Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия района исследований 8
1.1. Географическое местоположение 8
1.2. Климат 9
1.3. Рельеф и почвы 14
Выводы 16
2. Современное состояние проблемы исследований 17
2.1. Понятие рекультивации нарушенных земель 17
2.2. Опыт биологической рекультивации нарушенных земель 24
2.3. Опыт рекультивации золоотвалов 31
Выводы 38
3. Программа, методика, объем выполненных работ 40
3.1. Программа работ 40
3.2. Методика исследований 41
3.3. Объем выполненных работ 44
4. Характеристика объектов исследований 45
4.1. Экологическая обстановка в районе исследований 45
4.2. История рекультивации золоотвала № 1 Рефтинской ГРЭС 52
4.3. История рекультивации выработанного карьера огнеупорной глины 57
Выводы 60
5. Рост искусственных насаждений на объектах лесохозяйственной рекультивации 62
5.1. Рост искусственных сосновых насаждений на золоотвале № 1 Рефтинской ГРЭС 62
5.2. Рост искусственных насаждений на рекультивированном карьере после добычи огнеупорной глины 68
5.3. Противопожарное устройство искусственных сосновых насаждений на рекультивируемых землях 72
Выводы 80
6. Видовой состав и надземная фитомасса живого напочвенного покрова после завершения лесохозяиственнои рекультивации 83
6.1. Золоотвал Рефтинской ГРЭС 83
6.2. Карьер добычи огнеупорной глины 94
Выводы 103
Общие выводы 106
Список литературы 108
Приложение 132
- Понятие рекультивации нарушенных земель
- Экологическая обстановка в районе исследований
- Рост искусственных сосновых насаждений на золоотвале № 1 Рефтинской ГРЭС
- Карьер добычи огнеупорной глины
Введение к работе
Актуальность темы. Значительные площади нарушенных земель вызывают необходимость их восстановления и вовлечения в активную эксплуатацию. Однако многие вопросы рекультивации нарушенных земель, несмотря на обширную научную литературу, до настоящего времени остаются нерешенными. Так, в частности, из-за наличия токсичных для человека веществ в каменноугольной золе (Holliday et.al., 1955) многие золо-отвалы не могут быть использованы для сельскохозяйственного, рекреационного и строительного направлений рекультивации. В го же время золо-отвалы являются мощным источником загрязнения окружающей среды. Их пыление наблюдается в радиусе 15-20 км (Егорова, Курченко, 1996), а на естественное восстановление даже травянистой растительности требуется 30-50 лет. В то же время данные об эффективности лесохозяйственной рекультивации нарушенных земель в научной литературе отрывочны, а производственный опыт должным образом не обобщен. Не обнаружено нами в литературных источниках и данных о лесохозяйственной рекультивации выработанных сухоройных карьеров добычи огнеупорной глины. Указанные обстоятельства свидетельствуют об актуальности изучения результатов лесохозяйственной рекультивации и определили направление наших исследований.
Степень разработанности темы исследований.
Выполненное исследование является продолжением работ, начатых сотрудниками ФГБОУ науки «Ботанический сад» Уральского отделения Российской академии наук по рекультивации золоотвала Рефтинской ГРЭС (Вишня и др., 1997; Внуков, 1997; Махнев. Внуков, 1997; Махнев и др.. 2002, 2007; Трубина, Махнев, 2003; Калашникова и др., 2007;).
Нами выполнен анализ результатов лесохозяйственной рекультивации золоотвала Рефтинской ГРЭС и выработанного карьера добычи огне-
упорной глины за почти 20-летний период. Диссертация является законченным научным исследованием.
Цель и задачи исследования.
Целью исследований являлось изучение эффективности лесохозяиственнои рекультивации нарушенных земель и разработка на этой основе предложений по совершенствованию рекультивации золоотвалов и сухо-ройных карьеров, образовавшихся после завершения добычи огнеупорной глины, в условиях округа предлесостепных сосново - березовых лесов Зауральской равнинной провинции Западно - Сибирской лесорастительной области.
Исходя из цели исследований, решались следующие задачи:
-
Анализ, обработка и систематизация литературных данных и производственного опыта по рекультивации нарушенных земель.
-
Оценка состояния искусственных сосновых насаждений, созданных на рекультивированных землях.
-
Изучение видового состава нижних ярусов растительности, изучение фитоценотических групп растений и динамики видового состава, а также надземной фитомассы с увеличением возраста лесных культур сосны.
