Содержание к диссертации
Введение
1 ВОЗДЕЙСТВИЕ ЗОЛОТОДОБЫЧИ НА ЛЕСНЫЕ ЛАНДШАФТЫ 8
1.1 Проблемы техногенного воздействия золотодобычи на лесные ландшафты 8
1.2. Эколого- лесоводственные основы формирования насаждений на нарушенных территориях 19
2 РАЙОН, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 23
2. Лесорастителые условия 23
2.2 ЛандшафтыУруша-Ольдойского узла и их восстанавливаемость 30
2.3.Состояние лесных экосистем Дамбукинского узла, их устойчивость 41
2.4 Почвенно-грунтовая характеристика земель 50
2.4.1 .Физико-химические свойства не нарушенных земель 50
2.4.2. Агрохимические свойства почвогрунтов на местах горных работ 56
2.5 Методика исследований 63
3 ТЕХНОГЕННАЯ НАРУШЕННОСТЬ ЛЕСНЫХ ЛАНДШАФТОВ 71
3.1 . Технология золотодобычи и её экологические последствия 71
3.2. Процессы формирования техногенных ландшафтов и форм рельефа 74
3.3.Рекультивация нарушенных земель 79
4. ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ 84
4.1 Естественное возобновление в основных типах леса 84
4.2 Формирование фитоценозов на техногенных отвалах россыпных месторождений 91
5 ИСКУССТВЕННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ НАСАЖДЕНИЙ НА НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ 117
5.1, Особенности создания искусственных насаждений на техногенных ландшафтах 117
5.2. Характеристика исскуственных насаждений,созданных на нарушенных землях лесного фонда 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 138
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 158
- Проблемы техногенного воздействия золотодобычи на лесные ландшафты
- Лесорастителые условия
- Технология золотодобычи и её экологические последствия
Введение к работе
Актуальность темы. На Дальнем Востоке в процессе горных разработок осваивается до 80 % россыпных месторождений золота. При этом ежегодно нарушается 15 тыс. га земель, только на юге ДВ нарушено более 600 тыс. га продуктивных земель (Крупская, 1997). Наиболее интенсивно ведётся эксплуатация россыпей в Амурской области, за 135 лет добыто более 700 тонн золота. К настоящему времени нарушено около 200 малых рек и более 70 тыс. га отработанных месторождений золота превращены в пустыри, непригодные для естественного лесовосстановления.
Разработка россыпных месторождений золота открытым способом является самым разрушительным антропогенным фактором для окружающей природной среды. Практически полностью уничтожаются наиболее продуктивные экосистемы. Нарушение земель горными работами при золотодобыче относится к типу катастрофических воздействий. В результате техногенного воздействия на лесные, земельные, водные ресурсы и связанных с этим процессах деградации и загрязнения ландшафтов ухудшается социально-экологическая обстановка в регионе и снижается устойчивость лесных экосистем. Специфика добычи россыпных месторождений определяется приуроченностью их к долинно-речным ландшафтам. Изменяется гидрологический режим рек и ручьёв в местах золотодобычи, увеличивается загрязнение минеральными взвесями в 200-500 раз. При этом негативные последствия не ограничиваются только местом непосредственного нарушения земель, а переносятся поверхностным стоком воды вниз по долинам рек на 7-20-ти кратное расстояние за пределы горного отвода.
В северо-восточных районах области отмечается техногенное загрязнение окружающей природной среды металлической ртутью, которую широко использовали при золотодобыче. В отвалах золотодобычи оставлено от 500 до 1000 тонн ртути, которая выводится на поверхность и вовлекается в экзогенные процессы. Загрязнение ртутью встречается в поверхностных и подземных водах, донных отложениях, почвах и растительности.
5 Кроме того, негативное воздействие добычи золота как гидравлическим, так
и дражным способами приводит к уничтожению промысловых запасов рыб.
В зоне многолетней мерзлоты в процессе освоения россыпей нарушается мерзлотно-гидрологическая обстановка с образованием сквозных таликов, что является региональной особенностью техногенеза в долинах разных порядков.
