Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

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).

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

Таблица 2

Распределение погибшего (нежизнеспособного) подроста на отвале хризотил-асбеста

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.