-
Разработка рекомендаций по выращиванию искусственных насаждений на рекультивированных землях.
Научная новизна. Впервые на Уране проведены комплексные исследования эффективности лесохозяиственнои рекультивации золоотвалов и карьеров добычи огнеупорной глины за 20-летний период. Эксперимен--тально доказана возможность выращивания высокопродуктивных искусственных сосновых насаждений на рекультивированных землях.
Теоретическая и практическая значимость. В процессе исследований получены новые оригинальные данные о сохранности, росте и динамике основных таксационных показателей искусственных сосновых насажде-
ний, созданных на бывшем золоотвале и карьере добычи огнеупорной глины, расширяющие современные знания об эффективности лесоводствен-ной рекультивации нарушенных земель.
Установлена динамика видового состава и надземной фитомассы живого напочвенного покрова (ЖНП), а также определены пионерные виды ЖНП, которые можно использовать при биологической рекультивации указанных видов нарушенных земель.
Результаты исследований могут быть использованы при доработке нормативно-технических документов по рекультивации золоотвалов и су-хоройных карьеров. Заложенные постоянные пробные площади (ППП) могут быть использованы при проведении экологического мониторинга, выполнении курсовых и дипломных работ и проектов, а также диссертаций магистров.
Рекомендации по выращиванию искусственных насаждений на рекультивированном золоотвале и сухоройном карьере переданы для использования ГКУ СО «Сухоложское лесничество» (имеется справка о внедрении).
Методология и методы исследований. Исследования базируются на методе постоянных пробных площадей, заложенных в соответствии с требованиями ОСТ 56-69-83, а также других общепринятых апробированных наставлений и рекомендаций (Агафонова и др., 2001; Залесов и др., 2007).
В процессе комплексных исследований были изучены основные компоненты насаждений и проанализированы их динамика за 20-летний период. Закладка пробных площадей, сбор экспериментальных данных, анализ и обработка полученных материалов выполнены лично автором, либо при его непосредственном участии.
Положения, выносимые на защиту:
- лесохозяйственная рекультивация золоотвалов и сухоройных карьеров добычи огнеупорной глины в условиях округа предлесостепных со-
сново-березовых лесов может быть выполнена созданием лесных культур сосны обыкновенной;
продуктивность (класс бонитета) искусственных сосновых насаждений, созданных на золоотвале, превышает таковую в естественных насаждениях аналогичного возраста;
рекомендации по созданию. Выращиванию и противопожарному устройству искусственных насаждений на рекультивированных землях.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследований подтверждается большим по объему и разнообразию экспериментальным материалом, полученным с использованием научно-обоснованных апробированных методик, применением современных статистических методов его обработки, использованием при анализе оценке прикладных компьютерных программ.
Основные результаты исследований доложена и получили положительную оценку на VIII научно-практ. конф., посвященной памяти А.А. Дунина-Горкавича (Ханты-Мансийск, 2012), VIII и X всерос. науч.-техн. конф. «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2012$ 2014), всерос. науч.-практ. конф. «Проблемы воспроизводства лесов Европейской тайги» (Кострома, 2012); всерос. науч.-практ. конф. «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» (Красноярск, 2011), междунар. науч. конф. «Природно-техногенные комплексы: рекультивация и устойчивое функционирование» (Новосибирск, 2013).
По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в т.ч. 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав основного текста и общих выводов. Библиографический список включает 235 наименований, в том числе 10 на иностранных языках. Текст проиллюстрирован 20 таблицами и 32 рисунками.
Понятие рекультивации нарушенных земель
Рекультивация - составное слово, образованное от латинских слов «re» (обратно, назад, вновь, снова, пере) и «kultus» - культивировать (обрабатывать, возделывать, выращивать, разводить, насаждать, поощрять, вводить в обычай). Рекультивация неразрывно связана с хозяйственной деятельностью человека, развитием горнорудной промышленности, с добычей и переработкой полезных ископаемых, освоением неудобных земель. Термин «рекультивация» обычно применяют специалисты, пользующиеся языками славянской группы с тем, чтобы выделить специфический вид работ по подготовке нарушенных территорий для последующего сельскохозяйственного или ле-сохозяйственного использования (Лазарева, 2013). Другими словами, указанный термин используется для обозначения агротехнических работ и биологических видов при последующем использовании территорий после отработки полезного ископаемого (определение W.Weisbrod) (Лазарева, 1972).
