К вопросу об устойчивости природных комплексов зоны освоения Эльгинского каменноугольного месторождения

Среди факторов хозяйственной деятельности, формирующих интенсивный техногенный пресс на природную среду Севера, особое место отводится топливно-энергетическому комплексу. В настоящее время на территории Республики Саха (Якутии) развивается крупный горнодобывающий Эльгинский угольный комплекс, который формируется на ресурсной базе крупнейшего в России Эльгинского месторождения коксующихся углей [1]. Добыча угля на месторождении начата в 2011 г. За период 2013-2015 г.г. объем производства на ЭУК существенно вырос [2, 3]. Наряду с несомненным социально-экономическим значением комплекса, недостаточная научная обеспеченность и изученность его взаимодействия с легкоранимыми северными ландшафтами могут вылиться в серьезную экологическую проблему с негативными последствиями природного и социального характера. Для снижения негативного влияния хозяйственной деятельности целесообразно применение ландшафтного подхода, обеспечивающего решение различных экологических проблем, в том числе оценки устойчивости, в соответствии с закономерностями строения и изменения ландшафтов под воздействием техногенных факторов.

Цель работы: попытка оценить степень устойчивости ландшафтов зоны освоения Эльгинского каменноугольного месторождения.

Объектом исследования выбрана зона техногенного влияния Эльгинского угольного комплекса и железнодорожного пути «Улак-Эльга» на природные комплексы в Нерюнгринском районе Республики Саха (Якутии), ограниченной с юга и востока административными границами Республики с Амурской областью и Хабаровским краем, на севере – широтой 56° и долготой 129° 20´ (рис. 1).

Предметом исследования явилась устойчивость ландшафтов территории исследования.

Методика исследования. Методически мы исходили из анализа двух дополняющих друг друга методик – покомпонентного влияния ведущих мерзлотных характеристик на снижение устойчивости

ландшафта [5] и оценки устойчивости ландшафтноэкологических комплексов к техногенным воздействиям [6]. Ранее по этим методикам была выполнена подобная работа для ландшафтов Якутии к техногенным воздействиям [7]. Существуют различные определения устойчивости ландшафтов, одним из которых понимается способность ландшафта активно сохранять свою структуру и характер при изменяющихся условиях среды [8]. За последние десятилетия появилось много исследований как по оценке устойчивости различных регионов, ландшафтных комплексов и их компонентов [9-12 и др.], так и по определению критериев устойчивости, в том числе и в области криолитозоны [13-15 и др.]. В их числе имеются работы якутских мерзлотоведов [16-18 и др.].

Экспериментальная часть. Оценка степени устойчивости ландшафтных комплексов Эльгинского угольного комплекса была произведена для 8-ми ландшафтных районов, выделенных в пределах Тим-птоно-Учурской среднегорной провинции физикогеографической страны Горы Южной Сибири: горнопривершинный на приводораздельных выровненных участках горных хребтов, занятые горными пустынями эпифитно-лишайниковыми (I-1); горно-привершинный с подгольцовыми кустарниковыми зарослями кедрового стланика на тундровых подбурах (I-2); плоскогорно-привершинный с горными лиственничными редколесьями кустарничково-зелено-мошно-лишайниковыми на прерывистых многолетнемерзлых пород (ммп) (II-4); горно-склоновый на крутых склонах с горными пустынями эпифитно-лишайниковыми каменистыми (III-1); горно-склоновый с подгольцовыми с разреженными кустарниковыми зарослями кедрового стланика на подбурах тундровых (III-2); горносклоновый с лиственничными редколесьями кустарничково-лишайниковыми на подбурах таеж-ных сплошных ммп (III-3); горно-склоно-вый с горными редколесьями кустарничково-зеленомошно-лишайниковыми на горных подзолистых почвах прерывистых ммп (III-4); горно-долинный с лиственничными рединами и редколесьями кустарничково-сфагновыми с пушицей и ерниками на пойменных торфянистоболотных и дерново-лесных почвах сплошных ммп с подрусловыми таликами (IV-4) [19].

Рис. 1. Территория экологического воздействия объектов Эльгинского угольного комплекса и ж/д пути «Улак-Эльга» [4]: 1 – разрез, отвалы и промплощадка Эльгинского горно-обогатительного комплекса; 2 – лицензионный участок недропользования; 3 – ж/д путь «Улак-Эльга»; 4 – ресурсный резерват республиканского значения «Большое Токо»

В связи с тем, что в северных регионах ведущим ландшафтообразующим фактором является криогенез, восстановление или стабилизация природных комплексов полностью определяются свойствами ммп. Поэтому устойчивость мерзлотных ландшафтов зависит от многих факторов и, в первую очередь, от льди-стости поверхностных отложений – основной причины ранимости и уязвимости северных ландшафтов. Также устойчивость зависит от изменчивости температуры мерзлых пород, мощности сезонно-талого и сезонномерзлого слоев (стс и смс) и рыхлых отложений, т.е. литогенных факторов. Иными словами, оценка устойчивости мерзлотных ландшафтов основывается на потенциальной возможности развития криогенных деформаций грунта при нарушении почвы или удалении растительного покрова [20]. