Экологические аспекты воспроизводства почвенно-растительного покрова в нарушенных горнодобывающей промышленностью ландшафтах

Лисецкий Ф.Н. (liset@bsu.edu.ru), Голеусов П.В., Кухарук Н.С., Чепелев О.А.

Белгородский государственный университет, г. Белгород

Введение

Обширные площади нерекультивированных земель, появившиеся за последнее десятилетие в районе Курской магнитной аномалии (КМА), определили особую актуальность изучения темпов и механизмов самозарастания техногенных отвалов горных пород. До сих пор закономерности становления почв и экосистем в экстремальных условиях техногенных ландшафтов, возможности регенерационных геосистем в предотвращении экологических воздействий на смежные земли остаются сравнительно малоизученными научными проблемами не только в России, но и в мире.

В мировой практике реабилитации техногенных геосистем наметился новый подход, связанный с максимальным использованием регенерационных возможностей природных экосистем для воспроизводства ресурсных и экологических функций нарушенных ландшафтов - их экологическая реставрация. Использование средопреобразующего потенциала адаптированных растительных группировок позволяет значительно снизить интенсивность процессов денудации техногенных субстратов, инициировать в них почвообразовательные процессы. Таким образом, развитие концепции ренатурирования техногенных геосистем является не только экологически обоснованным, но и экономически оправданным. Под ренатурированием мы понимаем контролируемое человеком возвращение природного режима функционирования антропогенно нарушенным геосистемам посредством преимущественного использования природных механизмов воспроизводства их ресурсного потенциала в пределах экономически приемлемого горизонта планирования (Голеусов, 2002).

Теоретическое обоснование использования ренатурационного подхода к экологической реабилитации техногенных геосистем составляют многочисленные исследования естественного восстановления растительного покрова и сопровождающего этот процесс рецентного (нового) почвообразования в этих геосистемах (О

рекультивации1971; Етеревская, Угарова, 1979; Горячкин, 1981; Масюк, 1981; Бурыкин, 1982; Засорина, Пигорев, 1982; Ужегова, Махонина, 1984; Почвообразование..., 1985; Экологические основы рекультивации1985; Гумусообразование..., 1986; Титлянова и др., 1988; Михаленко, 1990; Стифеев, 1993; Johnson, Skousen, 1994, 1995 и др.). За редким исключением, эти исследования носят эмпирический характер, что характерно для этапа активного первичного накопления информации по данной проблеме. Вместе с тем, закономерности развития регенерационных геосистем и возможности управления этим развитием имеют недостаточный уровень фундаментального обобщения. Новообразованные компоненты молодых геосистем рассматриваются чаще как уникальные, недоразвитые, примитивные, их эколого-биосферные функции явно недооцениваются.

Объекты и методы исследования

Исследования 2003-2004 гг. в среднерусском сегменте лесостепной зоны (Белгородская область) включали проведение работ на карьерно-отвальных комплексах Лебединского ГОКа (Губкинский р-н) и ЗАО «Белгородский цемент» (Белгородский р-н). Кроме того, для выявления зональных особенностей протекания регенерационных процессов, были проведены экспедиционные работы в районах, отличающихся от лесостепной зоны по биоклиматическим условиям. В частности, в 2004 г. были исследованы процессы воспроизводства компонентов техногенных геосистем горнодобывающих предприятий в Сланцевском р-не Ленинградской обл. (зона смешанных лесов).

Модельные объекты исследования воспроизводства почвенно-растительного покрова в техногенных ландшафтах Лебединского ГОКа расположены на самозарастающих склонах северо-восточной части отвала окисленных железистых кварцитов, дамбах обвалования гидроотвала «Березовый Лог». Возраст отвалов колеблется от 10 до 47 лет. Кроме того, исследованы молодые (15-40 лет) геосистемы, сформировавшиеся на отвалах различного типа карьерно-отвального комплекса «Полигон» ЗАО «Белгородский цемент», расположенного на западной окраине г. Белгород. Таким образом, модельные объекты отражают специфику распространенных в Белгородской области техногенных ландшафтов, сформированных предприятиями железорудной и строительной индустрии.

Объекты исследования в зоне смешанных лесов находятся на северо-западной окраине г. Сланцы, левом берегу р. Плюсса. Абсолютная высота - 58 м. Отвалы шахты

им. Кирова (АО «Ленинградсланец») высотой до 30 м сформированы из вмещающих пород сланцевой толщи (преимущественно девонские известняки). К внешней границе промышленной площадки и территории разновременных отвалов примыкает лес (вторичный смешанного состава - елово-березово-сосновый). Таким образом, с 1999 г. самозарастание отвалов проходит при минимальном антропогенном воздействии.

В работе реализован эколого-генетический подход к изучению развития геосистем, основанный на исследовании временных закономерностей процессов ресурсовоспроизводства с учетом экологических условий их протекания (Голеусов, Лисецкий, 2005). В результате использования этого подхода возможно создание многофакторных процессно-динамических моделей воспроизводства компонентов геосистем, позволяющих организовать системы мониторинга и управления регенерационными процессами в техногенных ландшафтах.

Новым в экодиагностике является использованный в работе метод оценки регенерационного потенциала геосистем по эффективности регенерационных процессов. Эта эффективность оценивалась по степени развития ресурсных характеристик новообразованных компонентов геосистем (запас фитомассы, мощность гумусового горизонта почв).

Метод анализа хронорядов развития компонентов геосистем использован в комплексе с методом математического моделирования, что позволило получить количественные оценки динамики ресурсовоспроизводства с определением «ключевых этапов» и характерного времени этих процессов.

Основным подходом к исследованию структуры и динамики техногенных ландшафтов было описание экологических профилей: «техногенные геосистемы -фоновые сельскохозяйственные ландшафты» и «техногенные геосистемы - заповедные территории». При этом были использованы как непрерывные трансекты, так и разобщенные пробные площадки в характерных экотопах. В ходе комплексных описаний определялись следующие параметры структуры и функционирования экосистем: общий запас надземной фитомассы и ее структура; флористический состав с оценкой обилия и проективного покрытия; доминирующие ассоциации, пространственная структура ассоциаций; степень морфологического развития профиля почв, особенности развития почвенного покрова и его мозаика; выраженность экзогенных денудационных процессов. Были отобраны пробы для последующего определения физико-химических свойств новообразованных почв и техногенных субстратов. Для исследования ландшафтно-геохимической структуры отвалов проведено описание катенарных сопряжений почв и фитоценозов.