Указанная трактовка термина была предложена английским специалистом И.А. Coates, который подчеркивал, что восстановление территорий относится к ряду мероприятий, требующих для их приведения не только в прежнее, но и в качественно новое состояние с целью последующего наилучшего использования (Coates, 1957).
Согласно трактовке Б.П. Колесникова, Т.М. Пикальской, Т.С. Чибрик и Г.Н. Махониной (1976) «рекультивация является составной частью разнообразных мероприятий, имеющих целью оптимизацию окружающей среды и выполняющихся в порядке реализации территориальных планов районной планировки и перспективных планов развития городов и населенных пунктов».
Определение рекультивации земель вышеуказанных авторов громоздко. Кроме того, оно не определяет конкретные требования к набору и параметрам рекультивационных мероприятий. Л.П. Баранник (1978) под рекультивацией понимает восстановление биологической продуктивности земель, нарушенных промышленностью.
Существенно отличается от вышеуказанных определение рекультивации предлагаемое А.Р. Родиным и др. (2002): «Рекультивация техногенного ландшафта выполняет комплекс работ, направленных на восстановление хозяйственной и эстетической ценности нарушенного ландшафта».
В.М. Курачев с соавторами (2003) отмечают, что современная рекультивация есть набор технологических приемов, позволяющий сформировать на месте нарушенных земель участки территорий (местообитания, ландшафты, поля рекультивации и т.д.) с заданными в виде технического задания в рабочем проекте рекультивации параметрами хозяйственной и (или) почвен-но-экологической эффективности». Последнее определение, несмотря на его обширность, не позволяет определить требования, которые можно предъявить к рекультивированному участку.
A.M. Данченко и М.А. Данченко в своем словаре «Эколого-биологические термины в лесном хозяйстве» отмечают, что «рекультивация, искусственное восстановление плодородия почвы и растительного покрова после техногенного нарушения природы» (Данченко A.M., Данченко М.А., 2004. С. 371).
Б.Е. Чижов (2000а, б) отмечает, что суть рекультивационных работ на нефтезагрязненных землях состоит в ускорении естественных процессов самоочищения почв, максимальной мобилизации внутренних ресурсов экосистем на восстановление своих первоначальных функций при помощи таких мероприятий, как рыхление почвы и создание искусственного микрорельефа, внесение торфа, извести, минеральных удобрений, нефтеокисляющих микроорганизмов, высев трав мелиорантов.
Близкое определение рекультивации нарушенных земель в условиях нефтегазодобычи приводят Н.М. Исмаилов и Ю.Н. Пиковский (1988). Указанные авторы под рекультивацией земель понимают максимальную мобилизацию внутренних ресурсов экосистемы на восстановление своих природных структур и функций. В их трактовке рекультивация земель - это продолжение (ускорение) процесса самоочищения, при котором используются природные резервы экосистемы: климатические, микробиологические, ландшафтно-геохимические.
Т.С. Чибрик (2013) под рекультивацией земель понимает комплекс работ, направленных на восстановление биологической продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей природной среды.
Б.П. Колесников и Л.В. Моторина (1978) отмечают, что рекультивация земель - это восстановление (возобновление) земель с помощью комплекса горнотехнических, биологических, инженерных, мелиоративных и экологических мероприятий, имеющих целью плановое создание и ускоренное формирование на площадях, испытавших воздействие техногенеза, оптимальных культурных ландшафтов с высокой продуктивностью, имеющих значительную социальную и хозяйственную ценность.
В.А. Андроханов (2013) отмечает, что на современном этапе развития теории и практики рекультивационных работ под рекультивацией понимается набор технологических приемов, позволяющий целенаправленно сформировать на месте нарушенных земель участки территории (местообитания, ландшафты, поля рекультивации) с заданными в виде техногенного задания в рабочем проекте рекультивации параметрами хозяйственной и / или поч-венно-экологической эффективности. Особо В.А. Андроханов отмечает, что все другие подходы к рекультивации можно считать устаревшими и несоответствующими современному уровню. Однако по ГОСТ 17.5.1.01. «Рекультивация - это комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества».
В то же время в другом официальном документе (Основные положения..., 2002), утвержденном приказом Министерства природных ресурсов России и Роскомземом от 22 декабря 1995 г. № 525/67 отмечается, что «Рекультивация нарушенных земель осуществляется для восстановления их для сельскохозяйственных, лесохозяйственных, водохозяйственных, строительных, рекреационных, природных и санитарно-оздоровительных целей».