Основу экологического каркаса исследуемой территории составляют лесные экосистемы, подвергающиеся наибольшим разрушениям. В первую очередь погибают леса, на восстановление которых необходимы столетия. При этом не происходит полного восстановления коренных растительных сообществ, чаще образуются новые экосистемы и ландшафты (Шейнгауз, 1991; Шлотгауэр, 1993).
Таким образом, воздействие золотодобычи на природные биогеоценозы, влечёт за собой изменение всех его компонентов: почвенно-растительного покрова, животного мира, гидрологического режима рек, подземного стока и рельефа.
На сегодня многие стороны этой проблемы на Дальнем Востоке ещё полностью не исследованы. Так, недостаточно изучен процесс лесовозобновления и восстановления почвенного покрова лесных ландшафтов после проведения горных разработок.
В этой связи представляется необходимым исследовать эффективность естественного и искусственного восстановления на различных формах техногенных ландшафтов в наиболее крупных золотороссыпных узлах Приамурья. На территории области комплексные исследования влияния золотодобычи на почвенно-растительный покров и их восстановление в условиях многолетней мерзлоты практически не проводились.
Цель и задачи исследования. Цель работы - лесоводственно-экологическая оценка процесса естественного и искусственного возобновления растительного покрова на техногенных отвалах россыпной золотодобычи.
Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Оценить состояние лесных формаций и особенности их восстановления.
Изучить процесс техногенеза ландшафтов, образование новых форм рельефа (местообитаний) после золотодобычи и оценить их почвенно-грунтовые условия.
Выявить условия естественного самозарастания техногенных отвалов в разных формах рельефа (местообитания).
Установить особенности искусственного восстановления фитоценозов на техногенных отвалах россыпной золотодобычи.
Разработать рекомендации для эффективного лесовосстановления на территориях, нарушенных при разработке россыпных месторождений. Научная новизна. Впервые в условиях Приамурья вопросы естественного
и искусственного восстановления растительного покрова исследовались в комплексе на различных уровнях ландшафтов. Изучены процессы техногенеза ландшафтов и образования основных форм техногенного рельефа (местообитания) при разработке россыпных месторождений. Проведена сравнительная характеристика естественного и искусственного зарастания растительностью техногенных отвалов. Предложены рекомендации по интенсификации лесовосстановления территорий, нарушенных при россыпной золотодобыче.
Практическая значимость работы. Проведённые исследования в значительной степени расширяют сведения об экологических последствиях освоения россыпных месторождений полезных ископаемых. Изучены закономерности процесса формирования фитоценозов на основных техногенных формах рельефа. Предложен комплекс мероприятий по биологической (лесной) рекультивации техногенных отвалов, образовавшихся после золотодобычи, который обеспечивает ускоренное и эффективное возобновление почвенно-растительного покрова на техногенных ландшафтах и повышает их устойчивость.
Апробация работы. Основные положения и материалы исследований обсуждались на пяти международных и региональных научно-практических конференциях в ДальГАУ, МГУЛ, БГПИ, БГПУ, ДальНИИЛХ: «Сохранение биоразнообразия Амурской области» (Благовещенск, 2000); «Леса Евразии в
7 третьем тысячелетии» (Москва, 2001); «Зейско-Буреинская равнина: проблемы устойчивого развития» (Благовещенск, 2001); «Лесные экосистемы Северо-Восточной Азии и их динамика» (Владивосток, 2006); «Дендрарию Дальневосточного НИИ лесного хозяйства- 110 лет» (Хабаровск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работах, из которых одна в рецензируемом журнале.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 21 таблицу и 22 рисунка. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов. Список литературы состоит из 144 источников, из них 10 на иностранном языке.
