или между бобовыми травянистыми видами (клевером, люцерной, донником и др.) и клубеньковыми бактериями способствует улучшению роста растений в неблагоприятных условиях среды.

Олиготрофность видов, а также их засухоустойчивость и солеустойчивость являются важными характеристиками при выборе ассортимента видов, как для лесной, так и для сельскохозяйственной рекультивации. [6]

Надо учитывать и такой дополнительный экологический фактор, как загрязнение атмосферы промышленными выбросами. У растений отсутствуют какие-либо специальные механизмы приспособления к таким факторам среды, они эволюционно не выработаны, так как бурный рост видов загрязнения и их интенсивности наблюдается во второй половине XX в.

Как правило, растения, устойчивые к действию одного загрязнителя, поражаются другими ингредиентами промышленных выбросов. Отсутствие растений, комплексно устойчивых к загрязненной атмосфере, заставляет индивидуально подходить к подбору ассортимента видов для данных условий.

Наибольший эффект биологической рекультивации может быть получен при использовании видов широкой экологической амплитуды, способных в короткий срок сформировать, высокопродуктивное растительное сообщество.

Одной из важнейших задач сохранения биосферы ставится создание зеленых насаждений с использованием высокоустойчивых к действию выбросов токсичных компонентов древесных растений. Решение данной задачи находится как в плоскости практики, так и фундаментальных научных исследований, позволяющих понять закономерности и принципы устойчивости растений на основании детальных исследований.

Восстановление нарушенных земель методами рекультивации в настоящее время рассматривается не просто как технический процесс создания культурных ландшафтов на месте уничтоженных горными работами природных экосистем, но как обеспечение экологической безопасности среды обитания человека.

 

Литература:

1.     Горчакрвский П.Л. Индивидуальная и эколого-географическая изменчивость растений. Сб. статей, 1975 (УНЦ АН СССР).

2.     Архангельский Д.Б. К систематике сибирских берез. – Бот. ж., 1963., т 48, №3.

3.     Чибрик Т.С.  Основы биологической рекультивации: Учеб. пособие.- Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2002. – 172с.

4.     Внуков А.А. Экологические особенности лесовосстановления на нарушенных землях. Екатеринбург, 1999.

5.     Зайцев Г.А., Моторина Л.В., Данью В.Н. Лесная рекультивация. М., 1977.

6.     Баранник Л.П. Биологические принципы лесной рекультивации. Новосибирск, 1988.