На наш взгляд, у всех приведенных выше определений рекультивации нарушенных земель, а также у ограниченного количества других определений, имеющихся в научной и ведомственной литературе, есть свои достоинства и недостатки. Нами рекультивация нарушенных техногенезом земель понимается в трактовке Н.А. Луганского и др. (2005). Согласно их определению, под рекультивацией нарушенных техногенезом земель понимается «восстановление ландшафта, мезо- и микрорельефа, структуры и плодородия почв, гидрологического режима участка, а также воспроизводство естественным, искусственным или комбинированным методами лесных и травянистых фитоценозов посредством проведения комплекса инженерных (технических), агротехнических и лесоводственно-биологических мероприятий» (Луганский и др., 2005. С. 5).
Рекультивация включает комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности, хозяйственной ценности нарушенных земель и эстетической ценности нарушенных ландшафтов, а также на улучшение окружающей среды (Лесная Энциклопедия ..., 2006).
Чаще всего рекультивация нарушенных земель осуществляется последовательно в два этапа (Панков и др., 1991; Герасимова и др., 2003; А.Р. Родин, С.А. Родин, 2005; Энциклопедия ..., 2006; Луганский и др., 2005): технический и биологический. Согласно основных положений ... (2002), технический этап предусматривает планировку, формирование откосов, снятие и нанесение плодородного слоя почвы, устройство гидротехнических и мелиоративных сооружений, захоронение токсичных вскрышных пород, а также проведение других работ, создающих необходимые условия для дальнейшего использования рекультивированных земель по целевому назначению или для проведения мероприятий по восстановлению плодородия почв (биологический этап).
Экологическая обстановка в районе исследований
Экологическую обстановку в районе исследований нельзя назвать благоприятной. Последнее объясняется наличием на его территории экологически вредных производств, выбрасывающих в атмосферу значительное количество промышленных поллютантов.
Лесоустроительной экспедиции Поволжского Государственного лесоустроительного предприятия (Проект ..., 1999) только на территории бывшего Сухоложского лесхоза (ныне ГКУ СО «Сухоложское лесничество») насчитывается 5 крупных источников вредного воздействия на окружающую среду (табл. 4.1.).
Южная часть ГКУ СО «Сухоложское лесничество» подвержена силь ной техногенной интоксикации тяжелыми металлами (карта экологический ситуации ..., 1993; Фирсова и др., 1994) и относится к зоне «катастрофической экологической ситуации».
Определенную потенциальную опасность для района исследований представляет находящаяся в непосредственной близости Белоярская атомная электростанция.
Однако если Белоярская атомная электростанция представляет лишь потенциальную опасность для экологии района, то Рефтинская ГРЭС определяет, в значительной степени современную экологическую ситуацию в районе исследований (рис. 4.1). Рефтинская ГРЭС (рис. 4.1.) является самой крупной в Свердловской области тепловой электрической станцией, работающей на твердом топливе. Установленная электрическая мощность электростанции составляет 3800 тыс. кВт, тепловая - 350 Гкал/ час. Среднесуточный расход угля в зимний период составляет 48 тыс. т, мазута - 150 т.
Топливом для Рефтинской ГРЭС служит многозольный Экибастузский каменный уголь.
Зольность данного достигает 47%, что резко увеличивает проблему складирования золы.
Общий объем выбросов Рефтинской ГРЭС составляет около 400 тыс. т/год. Основные компоненты выбросов — сернистый ангидрид (до 40%), твердые вещества (до 50%) и окислы азота (Трубина, Махнев, 2003).
Первый из десяти действующих энергоблоков Рефтинской ГРЭС был пущен в эксплуатацию в 1970 г. Зола и шлаки, получаемые при сгорании угля, по золоотводам поступали сначала на золоотвал № 1 площадью 440 га, а после его заполнения на золоотвал № 2 площадью 980 га (рис. 4.2.-4.4.).
По имеющимся данным (Государственный доклад ..., 1996), среди нарушенных земель именно крупные золоотвалы тепловых электростанций представляют наибольшую опасность для окружающей среды. Помимо твердых загрязняющих веществ в выбросах Рефтинской ГРЭС присутствуют газообразные загрязняющие вещества. Так, на долю этой ГРЭС приходится 99,1-99,5% диоксида серы и 98,5-98,8% диоксида азота, выбрасываемых в атмосферу предприятиями г. Асбеста (Государственный доклад ..., 1997, 1999).
