Description:

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 2234 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/217.pdf Экологические аспекты воспроизводства почвенно-растительного покрова в нарушенных горнодобывающей промышленностью ландшафтах Лисецкий Ф.Н. (liset@bsu.edu.ru), Голеусов П.В., Кухарук Н.С., Чепелев О.А. Белгородский государственный университет, г. Белгород Введение Обширные площади нерекультивированных земель, появившиеся за последнее десятилетие в районе Курской магнитной аномалии (КМА), определили особую актуальность изучения темпов и механизмов самозарастания техногенных отвалов горных пород. До сих пор закономерности становления почв и экосистем в экстремальных условиях техногенных ландшафтов, возможности регенерационных геосистем в предотвращении экологических воздействий на смежные земли остаются сравнительно малоизученными научными проблемами не только в России, но и в мире. В мировой практике реабилитации техногенных геосистем наметился новый подход, связанный с максимальным использованием регенерационных возможностей природных экосистем для воспроизводства ресурсных и экологических функций нарушенных ландшафтов – их экологическая реставрация. Использование средопреобразующего потенциала адаптированных растительных группировок позволяет значительно снизить интенсивность процессов денудации техногенных субстратов, инициировать в них почвообразовательные процессы. Таким образом, развитие концепции ренатурирования техногенных геосистем является не только экологически обоснованным, но и экономически оправданным. Под ренатурированием мы понимаем контролируемое человеком возвращение природного режима функционирования антропогенно нарушенным геосистемам посредством преимущественного использования природных механизмов воспроизводства их ресурсного потенциала в пределах экономически приемлемого горизонта планирования (Голеусов, 2002). Теоретическое обоснование использования ренатурационного подхода к экологической реабилитации техногенных геосистем составляют многочисленные исследования естественного восстановления растительного покрова и сопровождающего этот процесс рецентного (нового) почвообразования в этих геосистемах (О, рекультивации…, 1971; Етеревская, Угарова, 1979; Горячкин, 1981; Масюк, 1981; Бурыкин, 1982; Засорина, Пигорев, 1982; Ужегова, Махонина, 1984; Почвообразование…, 1985; Экологические основы рекультивации…, 1985; Гумусообразование…, 1986; Титлянова и др., 1988; Михаленко, 1990; Стифеев, 1993; Johnson, Skousen, 1994, 1995 и др.). За редким исключением, эти исследования носят эмпирический характер, что характерно для этапа активного первичного накопления информации по данной проблеме. Вместе с тем, закономерности развития регенерационных геосистем и возможности управления этим развитием имеют недостаточный уровень фундаментального обобщения. Новообразованные компоненты молодых геосистем рассматриваются чаще как уникальные, недоразвитые, примитивные, их эколого-биосферные функции явно недооцениваются. Объекты и методы исследования Исследования 2003-2004 гг. в среднерусском сегменте лесостепной зоны (Белгородская область) включали проведение работ на карьерно-отвальных комплексах Лебединского ГОКа (Губкинский р-н) и ЗАО «Белгородский цемент» (Белгородский р-н). Кроме того, для выявления зональных особенностей протекания регенерационных процессов, были проведены экспедиционные работы в районах, отличающихся от лесостепной зоны по биоклиматическим условиям. В частности, в 2004 г. были исследованы процессы воспроизводства компонентов техногенных геосистем горнодобывающих предприятий в Сланцевском р-не Ленинградской обл. (зона смешанных лесов). Модельные объекты исследования воспроизводства почвенно-растительного покрова в техногенных ландшафтах Лебединского ГОКа расположены на самозарастающих склонах северо-восточной части отвала окисленных железистых кварцитов, дамбах обвалования гидроотвала «Березовый Лог». Возраст отвалов колеблется от 10 до 47 лет. Кроме того, исследованы молодые (15-40 лет) геосистемы, сформировавшиеся на отвалах различного типа карьерно-отвального комплекса «Полигон» ЗАО «Белгородский цемент», расположенного на западной окраине г. Белгород. Таким образом, модельные объекты отражают специфику распространенных в Белгородской области техногенных ландшафтов, сформированных предприятиями железорудной и строительной индустрии. Объекты исследования в зоне смешанных лесов находятся на северо-западной окраине г. Сланцы, левом берегу р. Плюсса. Абсолютная высота – 58 м. Отвалы шахты им. Кирова (АО «Ленинградсланец») высотой до 30м сформированы из вмещающих пород сланцевой толщи (преимущественно девонские известняки). К внешней границе промышленной площадки и территории разновременных отвалов примыкает лес (вторичный смешанного состава – елово-березово-сосновый). Таким образом, с 1999 г. самозарастание отвалов проходит при минимальном антропогенном воздействии. В работе реализован эколого-генетический подход к изучению развития геосистем, основанный на исследовании временных закономерностей процессов ресурсовоспроизводства с учетом экологических условий их протекания (Голеусов, Лисецкий, 2005). В результате использования этого подхода возможно создание многофакторных процессно-динамических моделей воспроизводства компонентов геосистем, позволяющих организовать системы мониторинга и управления регенерационными процессами в техногенных ландшафтах. Новым в экодиагностике является использованный в работе метод оценки регенерационного потенциала геосистем по эффективности регенерационных процессов. Эта эффективность оценивалась по степени развития ресурсных характеристик новообразованных компонентов геосистем (запас фитомассы, мощность гумусового горизонта почв). Метод анализа хронорядов развития компонентов геосистем использован в комплексе с методом математического моделирования, что позволило получить количественные оценки