8 1 ВОЗДЕЙСТВИЕ ЗОЛОТОДОБЫЧИ НА ЛЕСНЫЕ ЛАНДШАФТЫ
Проблемы техногенного воздействия золотодобычи на лесные ландшафты
В условиях всё возрастающего техногенного воздействия на экосистемы, в том числе на лесные биогеоценозы, их восстановление и сохранение напочвенного покрова в процессе горного производства является одной из основных проблем по охране окружающей среды. Анализ литературных источников показал, что в области рационального природопользования, сохранения и восстановления экосистем после промышленных разработок накоплены определённые знания по этой проблеме. Л.Т. Крупская (1997) выделила два этапа в проведении исследований по этой проблеме. Предварительный этап накопления знаний продолжался до 70-х годов. Основой для теоретических разработок по рациональному природопользованию и мероприятий по охране окружающей среды послужило учение В.И. Вернадского о биосфере. Первые сведения по характеру воздействия горных работ на почвы появились только в 1970-90 годы. В этот же период в работах Н.Ф. Реймерса, А.В. Яблокова (1982) даются основные понятия, термины, связанные с защитой окружающей среды. Б.П. Колесников (1974) закладывает научные основы биологической рекультивации техногенных ландшафтов. При открытой разработке россыпей в горнодобывающих отраслях промышленности на стадии биологического этапа рекультивации был накоплен большой опыт (Красавин, Денисов, 1969; Трофимов, Овчинникова, 1970; Моторина, 1971; Зайцев, Максимова, 1974). Рекультивации техногенных ландшафтных участков в горнодобывающих отраслях посвящены работы Г.А. Зайцева (1974,1976,1977); Е.А. Паюсовой и др. (1983); Е.А. Паюсовой, М.Н. Прокопьева (1984); Добровольского (1985); М.М. Чернова (1985); М.Н. Замощ, И.М. Папернова (1987); Л.Т. Крупской, А.А. Меньшова (1987); Н.М. Потаповой (1987); Е.В. Новикова (1988). На втором этапе (1980-1990 гг.) были разработаны научные основы рационального использования природных ресурсов и их охраны. Большой вклад в изучение влияния техногенеза на естественные ландшафты внесли В.М. Максимов и др. (1980); Г.В. Добровольский (1985); Т.Д. Александрова (1990). Разработке естественного зарастания техногенных ландшафтов посвящены работы: В.Н. Борисовой, Т.А. Гетьмана, Н.Н. Ефимова (1987); Д.П. Андреева, А.А. Пугачёва (1989); Е.А. Паюсовой, М.Н. Прокопьева (1990); Н.Е. Подковыркиной (1989). Последующие, после 90-х, годы можно назвать третьим этапом, когда исследования приобрели более глубокий характер комплексной оценки нарушенных экосистем и техногенных ландшафтов. Разрабатывается методика комплексной оценки территории, которая позволяет объединить данные по различным направлениям науки с позиции экологически устойчивого развития (Зархина, Сохина,1990; Мирзеханова, Шлотгауэр 1990; Крупская, 1992). В них предлагается ранжирование территории по устойчивости ландшафтов и их уязвимости, выделение участков с регламентированными режимами природопользования, формирование экологических каркасов, разработку мер защиты и восстановления тех ландшафтов и их элементов, которые обеспечивают функции экологической устойчивости (Папернов, Замощ, 1983; Шлотгауэр,1983,1988; Мирзеханова, Нарбут, 1993; Мирзеханова, 2000). В связи с нарастающей угрозой лесным экосистемам и созданием системы устойчивого управления лесами была разработана методика ландшафтно-экологического планирования (Дюкарев и др. 2001). Главное преимущество ландшафтно-экологического планирования устойчивого управления лесопользованием заключается в более полной и всесторонней оценке структуры и динамики связей элементов лесного покрова и ландшафтов разных уровней. Ландшафтно-экологическое планирование позволяет поддерживать и, при необходимости, восстанавливать естественную структуру ландшафтов, производить структурирование растительного покрова по видам пользования, определять допустимые нормы пользования в ландшафтах разного уровня. В области защиты и восстановления техногенно-нарушенных земель накоплен и значительный научный материал. Определены основные технические требования к формированию техногенного рельефа при рекультивации, дана оценка степени деградации почв и предложены индикаторные показатели по определению деградации почв, нарушенных в процессе горных работ (Поливанов, 1976; Попов, Качур, 1984; Волкова, Давыдова, 1987; Ворончихина,1991,1996; Дебелая, 1991; Крупская, Хрунина,1996). Предложены некоторые способы охраны почвенного покрова и разработаны технологии воспроизводства плодородия нарушенных горными работами земель (Чернышева, 1973; Максимова, Поливанов, 1980; Подковыркин 1983, 1988; Панков, Трещевская,1995). Опубликован ряд работ по изучению процесса самозарастания растительностью на техногенных ландшафтах (Голышева, 1982; Андреев, 1986; Москалюк, 1986). Вместе с тем, в Приамурье недостаточно изучены вопросы негативного влияния россыпной золотодобычи на растительный покров и в целом на ландшафт (биогеоценоз), неполно исследованы процессы естественного и искусственного возобновления почвенно-растительного покрова.