Известно, что газообразные, аэрозольные, пылевые выбросы предприятий, содержащие органические и минеральные компоненты изменяют свойства зональных почв. Не является исключением в этом плане и Рефтинская ГРЭС. В районе ее расположения (район наших исследований) представлены серые лесные почвы различной степени оподзоленности и гумусированности. Почвы имеют легкий механический состав и, преимущественно, укороченный профиль. Мощность гумусового горизонта колеблется в пределах 3-8 см, лесная подстилка в насаждениях в радиусе 6 км от ГРЭС достигает 7 см, в то время как по мере удаления от ГРЭС снижается до 4 см.
Для минеральной части почвенного профиля характерна реакция среды сильнокислая, иногда с подщелачиванием в нижних горизонтах. В гумусовом горизонте реакция среды слабо- и среднекислая. На западной, восточном и юго-восточном направлениях от источника эмиссий почвы бедны фосфором, но имеют высокую обеспеченность калием (Разработка ..., 1996).
Основная доля загрязняющих веществ, в районе Рефтинской ГРЭС, приходится на золу. По химическому составу в золе экибастузских углей преобладают алюмосиликаты, в которых содержание Si02 + АЮз достигает 90% и выше. Содержание СаО + MgO не выше 2-3%, что объясняет отсутствие цементирующей способности золы и, как следствие этого, перенос ее частиц ветром на значительные расстояния. Особенности химического состава золы и шлака Рефтинской ГРЭС при различных режимах ее получения приводятся в справочном пособии «Состав и свойства золы и шлаков ТЭС» (1985). Из приведенных в указанном справочнике данных следует, что содержание БіОг колеблется в пределах 58,7 - 63; АЬОз - 22,7-25,8; БегОз - 5,8-12,0; СаО - 1,2-1,6; MgO - 0,1-1,1; SiO - 1,0-2,0; ТЮ2 - 0,1; К20 - 0,5; Na20 -0,1-0,2%.
Повышенное содержание в золе, по сравнению с почвой, микроэлементов, значительное количество подвижных элементов питания Р2О5 и КгО, а также слабощелочная реакция способствовали раскислению почвы и привели на значительной части территории к повышению почвенного плодородия.
Особо следует отметить, что подщелачивание лесной подстилки отмечается на всех топопрофилях вблизи источника эмиссий, а также по всему восточному профилю и в аккумулятивных элементах рельефа.
При очень больших выбросах в атмосферу загрязняющих веществ Рефтинской ГРЭС, основные компоненты их - сернистый ангидрид и каль-цийсодержащая зола, взаимно нейтрализуясь, формируют среду, по показателю рН близкую к нейтральной (Махнев и др., 1996).
Улучшение минерального питания вызвало, в свою очередь, беспрецедентные изменения в лесном фонде района исследований. По данным А.А. Терина (2004) за период действия Рефтинской ГРЭС средний класс бонитета сосновых насаждений увеличился с II, 3 в 1970 г. до 1,8 в 2000 г. На долю насаждений I а - I классов бонитета в 2000 г. приходилось 43,64% площади сосновых насаждений, в то время как в 1970 г. их было только 17,9% (табл. 4.2).
Особенно четкое представление о влиянии Рефтинской ГРЭС на прилегающие насаждения дает анализ динамики типов леса. Для анализа нами (За-лесов и др., 2012) была использована типология, разработанная сотрудниками Института экологии растений и животных и Уральской ЛОС ВНИИЛМ, изложенная в Основных положениях организации и развития лесного хозяйства Свердловской области (1978) и Рекомендациях ... (1984). Данная схема все многообразие типов леса включает в 9 групп (табл. 4.3).
Выполненные исследования показали, что в районе исследований отсутствуют насаждения первой (нагорный и лишайниковый типы леса) и восьмой (мшисто-хвощевый тип леса) групп типов леса. За период с 1970 по 2000 гг. резко увеличилась доля насаждений наиболее продуктивных типов леса (табл. 4.4).
Доля сосновых насаждений разнотравного типа леса увеличилась за анализируемый период с 37 до 54,9%, при этом в 1990 г. доля этих насаждений достигала 78,6%. Увеличение доли насаждений разнотравной группы происходило за счет сокращения площади насаждений ягодниковой группы. Последнее существенно увеличило конкуренцию всходам и подросту сосны « » (I t со стороны живого напочвенного покрова, а следовательно, усложнило лесо-восстановление.
