Введение к работе
Актуальность темы. Курская магнитная аномалия (КМА) – самый большой и богатый железорудный бассейн мира, площадь нарушенных земель которого составляет около 40 тыс. га. Искусственные геосистемы, сформированные вскрышными горными породами, характеризуются крайней неустойчивостью. Значительная часть этих территорий в течение многих десятилетий по различным причинам сохраняет облик техногенных пустышей. Оценка перспектив их восстановления является одной из актуальных проблем современности.
Экстремальные условия техногенных ландшафтов обусловливают длительный период самовосстановления фитоценозов. Одним из важнейших способов предотвращения вредного экологического воздействия горнорудного производства на природу, защиты отвалов от эрозии и дефляции является проведение биологической рекультивации, из которой на крутосклонных отвалах наиболее перспективной признана лесная.
Проблема состоит в том, что не все породы, складируемые в отвалы, являются пригодными для произрастания защитных насаждений. В бассейне КМА до 70 % объема вскрышных пород составляют пески и песчано-меловые смеси, характеризующиеся не- и малоблагоприятными для произрастания растений агрохимическими и водно-физическими свойствами.
Существуют разные способы повышения плодородия субстратов промышленных отвалов. Формирование защитных лесных насаждений на основе многолетнего мониторинга за состоянием и ростом древесных пород, «создание почв» является основой рекультивации нарушенных земель.
Работа является составной частью научных исследований кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации Воронежской государственной лесотехнической академии по программам «Черноземье», «Программа КМА», Федеральной целевой программе «Интеграция науки и высшего лесотехнического образования. Инновационная деятельность на предприятиях лесного комплекса» (№ госрегистрации 01.2.00103888), а также хоздоговорным темам с Лебединским и Стойленским горно-обогатительными комбинатами (ГОК) КМА.
Цель исследований – изучение особенностей формирования защитных лесных насаждений на техногенно нарушенных землях Курской магнитной аномалии, обеспечивающих их дальнейшее использование.
Задачи исследований заключались в следующем:
- изучить свойства вскрышных пород и технических смесей отвалов Курской магнитной аномалии и выявить динамику формирования и роста защитных насаждений на различных субстратах без повышения их плодородия (на примере сосны обыкновенной);
- оценить достоинства и недостатки повышения плодородия субстратов промышленных отвалов путем землевания на основе изучения состава и свойств субстратов гидроотвала, орографических особенностей и влагонакопления в них;
- изучить динамику состояния и роста, в том числе и сезонного, древесных пород на гидроотвале после землевания и определить биологическую продуктивность защитных насаждений;
- дать оценку трехслойным субстратам с погребенным плодородным слоем и изучить динамику состояния и роста на них сосновых насаждений;
- изучить видовое разнообразие растительности в защитных лесных насаждениях, их особенности и динамику формирования;
- определить влияние растительности в природных и искусственных фито-ценозах на трансформацию техногенных субстратов в эмбриоземы;
- произвести лесоводственную и эколого-экономическую оценку защитных лесных насаждений на техногенно нарушенных землях;
- разработать рекомендации по формированию защитных лесных насаждений на техногенно нарушенных землях.
Научная новизна. Для техногенных ландшафтов изучены различные способы повышения плодородия субстратов промышленных отвалов и обоснованы наиболее перспективные и рациональные из них для формирования защитных лесных насаждений с введением устойчивых к экстремальным условиям среды древесных пород. Впервые с целью ускорения восстановления нарушенных земель, с учетом специфики почвенно-экологических условий предложена двухэтапная система рекультивации с использованием робинии лжеакации как породы, обладающей высокой степенью почвоулучшающих свойств, для создания предварительных защитных лесных насаждений с последующим внедрением более ценных пород, в том числе хвойных.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость результатов исследований заключается в том, что выявлены особенности роста, состояния и продуктивности защитных насаждений на техногенно нарушенных землях в зависимости от структуры и плодородия субстратов промышленных отвалов. Выявленные особенности позволяют оптимизировать процесс формирования рекультивационных насаждений с целью повышения их устойчивости, долговечности, продуктивности и стабилизации выполняемых ими защитных функций.
Практическое значение результатов исследований выражается в возврате техногенно нарушенных земель в хозяйственный оборот путем их биологической рекультивации на научной основе и создания новой устойчиво продуцирующей лесной экологической системы.
Результаты исследований используются природоохранными организациями при проектировании работ по биологической рекультивации техногенных ландшафтов, научными организациями – для разработки и осуществления почвенно-экологического мониторинга, а также применяются в учебном процессе при чтении курса «Рекультивация ландшафтов» для студентов, обучающихся по специальности 25.02.03 – «Садово-парковое и ландшафтное строительство» и по направлениям подготовки бакалавров 250100 – «Лесное дело» и 022000 – «Экология и природопользование».
Рекомендации по формированию защитных лесных насаждений, разработанные с участием автора, внедрены в производство Лебединским и Стойленским горно-обогатительными комбинатами в 2010-2012 гг., а также используются ОАО НИИ по проблемам Курской магнитной аномалии им Л.Д. Шевякова при проведении научно-исследовательских работ по рекультивации.
Методология и методы исследований. Методология исследований базируется на системном подходе к их проведению. Использовались типовые методики, применяемые в почвоведении, лесовосстановлении, таксации и лесоводстве.
На защиту выносятся следующие положения:
- итоги создания и выращивания лесных насаждений сосны обыкновенной эколого-ресурсного назначения на субстратах промышленных отвалов без повышения их плодородия;
- оценка землевания как способа повышения плодородия субстратов промышленных отвалов для проведения лесной рекультивации;
- эффективность использования древесных пород для выращивания защитных насаждений на техногенных субстратах с поверхностным землеванием;
- повышение плодородия бедных грунтосмесей путем формирования трехслойных субстратов с погребенным плодородным слоем;
- влияние видового разнообразия растений на скорость формирования естественного растительного покрова и почвообразовательный процесс при рекультивации техногенных ландшафтов;
- параметры трансформации субстратов в почвы (эмбриоземы) в природных и искусственных фитоценозах;
- лесоводственная и эколого-экономическая эффективность двухэтапной системы формирования защитных лесных насаждений, обеспечивающей восста-новление техногенно нарушенных земель.
Степень достоверности полученных результатов обеспечивается многолетним мониторингом, значительным объемом аналитического и экспериментального материала, применением современных методик, математической обработкой данных с использованием компьютерных программ для решения поставленных задач.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на Всесоюзных научных конференциях (Днепропетровск, 1990, 1992; Москва, 1991); IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004); Международном совещании «Биологическая рекультивация нарушенных земель» (Екатеринбург, 1996); Всероссийских научных конференциях (Воронеж, 1992, 1993, 1998, 2007; Москва, 1993; Орел, 1993; Екатеринбург, 1992, 1999); V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); Международных научных конференциях (Йошкар-Ола, 1992; Кривой Рог, 1993; Воронеж, 2000, 2009, 2012; Вешенская, 2008; Санкт-Петербург, 2011) др.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 84 научных работы общим объемом 50,18 п.л., личное участие автора – 23,72 п.л., в том числе 2 монографии, 2 рекомендаций, 1 текст лекций, 11 статей – в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 333 страницах, содержит 68 таблиц, 61 рисунок, библиографический список из 362 наименований, в том числе 22 – на иностранных языках.
Автор признателен научному консультанту профессору Панкову Я.В. и коллективу кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации за поддержку и консультации, а также студентам и аспирантам Лесного факультета ВГЛТА, принимавшим участие в проведении полевых исследований.
