Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

UNDERGROWTH ACCUMULATION ON DUMPS OF CHRYSOTILE-ASBESTOS DEPOSIT

Zaripov Yu.V. 1 Zalesova E.S. 1 Zalesov S.V. 1 Platonov E.P. 1
1 Ural State Forest Engineering University
The paper deals with qualitative and quantitative undergrowth indices analysis on the dumps of chrysotile – asbestos deposits. The researches have been based on the method of accounting plots. The latter were laid on the trans sects located at different distances from the slopes of «vostochny dump» three terrace. The whole undergrowth was divided according to species life state and category of size with recalculation of the obtained data per 1 ha. Taking into consideration the specifics of growth conditions in availability of willow the last belonged to the undergrowth without establishing of a kind. Besides, pine viable undergrowth density in terms of large sized at all trans sects undergrowth occurrence was being determined and of the base of data obtained – undergrowth supply economically valuable species in accordance with current regulatory documents. The investigations have shown that undergrowth formation depends on the height of dump terrace in chrysotile asbestos deposits. The undergrowth of Scotch (ordinary) pine (Pinus sylvestris L.), silver birch (Betula pendula Roth.), aspen (Populous tremula L.), willow (Salix L.) takes place on all three dump terrace. At the same time Scotch pine and hanging birch are absolutely dominated in the undergrowth, this allows to hope for the formation of mixed plantations in the future. It has been established that the undergrowth on dumps of chrysotile – asbestos deposit growth in difficult forest growing conditions and is characterized by intensive attrition. In other words to speed up the process of dumps natural biologic recultivation it is necessary in the process of recultivation technic stage to apply a layer of soil on the surface of the dump or non-traditional fertilizers or sewage sludge.
disturbed soils
dumps
natural recultivation
undergrowth
forest density
occurrence

Добыча полезных ископаемых неразрывно связана с изъятием земель для размещения вскрышных пород, отходов обогащения бедных руд и других отходов производства. Обычно указанные отходы размещаются в отвалах, представляющих собой искусственные сооружения разной высоты. Отвалы имеют одну или несколько террас разных уровней, каждая из которых представляет собой относительно ровную площадку. При этом террасы создаются по мере накопления отходов. Обычно после завершения складирования отходов выполняется техническая рекультивация, при которой выравниваются террасы разных уровней и снижается крутизна откосов в целях избегания эрозионных процессов.

После завершения технического этапа рекультивации выполняется биологический этап в соответствии с запланированным направлением рекультивации. Поскольку на Урале основной объем земель изымается из лесного фонда, здесь доминирует лесохозяйственное направление рекультивации. Другими словами, на нарушенных землях создаются условия для выращивания древесной растительности из произрастающих в данной местности видов. В научной литературе имеется значительное количество примеров эффективного выполнения биологического этапа рекультивации нарушенных земель [1–4]. Однако большинство работ анализирует последствия искусственного лесовосстановления на рекультивированных землях, а работ по эффективности естественной рекультивации в научной литературе относительно немного, что и определило направление наших исследований. Нами под термином «естественная биологическая рекультивация» понимается формирование растительности на нарушенных землях после завершения технического этапа рекультивации без вмешательства человека, т.е. естественное зарастание.

Цель работы: изучение эффективности естественной рекультивации отвалов месторождения хризотил-асбеста и разработка на этой основе предложений по ускорению естественного их зарастания.

Материалы и методы исследования

Объектом исследований служили отвалы на месторождении хризотил-асбеста, расположенные на территории Асбестовского района Свердловской области. Согласно схеме лесорастительного районирования [5], территория района исследований относится к округу сосново-березовых предлесостепных лесов, Зауральской равнинной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области. При этом в соответствии с лесохозяйственным районированием лесного фонда [6] территория района исследований относится к Средне-Уральскому таежному району.

Основной объем исследований выполнен на трех уровнях (террасах) Восточного отвала Южного рудоуправления открытого акционерного общества «Ураласбест». Указанный отвал имеет протяженность 3,2 км, при максимальной ширине в северной части – 3,2 км, в южной – 1,2 км. Высота первого уровня (яруса) – 45–50, второго – 70–75 и третьего – 105–110 м.

Характеристика подроста устанавливалась на учетных площадках размером 1×1 м, поскольку на исследуемом отвале доминировал мелкий подрост. При этом на каждом уровне закладывались трансекты на расстоянии 15, 100, 200 и 300 м от края откоса соответствующего уровня в количестве по 30 шт. Учетные площадки размещались на трансекте через равные расстояния, что позволяло получить объективные данные о количестве подроста в зависимости от уровня (террасы) отвала и расстояния до его внешнего откоса.

