Эколого-биологические основы рекультивации техногенных земель Якутии

Алмазные месторождения в Якутии расположены в Мирнинском и Анабарском районах. Территория карьера «Мир» расположена в пределах Ви-люйского плато древней Сибирской платформы. В геоморфологическом отношении район занимает область древней аллювиальной равнины с абсолютными высотами 90-200 м, сложенной осадочным карбонатным породам и подчиненная - изверженным: траппам и кимберлитам, характеризуется слабым расчленением, равнинным характером рек. Характерны осложнения эрозионно-аккумулятивных форм рельефа мерзлотными формами и различное распространение грунтовых льдов [1].

Особенностью климата региона, как и для всей Центральной Якутии, является резкая его континентальность, проявляющаяся в больших годовых колебаниях температуры воздуха и относительно малым количеством выпадающих осадков [2]. В зимний период основным барическим определяющим термический и ветровой режим, является северо-восточный отрог зимнего азиатского антициклона. Среднегодовая температура в г. Мирном равна 7,6°С, сред няя температура января - самого холодного месяца года -32,3 ° С, июля - 16,8 ° С. Среднегодовая сумма осадков равна 200-250 мм. Снежный покров сохраняется в течение 220-250 дней в году, высота его невелика.

Немаловажным фактором, влияющим на приземный климат и почвообразовательные процессы, является наличие многолетнемерзлых пород, распространенных повсеместно с мощностью 180-400 м.

Техногенные нарушения оказывают влияние на основные элементы природной среды: 1) рельеф (образование техногенной формы рельефа); 2) на почвенно-растительный покров (уничтожение или изменение, образование вторичных антропогенных ценозов); 3) животных (исчезновение видов, изменение видового состава и численности); 4) грунты (термокарст, солифлюкция, дефляция).

По почвенно-географическому районированию данная территория входит в Западно-Вилюйский район Якутской Восточно-Сибирской таежно-мел-

кодолинной провинции [3]. В зональных таеж- но-долинных ландшафтах плато здесь широко распространены дерново-карбонатные тяжелосуглинистые почвы, развитые на элювии кембрия и ордовика. В интразональных ландшафтах преобладают торфянисто- и торфяно-глеевые почвы. На бескар-бонатном, нередко каменистом или щебнистом элювии осадочных и изверженных пород под пологом лиственничников формируются разновидности мерзлотных таежных почв. Изучение почвенного покрова территории и бассейнов рек Большая Бо-туобуя и Чона, впервые проводилось сотрудниками Якутского института биологии в 1957-1960 гг. в связи с созданием здесь алмазодобывающей промышленности. Почвы описаны в работах Л.Г. Еловской (1958; 1959а), В.Г. Зольникова [1], В.Г. Зольникова с соавторами (1962).

Растительность Вилюйского бассейна относится к Восточно-Сибирской подобласти светлохвойных лесов Евроазиатской лесной области, занимающей часть территории Якутской флористической провинции из лиственницы Гмелина и Каяндера. Суровый и резкоконтинентальный климат обуславливает своеобразие флоры и растительности данного региона.

Первыми исследователями бассейна реки Вилюй являются Р.К. Маак, Траутфеттер. Флора и растительность были исследованы В.П. Дробовым (1916), В.Л. Комаровым (1926), Р.И. Аболиным (1929), С.Н. Недригайловым (1932), Т.Ф. Галактионовой и др. (1958), М.Н. Караваевым (1958), А.И. Уткиным (1958), С.С. Черемхиным (1961), И.Д. Кильдюшевским (1964), И.П. Щербаковым (1975, 1992). В бассейне р. Далдын работали В.Б. Сочава, Н.Л. Загребина, А.Н. Лукичева (1963). А.Н. Луки-чевой впервые была составлена флористическая классификация растительности и на ее основе -карта бассейна р. Марха с охватом р. Киенг-Юрях [4]. Она связала распределение растительности в зависимости с литологическим составом горных пород. В последние годы с целью оценки современного состояния природной среды региона выполнен новый цикл работ по растительности [5, 6, 7]. Институтом прикладной экологии Севера выпущена серия книг «Экология р. Вилюй» в 1993, 1994, 1996 годах.

Горнодобывающая промышленность в Якутии развивается на месторождениях золота, алмазов, угля и других полезных ископаемых. Разработка месторождений ведется открытым способом с частичным или полным снятием почвеннорастительного слоя, это негативно отражается на состоянии окружающей природной среды. Нарушенные техникой земли представлены отвалами пустых пород, хвостохранилищами и другими формами техногенного рельефа, лишенными растительности, т.к. суровые природные условия и многолетняя мерзлота препятствуют быстрому их зарастанию растительностью. В этой связи необходимо проводить биологическую рекультивацию.

Проведение рекультивационных работ в Якутии затруднено следующими обстоятельствами:

• -    природный почвенный покров не обеспечивает достаточным количеством плодородного слоя для отсыпки техногенной поверхности, требуемой по ГОСТу;

• -    самозарастанию растений мешают суровые климатические условия региона (длительная и холодная зима, короткое, но жаркое лето, малое количество осадков, сильные ветры на отвалах, также лишенные питательными веществами породы);

Основой для рекультивационных работ являются знание техногенной поверхности, грунтов, а также зарастание растительности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования флоры и растительности нарушенных земель на месторождениях алмазов в Мирнинском районе (Западная Якутия) проводятся с 1988 года. Алмазы в Якутии добываются двумя способами – открытым карьерным и подземным. Основными объектами исследований являются отвалы алмазных карьеров и хвостохранилища.

Описания растительности выполнялись по общепринятым методикам полевых исследований. Учет проективного покрытия при геоботаническом описании проводился по 5-балльной шкале: 1 - до 5 %; 2 - 6-15 %; 3 - 16-25 %; 4 - 26-50 %; 5 более 50 %. Классификация растительности выполнена по принципам Браун-Бланке [8-12].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Таксономический анализ флоры исследуемого района отражает зональные флористические особенности, а именно, его бореальный таёжный характер.

Суровый и резко континентальный климат обусловливает своеобразие флоры данного региона. Ее основу составляют бореальные виды, но значительную роль играют и арктоальпийские и степные виды. По данным литературы [13] и с учетом наших исследований флора Вилюйского бассейна включает 882 вида, из них 622 вида цветковых растений, 189 высших споровых и 64 низших растений.

Естественная растительность района исследования представлена, в основном, среднетаежными лесами из лиственницы даурской, возможна примесь угнетенной ели (до 20 %) и березы. Лиственничные леса меняются в зависимости от влажности от сравнительно сухих (лишайниково-толокнянковых) до заболоченных моховых (сфагновых) с наибольшим распространением брусничных и багульниково-голубично-моховых типов. Сосновые и еловые леса встречаются небольшими участками в долинах рек. На песчано-глинистых породах и траппах преобладают заболоченные леса, нередко они переходят в редины с ерником, болотами, осоково-вейниковыми кочкарниками. Лучшие и наиболее богатые видами леса занимают береговые отвалы и дренированные склоны долин.

На промышленных участках при разрушении почвенно-растительного покрова искажается мезо-и микрорельеф, изменяется режим снеготаяния и снегоотложения, что приводит к резкому изменению мерзлотных и гидрологических условий.

Флора техногенных отвалов Западной Якутии включает 25 семейств, 56 родов и 72 вида цветковых растений, что составляет 11 % от общей флоры Вилюйского бассейна.

На отвалах карьера «Мир» ведущая роль принадлежит семействам Asteraceae (Artemisia, Crepis, Tanacetum, Chamomilla), Poaceae (Elytrigia, Agrostis, Hordeum, Calamagrostis, Puccinellia), Cyperaceae (Carex), Brassicaceae (Arabis, Descurainia), включающим более 50 % флоры. Доминирование семейств Poaceae и Cyperaceae показывает бореальную направленность растительности.

Эколого-флористическая классификация техногенной растительности выделены 5 классов, включающих 4 порядка, 4 союза, 6 ассоциаций, 9 субассоциаций, 26 вариантов, а также 6 базальных и 8 дериватных сообществ [6].

Самыми распространенными сообществами являются сообщества Класса Puccinellio-Hordeetea jubati Mirk. in Gogl. et al. 1987. Д.в.: Hordeum juba-tum, Puccinellia hauptiana. Сообщества класса были описаны исследователями по бассейнам рек Яна [14, 15], Колыма [16], Вилюй [7]. Их ареал предположительно охватывает лесотундровую, лесную и лесостепную зоны Восточной Сибири и Северо-Востока Азиатской части России. Как отмечают П. А. Гоголева и другие (1987) в Якутии площадь, занятая сообществами данного класса возрастает по градиенту юг - север.