Лесорастителые условия
Территории двух золотороссыпных узлов. Уруша-Ольдойский и Дамбукинский расположены в северо-западной части Амурской области на площади 1,5 млн. га. Уруша-Ольдойский узел занимает часть территории Сковородинского и Тындинского районов с общей площадью 650 тыс. га. С запада он ограничен бассейном реки Урка, с севера - Урушинским хребтом и водоразделом рек Сергачи-Кудукачи, в восточной части граница проходит по водоразделу рек Коровина - М. Ольдой, в южной - по Транссибирской железнодорожной магистрали (рис.1). Согласно районирования, проведённого институтом горного дела (Крупская, 1997), территория относится к Дальневосточной горной таёжно-лесной области Тукурингра-Джагдинской провинции. Основные горные предприятия по разработке россыпных месторождений прииск Соловьевский, ЗАО «Амурский горный центр». Дамбукинский узел простирается по территории Зейского и Тындинского районов на площади 850 тыс. га, которая расположена на западе Верхнезейской равнины. С севера граница её проходит по железнодорожной магистрали БАМ и отрогам Станового хребта, с юга ограничена хребтом Тукурингра, с востока -Зейским водохранилищем. Большая часть площади россыпей приурочена к районам многолетней мерзлоты и долинно-речным ландшафтам. По природно-климатическим условиям территория расположена в подзоне средней и южной тайги зоны светло-хвойных лесов Восточно-Сибирской подобласти. Основными типами древесной растительности являются лиственничные и белоберёзовые леса. Главными лесообразующими породами из хвойных являются лиственница Гмелина, сосна обыкновенная, ель аянская и сибирская, пихта белокорая. Лиственные насаждения состоят из берёзы плосколистной, тополя дрожащего, ивы Шверина. Янкан достигают 1300 м, Тукурингра - 1500-1600 м. Склоны гор изрезаны многочисленными глубокими и узкими долинами. Севернее, в том же направлении, протянулся Становой хребет, являющийся естественной границей Амурской области и республики Саха (Якутия) Климат. Климат региона резко континентальный с чертами муссонного, что определяется воздействием Азиатского материка, где влияние суши и акватории Тихого океана почти уравновешены. Начиная с сентября и до апреля месяца, наблюдается мощное вторжение холодного арктического воздуха. Летом преобладают ветры южного и юго-восточного направления приносящие с океана теплый влажный воздух. В результате климат приобретает лишь общие черты летнего муссона. Лето умеренно жаркое с большой облачностью и значительным количеством осадков. В отдельные годы вторая половина лета бывает чрезвычайно влажной. Осень сухая и тёплая, иногда первая половина сентября переувлажнена, заморозки начинаются рано. Среднегодовая температура воздуха по многолетним данным (метеостанции Сковордино и Зея) равна -5 С. Самым холодным месяцем является январь, среднемесячная температура его - 29,4 а минимальная - 43,2 С. Наиболее тёплый месяц - июль, со среднемесячной температурой +17,5 и абсолютным максимумом +34,5 С. Первые заморозки начинаются во второй половине августа (реже в начале августа), последние наблюдаются во второй половине июня. Сумма активных температур (выше +10) составляет 1300. Длительность безморозного периода составляет 77-108 дней. Средняя годовая относительная влажность воздуха равна 55-66 %. По сезонам года она изменяется незначительно, увеличиваясь зимой и летом, уменьшаясь в переходные периоды (май и октябрь). Осадков на территории района выпадает от 325 до 543 мм в год, среднее за многолетний период - 400 мм. Осадки распределяются крайне неравномерно по сезонам года. Основное количество их приходится на лето, когда выпадает около 90 % годовой нормы, максимум наблюдается в июле-августе. Зимой выпадает всего 3-9 % годового количества осадков. Снегопады редкие и слабые. Первый снег выпадает в конце сентября - начале октября, последний - в конце мая, иногда и в июне. Устойчивый снежный покров ложится в середине октября и держится до половины мая. Высота его не превышает 30-40 см, средняя глубина составляет 10 см. Продолжительность вегетационного периода составляет 145-150 дней Гидрогеологические условия. Регион исследований расположен в пограничной части Алдано-Становой и Амуро-Охотской гидрогеологической складчатых областей. Граница между ними проходит по Южно-Тукурингрскому глубинному разлому. Алдано-Становая гидрогеологическая складчатая область представлена Становым гидрологическим массивом, занимающим северную часть района. Остальную часть занимают структуры Амуро-Охотской гидрогеологической складчатой области: Тукурингро-Джагдинский гидрологический массив и Верхне-Амурский артезианский бассейн - на юге.
