26 февраля 2017г.
В начале XX века В.И. Вернадский отметил, что "эволюционный процесс получает особое геологическое значение благодаря тому, что он создал новую геологическую силу - научную мысль социального человечества". В качестве главной тенденции он выделил интенсивный рост влияния одного видового живого вещества - цивилизованного человечества - на изменение биосферы.
В 1931 г. академик А.Е. Ферсман впервые ввел в научный оборот термин "техногенез", под которым он подразумевал процесс индустриального изменения биосферы, особо выделяя геохимическую деятельность человека. Он показал основные области влияния человеческой деятельности при добыче полезных ископаемых. Добыча любого полезного ископаемого - это серьезное вмешательство в природу, и один из мощных видов техногенеза. В местах добычи полезных ископаемых происходит почти полное уничтожение природных ландшафтов на месте которых формируются особые ландшафтно-геохимические системы - горнопромышленные ландшафты. Казахстан, по территории входящий в десятку самых крупных стран мирового сообщества, в настоящее время с усилением добычи полезных ископаемых относится к наиболее экологически уязвимым странам.
Наши исследования выполнялись в рамках комплексных работ по восстановлению нарушенных земель (после добычи полезных ископаемых) в условиях степной зоны Костанайской области.
Целью исследований являлось изучение степени восстановления флоры формирующейся на складах плодородного слоя почв (ПСП) и возможности использования ПСП для рекультивации.
Исследования проводились в полевой сезон 2015г -2016г. на территории золотодобывающего месторождения «АО Варваринское в Тарановском районе, Костанайской области».
Известно, что толщина плодородного слоя почвы колеблется от 0,5 см (тундра, горы) до 1,5 м - на равнинах. Скорость образования плодородного слоя почвы равна примерно 1 см за 100 лет. Плодородный слой почвы формировался на протяжении тысячелетий вследствие взаимодействия воды, воздуха, тепла, растительных и животных организмов (прежде всего микроорганизмов) с почвообразующей горной породой. И в настоящее время представляет естественно историческое тело с присущими свойствами, являясь биокосной, открытой системой. При действии горнодобывающей промышленности производиться селективная отсыпка , то есть снимается плодородный слой почвы (ПСП) который в дальнейшем используется для рекультивации отвалов и карьеров. Мощность снятия плодородного слоя почвы на исследуемом месторождений варьирует от 0,3 до 0,5 м. Мощность наносимого ПСП и подстилающих пород (супеси, суглинки) определялась согласно «Указаний по составлению проектов рекультивации нарушенных и нарушаемых земель в РК» п.4.4.18-4.4.19 и «Рекомендаций по системе ведения сельского хозяйства в Костанайской области». В условиях недостаточного увлажнения на степных массивах с усиленной ветровой деятельностью принята мощность наносимого ПСП - 0,30 м.
Нами рассмотрены и изучены склады ПСП на исследуемом объекте на предмет ,степени зарастания растительного покрова для формирования банка семян и возможностью использования ПСП для рекультивации. Исследования осуществлялись с использованием рекогносцировочных- маршрутных и общепринятых геоботанических методик, и определением показателей плодородия почв. Динамика формирования фитоценозов изучалась на серии учетных площадок размером 10 х 10 м. [1,5].Площадки закладывались на складах ПСП . Исследуемые объекты в каждом случае характеризовали не менее чем пятью пробными площадками. Растительность описывалась по ярусам (кустарниковый, травяной). Видовой состав описывали по ярусам, учитывали полный флористический состав сообщества, обилие по Друде, рассмотрено проективное покрытие.
Характерной чертой климата исследуемого района является резкая континентальность: жаркое и сухое лето сменяется холодной малоснежной зимой. Зимой минимальная температура воздуха нередко падает до 350-400С. Абсолютная максимальная температура равна 410-430С.
Теплый период со среднесуточной температурой выше 00С длится 195-200 дней: с 12-17 апреля до 19-28 октября. Продолжительность безморозного периода колеблется от 100 до 130 дней.
Отмечаем, существенное преобладание осадков теплого периода (май-октябрь), когда выпадает 60- 80% от годовой нормы. Осадки теплового периода распределяются неравномерно. Весна и начало лета отличаются малым количеством осадков, что в сочетании с большими скоростями ветра (в среднем 5-6 м/с), наблюдающимися в это время, обусловливает быстрое иссушение почвы. Зима холодная, малоснежная и продолжительная (около 5 мес.), с сильными ветрами (чаще юго-западными) и метелями. Средние скорости ветра в зимние месяцы составляют 4,5-5,5 м/с. Снежный покров образуется с 9 по 26 ноября и лежит устойчиво 132-157 дней. Но он неглубок (до 22 см), поэтому почва зимой значительно промерзает (до 2 м).
В соответствии с ГОСТ 17.5.3.06-85 (Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ), ГОСТ 15.5.1.03-86 (Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель) и инструктивно-методических документов, все почво- грунты, обследованных участков, объединены по группам пригодности для снятия и последующего использования для биологической рекультивации.
1-ая группа (пригодные для снятия) включает в себя черноземы южные среднемощные слабогумусированные тяжелосуглинистые, черноземы южные маломощные слабогумусированные тяжело-, средне- и легкосуглинистые, черноземы южные слабосмытые среднесуглинистые, черноземы южные карбонатные среднемощные слабогумусированные тяжелосуглинистые, черноземы южные карбонатные маломощные слабогумусированные тяжелосуглинистые, черноземы южные карбонатные слабосмытые среднесуглинистые, лугово-черноземные среднемощные легкосуглинистые, лугово-черноземные маломощные среднесуглинистые и легкосуглинистые, лугово-черноземные карбонатные среднемощные, лугово-черноземные осолоделые тяжелосуглинистые и луговые черноземные осолоделые тяжелосуглинистые. Все выше перечисленные почвы пригодны для биологической рекультивации и подлежат снятию с дальнейшим использованием для землевания нарушенных территорий.
К 2-ой группе (не пригодные к снятию) относятся почвы по физико-химическим свойствам, высокому содержанию поглощенного натрия (свыше 15% от суммы катионов), смытостью горизонта «А» и скелетностью почвенного профиля (содержание частиц крупнее 3мм в верхних горизонтах составляет более 15%), снятию и последующему использованию для биологической рекультивации не подлежат.
Объем снятия плодородного слоя почвы со всех участков, нарушенных деятельностью предприятия, составляет 4,046 млн. м3. Отвалы плодородного слоя почвы ПСП №№ 1-7 занимают площадь 56,8 га. Они формируются в результате послойной отсыпки снятого ПСП с участков, вовлекаемых в эксплуатацию, по мере изъятия земель компанией АО «Варваринское» в период с 2004г. по настоящее время. Высота отвалов ПСП-1 – 10,0 м, ПСП-2,3 – 7 м, ПСП-4,5,6 – 7 м, ПСП-7 – 5 м.
Снятие плодородного слоя осуществлялось бульдозерами САТ-D9R, отгрузка колесным погрузчиком САТ 988, а транспортирование в отвалы длительного хранения ПСП – 1-7 автосамосвалами САТ 777.
Состояние ПСП на момент исследований.
Плодородный слой почвы является активной основой формирования растительности с учетом значимости для воссоздания системы миграции веществ и энергии. При изучении склады ПСП объединили по свойствам формирования в микрогруппы ( по возрасту , и характеру формирования) .
ПСП № 1- h -10 м, возраст полной отсыпки составляет около девяти лет, отмечаем наличие экспозиционности и склоновой поверхности. Из-за высоты отвала ПСП №1 на склонах склада наблюдается более жесткие экотопические условия для произрастания растения, чем у подножья, особенно на верхней южной части склона. На поверхности склада на выровненной поверхности, наблюдается высокая степень зарастания и сдвиг вегетативного периода развития растения на 1,5 недели вперед, на плакоре отмечаются сформированные ассоциации растении идентичные с зональными. Остаточное содержание гумуса в почве склада изменяется от 2,66% в верхнем ярусе, до 2,72 у подножья.
ПСП №№ 2,3- h- 7м, возраст полной отсыпки составляет около 5 лет. Четко выражена экспозиционность, выровненная поверхность показывает на всех сроках исследования активное зарастание и формирование растительности близких к зональным формам. Остаточное содержание гумуса в почве склада ПСП №2 – верхний ярус – 2,72 %, склон – 2,97%; ПСП №3 - подножье – 4,36%; верхний ярус – 3,67%.[2].
ПСП № 4,5,6- h- 7м, возраст полной отсыпки составляет около 5 лет. Отмечается четкая склоновая и выровненная поверхность с активной степенью зарастания, примечательно зарастание склоновой поверхности до 85 % и формирование плотных куртин зональных форм растительности.
Растительность на выровненной поверхности показывает ускорение вегетационного периода развития на 1-1,5 недели. На ПСП №5 отмечаем, помимо травянистой растительности наличие древесных форм – лох серебристый и американский клен.
Остаточное содержание гумуса в почве склада ПСП № 4,5– верхний ярус-4,00%, склон – 2,79%; ПСП №6 – верхний ярус – 4,05%, склон – 2,98%.[2].