В процессе исследований весь подрост на учетных площадках распределялся по видам, жизненному состоянию и категориям крупности [7, 8]. Дополнительно рассчитывалась встречаемость подроста, как показатель, объективно характеризующий размещение подроста по площади [9, 10].

В камеральных условиях рассчитывались средние показатели количества жизнеспособного подроста в пересчете на крупный и устанавливалась обеспеченность подростом в соответствии с действующими нормативными документами.

Полученные данные, а также материалы предыдущих исследований [11–13] позволили дать предложения по ускорению процессов естественной рекультивации отвалов хризотил-асбеста.

Результаты исследования и их обсуждение

Обследование отвала, подлежащего рекультивации, показало, что он имеет устойчивое состояние и представлен обломками перидотитов (45 %), серпентинитов (40 %), дунитов (7 %), габбро (5 %) и диоритов (1 %). Доля глинистых пород при этом не превышает 2 %. Содержимое отвала характеризуется кусковой структурой. На куски размером менее 5 см приходится 25 %, 6–10 см – 31 %, 11–20 см – 28 %, 21–50 см – 6 % и более 50 см – 11 % объема отвала.

Отсутствие или, точнее, минимальное содержание в отвалах серы, фтора, свинца, меди, цинка, бора и селена свидетельствует, что отвал не представляет экологической опасности в плане загрязнения грунтовых вод.

Особо следует отметить, что кусковая структура отвала и практически полное отсутствие элементов питания растений, прежде всего азота, создают экстремальные условия для естественной рекультивации отвала. Летние осадки и влага, полученная при таянии снега, легко просачиваются в нижние горизонты отвала и становятся недоступными для растений. Последнее приводит к иссушению верхних горизонтов отвала, гибели всходов и подроста. Кроме того, комковая структура субстрата отвала не обеспечивает формирование стержневого корня у сосны обыкновенной и способствует формированию поверхностной корневой системы (рисунок).

zar1.tif

Поверхностная корневая система у подроста сосны на отвале месторождения хризотил-асбеста

В то же время отсутствие плодородного слоя на поверхности отвала исключает развитие живого напочвенного покрова и задернение почвы, создавая тем самым благоприятные условия для налета семян древесных растений и их прорастания. Последнее подтверждается данными о густоте подроста на всех уровнях отвала (табл. 1).

Материалы табл. 1 свидетельствуют, что на отвале месторождения хризотил-асбеста имеет место подрост сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), березы повислой (Betula pendula Roth.), осины (Populus tremula L.) и ивы (Salix L.). При этом абсолютно доминируют в составе жизнеспособного подроста сосна обыкновенная и береза повислая.

Таблица 1

Характеристика жизнеспособного подроста на различных уровнях отвала месторождения хризотил-асбеста

Расстояние от откоса отвала, м

Состав подроста

Количество подроста по категориям крупности, шт/га

Встречаемость, %

мелкий

средний

крупный

итого

в пересчете на крупный

1

2

3

4

5

6

7

9

Терраса первого уровня, высота 45–50 м

15

5,9С

10000

1667

0

11667

6334

50

 

3,9Б

4000

2667

0

6667

4134

50

 

0,2Ив

0

333

0

333

266

3

100

6,8Б

14667

7333

0

22000

13200

77

 

2,9С

3000

4333

667

8000

5633

47

 

0,3Ос

667

333

0

1000

600

7

200

6,5Б

16000

4000

333

20333

11533

67

 

2,4С

3333

3333

0

6666

4333

53

 

1,1Ос

0

2333

0

2333

1866

13

300

4,6Б

6000

3667

1667

11334

7601

53

 

3,7С

7000

2667

333

10000

5967

67

 

1,7Ос

4000

1000

0

5000

2800

33

Терраса второго уровня, высота 70–75 м

15

5,0С

13000

667

0

13667

7034

73

 

4,7Б

12000

0

667

12667

6667

53

 

0,3Ив

1000

0

0

1000

500

10

100

4,8Б

9000

1333

333

10666

5899

63

 

4,0С

4667

2333

667

7667

4867

47

 

1,2Ос

2000

667

0

2667

1534

20

200

5,8С

31333

1333

4000

36666

20733

63

 

4,0Б

17667

5333

1000

24000

14100

86

 

0,1Ос

0

333

0

333

266

3

 

0,1Ив

0

333

0

333

266

3

Терраса третьего уровня, высота 105–110 м

15

5,2Б

5333

1333

333

6999

4066

43

 

4,8С

4667

1333

333

6333

3733

63

100

5,4С

9333

4000

0

13333

7867

73

 

4,2Б

3000

5000

667

8667

6167

40

 

0,3Ос

333

333

0

666

433

7

 

0,1Ив

333

0

0

333

167

3

200

6,2С

17333

667

333

18333

9533

77

 