Приведенные примеры наглядно свидетельствуют о существенном влиянии Рефтинской ГРЭС на лесной фонд района исследований и вызывают необходимость разработки научно-обоснованных рекомендаций по организации лесопользования учитывающих указанный антропогенный фактор.
Рост искусственных сосновых насаждений на золоотвале № 1 Рефтинской ГРЭС
Как отмечалось нами ранее, несмотря на то, что рекультивация золоот-валов путем создания травянистого покрова дешевле и проще, она не в полной мере решает стоящие задачи. Созданный травостой требует систематических агротехнических уходов (внесение удобрений, подсев трав, скашивание, периодический полив). При отсутствии ухода культурфитоценозы на золо-отвалах быстро деградируют, частично разрушаются и вновь оказываются уязвимыми для эрозии.
Создание на золоотвалах искусственных дендроценозов предпочтительнее по целому ряду причин. Лесное насаждение является одним из важнейших элементов ландшафта, что очень важно, поскольку золоотвалы находятся в непосредственной близости от населенных пунктов. В процессе лесохозяйственной рекультивации создаются лесонасаждения различного типа и назначения, происходит оздоровление среды, улучшаются санитарно-гигиенические условия жизни человека, увеличивается площадь лесного фонда. В конечном счете, лесохозяйственное направление рекультивации возвращает территорию в исходное состояние, то есть в полной мере отвечает задачам рекультивации. Кроме того, необходимо учитывать, что средооб-разующие функции древесной растительности в сочетании с ее устойчивостью и долговечностью делают лесохозяйственную рекультивацию на Среднем Урале наиболее привлекательной.
В то же время при создании культур дендроценозов очень важно иметь объективные данные об их росте, поскольку неправильный выбор главной породы или технологии выращивания может снизить устойчивость выращиваемых насаждений и, тем самым, минимизировать эффективность выполненных работ.
Нами в процессе исследований было заложено 7 постоянных пробных площадей (ППП) в лесных культурах и искусственных насаждениях, созданных в разные годы на золоотвале № 1 Рефтинской ГРЭС. ППП закладывались с таким расчетом, чтобы проследить динамики таксационных показателей искусственных сосновых насаждений, создаваемых в процессе лесохо-зяйственной рекультивации. В качестве контроля был использован участок золоотвала, на котором лесные культуры не создавались, а также искусственные насаждения сосны обыкновенной, созданные на свежих вырубках сосняка разнотравного. Таксационная характеристика древостоев ППП, заложенных на рекультивированном золоотвале Рефтинской ГРЭС приведена в табл. 5.1.
Материалы табл. 5.1. продолжают анализ роста искусственных сосновых насаждений, приведенный в табл. 4.5 и свидетельствуют, что сосна обыкновенная, произрастает достаточно успешно на рекультивированном зо-лоотвале (рис. 5.1.) Так, в возрасте 20 лет искусственные сосновые насаждения характеризуются запасом стволовой древесины 142,8 м3/га, что свидетельствует о среднем приросте 7,14 м3/га (рис. 5.2.).
Если на первом этапе лесовыращивания искусственные насаждения характеризуются II классом бонитета, то в насаждениях старше 10 лет класс бонитета повышается до 1а. Последнее объясняется, на наш взгляд, двумя причинами. Во-первых, высаженные на рекультивированную площадь сеянцы сосны обыкновенной в первые годы после посадки адаптируются к новым специфическим условиям произрастания и развивают корневую систему, на что расходуется основная масса получаемых в процессе фотосинтеза ассими-лянтов.
Во-вторых, на первом этапе лесовыращивания сеянцы сосны обыкновенной испытывают высокую конкуренцию со стороны живого напочвенного покрова (ЖНП) за влагу и питательные элементы. В дальнейшем, по мере роста лесных культур и их смыкания сначала в рядах, а затем и в междурядьях, конкуренция со стороны ЖНП ослабевает, меняется его состав, что в конечном счете способствует резкому повышению класса бонитета выращиваемых искусственных насаждений.
Особо следует отметить высокую густоту искусственных насаждений на золоотвале, которая достигает в 20-летнем возрасте 3,5 тыс. экз./га. Последнее объясняется не только хорошей сохранностью лесных культур, но и появлением самосева осины и березы. Данные древесные породы имеют семенное происхождение и на момент исследования отстают в росте от экземпляров сосны обыкновенной, не представляя ей угрозы в плане охлестывания и угнетения. Напротив, примесь лиственных пород в искусственных сосновых насаждениях следует рассматривать как положительный момент, повышающий их устойчивость.