ПСП №7- h- 7м, возраст отсыпки составляет около 5 лет, выделяется склоновая и выровненная поверхность, зарастание не активное, проективное покрытие составляет от 54 до 65%, местами зарастание в стадии пионерных группировок. Отмечается, небольшое присутствие представителей ведущих семейств, свойственных степной зональной флоре.
Растительность представляет порой пионерную группировку по схеме Курочкиной и Вухрера.
Проективное покрытие складов плодородных слоев почвы (ПСП)
По складам ПСП проективное покрытие надземных частей растений за время наблюдений растений (с учетом погодных условии периода наблюдений) достаточно стабилен. Наблюдаемые объекты показывают стабильное достаточно высокое проективное покрытие, учитывая переходные стадии сукцессии от 56%- 75%- 85%-90% и местами до 93 %.
Общее проективное покрытие надземных частей растений в ходе зарастания на ПСП № 1 составило - до 95 % на выровненной поверхности и 60 % на склонах. Примечательно, что растительность выровненной поверхности тождественна зональным формам и доминантами являются виды семейства злаковых. По шкале О. Друде численность видов на выровненной поверхности составляет soc, cop3 и cop2; на склонах cop1 и sp.
НаПСП№№2,3 проективное покрытие составило 85- до 98 % доминанты бобовые и злаковые формы растительности. На поверхности выровненных участков сформированы полынно- злаковые ассоциации. По шкале О. Друде численность видов на выровненной поверхности составляет soc, cop3 ; на склонах cop1.
ПСП №№ 4,5,6проективное покрытие составило 85- до 90% . Доминантами являются бобовые и злаковые. Сформированные ассоциации близки к зональным подтверждают высокий потенциал плодородия почв. По шкале О.Друде численность видов на выровненной поверхности составляет soc, cop3; на склонах cop1 .
ПСП №7 из за крутизны склонов, зарастание составило от 54 до 85 %. Преобладает виды семейства злаковых. По шкале О.Друде численность видов на выровненной поверхности составляет cop2; на склонах cop1 и sp.
Исследования проведенные на складах ПСП показывают, достаточно активное зарастание, чему способствует банк семян имеющиеся в почве и характеристики почв непосредственно этой природно- климатической зоны (зоны настоящих степей), а также историческое флористическое прошлое растительности данной территории. Данная территория является границей куда доходит растительность Зауральского плато, поэтому потенциал биоразнообразия и скорость зарастания достаточно широк. Число выявленных видов на складах ПСП в фитоценозах составило: 158 видов, относящихся к 27 семействам
.[3,6].Доля видов растений лесной ценотической группы от общего числа зарегистрированных видов составило 2,3 % .
- Доля растений имеющих социальный статус и рекреационное значение из общего числа зарегистрированных видов весьма контрастна, их доля составила на складах ПСП до пяти видов.
С увеличением возраста складов ПСП доля видов растений сорной ценотической группы уменьшается. В итоге можно диагностировать, что ко второму десятку лет зарастания возможно полное выпадение сорных растений из состава сообществ, и восстановление климаксовых степных сообществ.[4].
Отмечаем, что зарастание на складах ПСП идет активнее и имеет ряд отличий субстратов с породой а) по времени б) по характеру формирующей растительности и другим критериям
Необходимо учитывать, что сам процесс снятия плодородного слоя почвы (нарушение сформировавшейся структуры почвы), отсыпка техникой (не естественное формирование) уже влекут изменения в почвенной массе и биомассе которая имеется в почве, поэтому складам ПСП необходимо время (и это в некоторых случаях в зависимости от природных условий могут быть десятки лет) для восстановления. При восстановлении складов ПСП необходимо минимизировать прессинг на формирующие сообщества, для ускорения восстановления необходимо применять агротехнические приемы.
Исследования подтверждают, на складах ПСП формируются растительные сообщества, обладающие высоким семенным банком и мощной возобновляющей возможностью, что позволить использовать субстрат из складов ПСП в качестве почвенного экрана при рекультивации отвалов пустой породы, и землевании использованных земель.
Список литературы
1. Полевая геоботаника./ Под. ред. Е.М. Лавренко и А. А.Корчагина. Изд. «Наука». М.,Л., 1964, Т.3.
2. Протокол испытаний почвенных образцов земельных участков ТОО «ЭкоWay», 24.07.15-30.07.15.Костнай, «НПЦзем», 2015
3. Флора Казахстана. Т. 1.-9. Алма-Ата, 1956-1966гг.
4. Конысбаева Д.Т. «Формирование растительного покрова на отвалах предприятий железорудной промышленности в Северном Казахстане»//диссертация//Екатеринбург, 2003
5. Быков Б.А. Геоботаника. А.: Наука, 1978. 288 с
6. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. СПб.: Мир и семья 1995. 990 с.