Технология золотодобычи и её экологические последствия
В Амурской области освоение россыпных месторождений золота ведётся более ста лет. Ежегодно добывается в среднем 10 т. золота, при этом нарушается 1500 га земель, из них более 90 % лесных. Экологические последствия золотодобычи и степень воздействия на природную среду в основном определяются технологическим уровнем добычи золота. На первый взгляд, добыча россыпного золота проста и безвредна. Россыпные месторождения разрабатываются дражным и гидравлическим способами. Они начинаются с проведения горноподготовительных работ, включающих снятие верхнего почвенно-растительного слоя и складирование его за пределу границ месторождения. После вскрытия непродуктивных отложений идёт оттайка мёрзлых пород и сохранение их от сезонного промерзания. Очистка залесённых участков и вскрышные работы производятся тяжёлой землеройной техникой с использованием бульдозеров Д-355, ДЭТ-250, Т-170 и других, а также экскаваторов ЭШ-5/45, ЗШ-10/70А. Затем золотоносные пески промываются драгами или другими промприборами с использованием гидравлическо-гравитационного способа извлечением «шлихового золота». Дражная переработка горной массы состоит из подводного черпания, дезинтеграции, грохочения, гравитационного осаждения «шлихового золота» в водном потоке и складирования горных пород различной крупности. В недавнем прошлом, до 90-х годов, для извлечения тонкой фракции золота применялась ртуть.
На богатых россыпных участках, небольших по площади, применяют горномеханический способ, при котором пустая порода сбрасывается в лога и реки, либо в отработанные карьеры (рис. 8).
Большинство золотосодержащих песков в области залегает на глубине 3-12 метров и в среднем занимав т низы рыхлых отложений толщиной 0,5-3 м и более. Толщина вскрываемых пустых пород с наличием торфов составляет 1-7 м.
Кроме того, сооружаются водоотводящие и водоподводящие канавы, проводятся работы по отводу русла рек и ручьёв, строятся дамбы, временные дороги и другие сооружения. В среднем на карьерные выемки и отвалы приходится до 90 % нарушенных земель и на хозяйственные и производственные сооружения - 10%.
После отработки россыпных месторождений проводится рекультивация, заключающаяся в выравнивании и сглаживании техногенных форм рельефа без нанесения почвенно-растительного слоя. Как правило, площади отработанных отвалов оставляют под естественное заращивание и редко отводят под создание искусственных насаждений.
Разработка золотороссыпных месторождений открытым способом является разрушительным антропогенным фактором для живой природы. Практически полностью уничтожаются наиболее продуктивные экосистемы (рис. 9).
В первую очередь уничтожаются девственные леса, процесс восстановления которых протекает в течение столетия. В местах золотодобычи изменяется гидрологический режим рек и ручьёв, увеличивается загрязнение минеральными взвесями; мутность воды повышается в 200-5000 раз. Всё это приводит к уничтожению ценных промысловых запасов рыб, а также к эрозии почвы.
Основными последствиями разработки россыпных месторождений являются:
1) изменение рельефа земной поверхности и формирование различных по форме, строению и местоположению техногенных образований, а также уничтожение зональных почв и вывод на дневную поверхность глубокозалегающих горных пород;
2) трансформация условий питания, транзита и разгрузки поверхностных и подземных вод, зарегулирование и перераспределение стока, изменение химического состава воды и режима твердого стока;