динамики ресурсовоспроизводства с определением «ключевых этапов» и характерного времени этих процессов. Основным подходом к исследованию структуры и динамики техногенных ландшафтов было описание экологических профилей: «техногенные геосистемы – фоновые сельскохозяйственные ландшафты» и «техногенные геосистемы – заповедные территории». При этом были использованы как непрерывные трансекты, так и разобщенные пробные площадки в характерных экотопах. В ходе комплексных описаний определялись следующие параметры структуры и функционирования экосистем: общий запас надземной фитомассы и ее структура; флористический состав с оценкой обилия и проективного покрытия; доминирующие ассоциации, пространственная структура ассоциаций; степень морфологического развития профиля почв, особенности развития почвенного покрова и его мозаика; выраженность экзогенных денудационных процессов. Были отобраны пробы для последующего определения физико-химических свойств новообразованных почв и техногенных субстратов. Для исследования ландшафтно-геохимической структуры отвалов проведено описание катенарных сопряжений почв и фитоценозов. Результаты и их обсуждение 1. Регенерационные сукцессии растительности в техногенных ландшафтах «Нуль-момент» почвообразования в техногенных ландшафтах, как правило, совпадает со стартом восстановительных сукцессий биоты. Новоявленные первичные экотопы начинают испытывать со стороны окружающих коренных экосистем сильнейшее «давление жизни», которое тем сильнее, чем меньше площадь нарушений. Сукцессии, протекающие в местах с уничтоженным почвенным покровом, принято называть первичными (Уиттекер, 1980). К ним обычно относят и антропогенно спровоцированные сингенетические сукцессии (по терминологии В.Н. Сукачева, 1950) техногенных геосистем. Первичные сукцессии характеризуются медленной (по сравнению с вторичными) сменой растительных ассоциаций, сдерживаемой необходимостью формирования почвы – залога устойчивости фитоценозов. Однако такое понимание первичных сукцессий, на наш взгляд, соответствует лишь их классическому примеру – заселению плотных субстратов или фитотоксичных горных пород. В реальной ситуации рыхлые техногенные субстраты по своим свойствам бывают вполне пригодны для поселения видов сосудистых растений, даже формирующих зональные квазиклимаксных группировки. Примером могут служить обнаруженные нами куртины ковыля-волосатика (Stipa capillata) на 5-летних отвалах лессовидных суглинков карьера «Полигон» АО «Белцемент». Некоторые горные породы можно рассматривать как предпочвы, обладающие первичным плодородием (Адерихин и др., 1977; Масюк, 1989). В геологическом прошлом они уже могли играть роль почвообразующих пород, о чем свидетельствует наличие в них органогенного углерода. Выявлены основные индикаторные растительные ассоциации для оценки «степени зрелости» фитоценозов. Для условий отвалов Лебединского ГОКа молодые сообщества в экотопах с нестабильной средой включают мать-и-мачеховые (Tussilago farfara), донниковые (Melilotus officinalis) ассоциации. Промежуточные серийные сообщества формируются с участием вейника наземного (Calamagrostis epigeios), костра безостого (Bromus inermis), видов группы разнотравья. Наиболее устойчивые сообщества обычно представлены злаково-разнотравными ассоциациями, причем преобладают рыхлокустовые (мятлик луговой Poa pratensis) и дерновинные злаки (типчак Festuca valesiaca, овсяница красная Festuca rubra). Установлено, что сукцессионное развитие фитоценозов на постпромышленных отвалах может тормозиться на стадиях «промежуточных» климаксов, представленных обычно ассоциациями видов с сильным аллелопатическим воздействием (в основном, вейниковые ассоциации). Этому может способствовать периодическое и нерегулярное а... Ключевые слова: почвообразование, тип, россия, новосибирск, геосистема, участок, титлянов, уклон, рекультивация, почвенный, растительный ассоциация, мм, развитие, потенциал, новообразованный, схи, гумусовый горизонт, зао, молодой, вид, растительный покров, лисецкий, экосистема, исследовано, масюк, свойство, интенсивный, склоновый ландшафт, растение, данный, место, видовой, рис, первичный, мочь, следующий, видовой состав, воспроизводство почва, ужегов, оценка, месть, регенерационный процесс, начальный, покров, состав, антропогенный, зональный, высота, электронный, воспроизводство, отвал, описание, профиль почва, ред, площадка, возраст, случай, почвенный покров, фитоценоз, почвообразовательный, значительный, полученный, новообразованный чернозем, управление, наука, мощность, порода, техногенный геосистема, результат, техногенный, физико-химический, автореф дис, почвообразовательный процесс, объект, гумусообразование, техногенный субстрат, растительный, изд, связанный, журнал, возраст почва, лес, михаленко, почвоведение, полигон, основа, етеревский, днепропетровск, дис, функционирование, наличие, горный порода, функция, материнский, сообщество, ассоциация, субстратно-топологический, карбонат, сукцессия, субстратный, растительность, процесс, плодородие, дерново-подзолистый почва, часть, материнский порода, основание склон, лесостепной зона, этап, использование, серый, земля, особенность, ландшафт, организация, белгородский, градус, друг, формирование, скорость, год, техногенный ландшафт, рекультивация земля, использованный, техногенные геосистема, горизонт почва, склон, фоновый, почва, экотоп, ряд, молодой почва, условие, природный, молодая почва, кма, сравнение, метод, научный журнал, снижение, электронный научный журнал, зона, комплекс, почвообразование техногенный, фактор, белгородский цемент, горячкин, стифей, изменение, степень, субстрат, структура, подход, воронов, гумусовый, компонент, модель, почва техногенный, фитомасса, добровольский, голеус, профиль, экологический, изд-ва, сильный, исследование, трансект, зависимость, горизонт, электронный журнал, десятилетие, пример, регенерационный, закономерность, суглинистый