Анализируя продуктивность сосновых насаждений на рекультивированном золоотвале, можно отметить следующую закономерность. Известно (Макаренко, 1996), что в лесах естественного происхождения основная масса корней деревьев располагается в верхних горизонтах почвы А и В, то есть в большинстве растительных условий осваивает 20-30 см слой почвы. В высокопродуктивных насаждениях глубина корненасыщенного слоя составляет 40-45 см. Снижение мощности корнеобитаемого слоя до 15-25 см в горных условиях на мелких каменистых почвах приводит к формированию древостоев III-IV классов бонитета, а до 5-10 см - лишь IV-V классов бонитета. В то же время нами установлено, что на рекультивированном золоотвале, при мощности слоя почвы 30 см продуктивность искусственных сосновых насаждений в 20-летнем возрасте характеризуется 1а классом бонитета. Другими словами, по показателю класса бонитета насаждения, выращиваемые на золоотвале превосходят аналогичные насаждения того же возраста, произрастающие в естественных условиях.
При оценке роста искусственных сосновых насаждений на рекультивируемых землях важно иметь объективные данные о росте лесных культур на вырубках с ненарушенными почвами.
Нами в процессе исследований заложено 5 пробных площадей в искусственных сосновых насаждениях I и II классов возраста разнотравного типа леса, созданных на территории ГКУ СО «Сухоложское лесничество». Для закладки пробных площадей подбирались однородные участки без прогалин и окон, характеризующиеся максимальной сохранностью и отсутствием рубок ухода в течении всего периода лесовыращивания. Основные таксационные показатели древостоев пробных площадей, заложенных в искусственных насаждениях, созданных посадкой 2-летних сеянцев в дно плужных борозд, проложенных плугом ПКЛ-70 на свежих вырубках, приведены в табл. 5.2.
Материалы табл. 5.2 свидетельствуют, что искусственные насаждения сосны обыкновенной в условиях разнотравного типа леса на территории ГКУ СО «Сухоложское лесничество» характеризуются довольно высокой производительностью. К 27-летнему возрасту, они формируют запас 198,3 м3/га. Высокая производительность искусственных насаждений, на наш взгляд, объясняется тем, что исследования проводились в наиболее высокотрофном типе леса - сосняке разнотравном. Кроме того, исследуемые искусственные насаждения произрастают в зоне воздействия Рефтинской ГРЭС. Содержащиеся в зольных выбросах микроэлементы и раскисление почв привели к повышению почвенного плодородия (Терин, 2004; Залесов и др., 2013в), в результате чего класс бонитета искусственных сосновых насаждений, созданных на вырубке, повышается до II-I
Искусственные сосновые насаждения, созданные на вырубках в наиболее продуктивном, как отмечалось ранее, типе леса, уступают таковым, созданным на золоотвале по производительности. Так, на трех пробных площадях из пяти насаждения, созданные на вырубке, характеризуются I классом бонитета, а на двух - вторым. В то время как на всех ППП, заложенных в искусственных сосновых насаждениях 10 лет и старше на золоотвале, класс бонитета - 1а.
В то же время насаждения, созданные на вырубках, характеризуются большей густотой. Последнее, на наш взгляд, объясняется значительной долей экземпляров естественного возобновления как предварительного (сохранившиеся экземпляры подроста предварительной генерации), так и последующего (появившиеся после рубки на минерализованных участках).
Приведенные данные наглядно свидетельствуют о высокой эффективности лесной рекультивации на золоотвале Рефтинской ГРЭС. В результате проделанных работ не только удалось восстановить естественную древесную растительность, но и обеспечить более высокую производительность искусственных насаждений, по сравнению с таковой в искусственных насаждениях, созданных на вырубках.
Карьер добычи огнеупорной глины
Как отмечалось нами ранее, условия местопроизрастания на рекультивируемом золоотвале Рефтинской ГРЭС и рекультивируемом карьере, где ранее добывалась огнеупорная глина, существенно различаются. Логично предположить, что указанное обстоятельство нашло отражение в видовом составе и надземной фитомассе ЖНП. Выполненные исследования полностью подтвердили данное предположение. Так, если общее количество видов ЖНП на рекультвируемом золоотвале Рефтинской ГРЭС не превышало 43 (табл. 6.1), то на территории рекультивируемого карьера добычи огнеупорной глины нами было зафиксировано 54 вида (табл. 6.6).