На техногенных ландшафтах исследованной территории сообщества класса в зависимости от экологических условий и степени антропогенного (техногенного) воздействия представлены 2 союзами (Puccinellio-Hordeion jubati и Beckmannio-Hordeion jubati) и 4 ассоциациями (Chamerio-Hordeetum jubati, Chamomillo-Hordeetum, Puccinel-lio hauptianae-Hordeetum jubati , Beckmannio-Hordeetum jubati) подразделенными на варианты. В таблице 1 представлена Синоптическая таблица ассоциаций Chamerio-Hordeetum и Chamomillo-Hordeetum класса Puccinellio-Hordeetea jubati.

Эколого-флористическая классификация показала начальные и средние стадии сукцессии растительности на отвалах карьера «Мир». Динамика изменения флористического состава фитоценоза вдоль пространственных и экологических градиентов основывается на выделенные сообщества, которые образуют целую систему восстановительной сукцессии.

Таблица 1. Синоптическая таблица ассоциаций Chamerio-Hordeetum и Chamomillo-Hordeetum класса Puccinel-lio-Hordeetea jubati

Номера синтаксонов	6	7	8	9	10	11	12
Регион	З	ЗВП	ЗВП	ЗВД	ЗВД	ЗВД	ЗНД
Возраст (годы)	>10	>5	>15	>15	>15	>10	>10
Число описаний	5	5	5	5	5	5	10
Д.в. класса, порядка, союза Puccinellia hauptiana Hordeum jubatum Д.в. ассоциации Chamerion angustifolium Chamomilla suaveolens Д.в. вариантов Chenopodium album Arabis pendula Artemisia mongolica Astragalus danicus Poa angustifolia Crepis tectorom Carduus crispus Alopecurus arundinaceus Plantago major Triglochin palustris Д.в. класса Artemisietea Taraxacum ceratophorum Elytrigia repens Elymus kronokensis Tanacetum vulgare Д.в. класса Molinio-Arrhenathe Vicia cracca Прочие виды Salix viminalis Rumex maritimus	V.1-1     V.1-1     V.1-1     V.2-3     V.3-3     V.2-3     V.3-3 V.1-1     V.1-2     V.1-1     V.1-2     V.1-1     V.1-1     V.1-2 V.1-2     V.1-1      V.1-1      V.1-1                 I V.2-2     V.2-3     V.2-3     V.2-2 V.1-3 V.1-1       II           II V.1-1 IV .1-1 IV .1-1 V .1-1       V.2-2      III.-1 I     I III.-1                    V.1-1 II           III.-1       IV.1-1      V.1-3 I              III.-1         III.-1 II                      V.2-2 III.-1                        III.-1                           II I            III.-1                        IV.1-1      I III.-1         III.-1           I II           IV.1-1.       III.-1 retea III.-1         II                III.-1       II II                            I              III.-1         I I                                                             III.-1

Примечание: синтаксоны 6 - Chamerio-Hordeetum; 7 - Chamerio-Hordeetum var. Chenopodium album; 8 - Chamerio-Hordeetum var. Artemisia mongolica; 9 - Chamerio-Hordeetum var.Chamomilla suaveolens; 10 - Chamomillo-Hordeetum; 11 - Chamomillo-Hordeetum var. Carduus crispus; 12 - Chamomillo-Hordeetum var. Triglochin palustris.

Рис 1 . Отвал №6 до рекультивации

Рис. 2. Отвал после проведения биологической рекультивации

Медленное самозарастание растительности на нарушенных ландшафтах ставит проблему проведения рекультивационных работ. Отечественная и зарубежная практика рекультивации земель свидетельствует о широком повторном использовании породных отвалов в народном хозяйстве, поэтому внешние и внутренние отвалы, хвосто-хранилища и гидроотвалы являются основными объектами рекультивационных работ на карьерах. Отвалы с неблагоприятными свойствами пород требуют специальных методов рекультивации или предварительных работ по мелиорации [17].

В Якутии рекультивационные работы находятся на начальной стадии опытных исследований [18-24]. Решением данной проблемы является выбор оптимальных для условий Якутии способов биологической рекультивации. Проведенные опыты по биологической рекультивации на отвале №6 карьера «Мир» показывает об их положительных результатах (рис.1,2).