3,5Б

667

3667

2000

6334

5267

40

 

0,2Ос

0

0

333

333

333

3

 

0,1ив

333

0

0

333

167

3

 

Таблица 2

Распределение погибшего (нежизнеспособного) подроста на отвале хризотил-асбеста

Расстояние от откоса отвала, м

Состав подроста

Количество подроста по категориям крупности, шт/га

Встречаемость, %

мелкий

средний

итого

в пересчете на крупный

Терраса первого уровня, высота 45–50 м

15

10,0С

9333

0

9333

4667

50

100

10,0С

7000

1000

8000

4300

57

200

9,0С

8667

333

9000

4600

60

 

1,0Ос

0

1000

1000

800

10

300

0,3Б

333

0

333

167

3

 

9,4С

9000

1000

10000

5300

50

 

0,2Ив

0

333

333

266

3

Терраса второго уровня, высота 70–75 м

15

8,6С

1667

333

2000

1100

20

 

1,4Б

333

0

333

167

3

100

10,0С

15000

667

15667

8034

90

200

9,4С

22333

0

22333

11167

67

 

0,4Б

1000

0

1000

500

10

 

0,2Ос

333

0

333

167

3

Терраса третьего уровня, высота 105–110 м

15

10,0С

5000

0

5000

2500

37

100

10,0С

6000

0

6000

3000

37

200

9,3С

8667

0

8667

4334

50

 

0,7Б

0

667

667

534

6

 

Согласно действующему нормативному документу [8], естественное лесовосстановление путем сохранения подроста и ухода за ним планируется при наличии более 4,0 тыс. шт/га подроста сосны обыкновенной. Выполненные исследования показали, что на террасах всех трех уровней количество жизнеспособного подроста сосны значительно превышает нормативный показатель, а следовательно, другие способы лесовосстановления на отвале планировать нецелесообразно.

В соответствии с показателями встречаемости [8] подрост считается равномерным при встречаемости более 65 %, неравномерным – 40–65 % и групповым, когда он размещен группами не менее 10 шт. мелких или 5 шт. средних и крупных экземпляров. Приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют, что подрост сосны характеризуется как равномерным, так и неравномерным размещением.

Жесткие лесорастительные условия обусловили интенсивный отпад подроста на всех уровнях отвала (табл. 2).

В соответствии с данными табл. 2 отпад подроста происходит за счет мелких и средних экземпляров преимущественно сосны обыкновенной на всех террасах. Среди нежизнеспособных нет крупных экземпляров, поскольку, как отмечено ранее, отпад происходит на стадии мелкого и среднего подроста.

Если сравнить данные о количестве подроста в пересчете на крупный из табл. 1 с данными о необходимом количестве подроста главной породы высотой более 1 м для перевода участка в покрытую лесной растительностью площадь [8], то все террасы отвала уже можно отнести к последней. Однако указанное не соответствует действительности. Несмотря на то, что отсыпка отвала была завершена в 1979 г., подрост представлен преимущественно мелкими экземплярами. Другими словами, зарастание отвала древесной растительностью растянуто во времени. Абсолютное большинство подроста отмирает до перехода его в крупный, а на смену приходит подрост новой генерации. Последнее вызывает необходимость содействия лесовосстановлению. Последнее, в частности, может быть достигнуто засыпкой поверхности отвала слоем почвогрунта при технической рекультивации или размещением на его поверхности осадка сточных вод ближайшего города Асбеста. Опыты по нанесению на поверхность отвала слоя осадка сточных вод показали прекрасные результаты [11, 12]. Последнее объясняется тем, что осадки сточных вод содержат большое количество азота, а также другие элементы, необходимые для растений. Кроме того, осадок сточных вод выполняет роль мульчи, удерживая влагу в верхнем горизонте отвала.

Выводы

1. Основным направлением рекультивации нарушенных земель на Урале является лесохозяйственное.

2. Лесовосстановление на отвалах месторождений хризотил-асбеста может быть обеспечено естественным путем за счет налета семян от стен леса.

3. Основными древесными породами на отвалах месторождений хризотил-асбеста в районе исследований являются сосна обыкновенная и береза повислая.

4. Количество жизнеспособного подроста сосны обыкновенной в пересчете на крупный вполне достаточно для перевода обследованного отвала в покрытую лесной растительностью площадь. Однако жесткие лесорастительные условия приводят к гибели подроста на стадиях мелкого и среднего.

5. В целях ускорения естественной рекультивации отвалов на террасы всех уровней следует наносить слой почвогрунта или осадка сточных вод г. Асбеста при выполнении технического этапа рекультивации. Последнее обеспечит формирование на отвалах смешанных сосново-березовых насаждений, не прибегая к искусственному лесовосстановению.