Материалы табл. 6.6 свидетельствуют, что в отличие от рекультивированного золоотвала Рефтинской ГРЭС, количество видов ЖНП на рекультивированном карьере, где ранее добывалась огнеупорная глина, практически не зависит от возраста лесных культур или искусственных сосновых насаждений. Так, если в 7-летних культурах количество видов ЖНП составляет 24, то в 13-летних достигает 25-35. Однако в лесных культурах 8-11 лет количество видов ЖНП варьирует от 16 до 28 (рис. 1).
Рассчитанные значения показателей коэффициента сходства Жаккара также свидетельствуют о малом сходстве видов ЖНП между ППП. Другими словами, для рекультивированного карьера, как и для рекультивированного золоотвала, на первых этапах лесовыращивания характерна мозаичность и малое сходство живого напочвенного покрова.
Значение коэффициента сходства Жаккара между ЖНП в чистых 13-летних культурах сосны на рекультивированном золоотвале и культурах аналогичного возраста и состава на рекультивированном карьере равно 0,17, что свидетельствует об отсутствии сходства в ЖНП.
Помимо указанной особенности ЖНП на рекультивированном карьере, по сравнению с рекультивированным золоотвалом, можно отметить и большую надземную фитомассу ЖНП в первом случае (табл. 6.7).
Несмотря на большее количество видов ЖНП на рекультивированном сухороином карьере, по сравнению с рекультивированным золоотвалом, здесь также наблюдается существенное различие в надземной фитомассе отдельных видов (табл. 6.8; рис. 6.7 и 6.8).
Известно (Залесов и др., 2012), что данные о видовом составе травянистой растительности, формирующейся на рекультивированных участках нарушенных земель, позволяют установить виды доминанты техногенной флоры, которые можно использовать как эталоны физиологической толерантности к комплексу неблагоприятных условий, существующих в местах добычи огнеупорной глины. Характерные структурные и функциональные особенности таких видов могут быть впоследствии использованы для целенаправленного отбора фитомелиорантов из зональной или интразональной флоры в целях последующего использования при проведении рекультиваци-онных работ.
Несмотря на то, что надземная фитомасса ЖНП на рекультивированом отвале довольно значительна (394 - 1087 кг/га) ее основная доля приходится на 6-8 видов. Так в 7-летних культурах сосны доминантами в ЖНП являются клевер луговой (28%), вейник наземный (19%), горошек посевной (15%), овсяница валлисская (13%) (рис. 6.9).
В 13-летних культурах сосны доминирование в ЖНП переходит к вей-нику наземному (30%), овсянице валлисской (18%»), клеверу луговому (11%) (рис. 6.10).
В список наиболее толерантных видов ЖНП, которые встречаются на всех ППП, заложенных на рекультивированном карьере после добычи огнеупорной глины, входят бедренец камнеломковый, вейник наземный, вероника дубравная, горошек мышиный, клевер луговой, овсяница валлисская (типчак), одуванчик лекарственный, осот огородный. В указанном списке встречаются растения практически всех ценотипов, что свидетельствует о незавершенности процесса формирования лесной среды. Отсутствие сомкнутости крон в межурядьях лесных культур создает благоприятные условия освещенности для растений сорных и луговых ценотипов.
Нетоксичность грунтов и значительная доля растений семейства бобовых позволяет рекомендовать на рекультивированном карьере заготовку сена в междурядьях лесных культур в первые годы после посадки.
На видовой состав и надземную фитомассу ЖНП в естественных условиях существенное влияние оказывают подрост и подлесок. Выполненные нами исследования показали, что как на рекультивированном золоотва-ле, так и карьере добычи огнеупорной глины подрост и подлесок встречаются единичными экземплярами и не оказывают сколько - ни будь существенного влияния на лесные культуры сосны и ЖНП. Последнее, на наш взгляд, объясняется дальностью обсеменителей и высокой конкуренцией всходам древесных пород со стороны ЖНП на начальном этапе лесохозяйственнои рекультивации, а затем высокой сомкнутостью лесных культур.
В то же время опушки блоков лесных культур и открытые пространства золоотвала довольно интенсивно зарастают облепихой крушиновидной (Aippophae rhamnides L.) и другими ягодниковыми кустарниками, семена которых по территории золоотвала разносятся птицами.
Похожие диссертации на Формирование лесных насаждений на рекультивированных землях в подзоне предлесостепных сосново-березовых лесов Свердловской области
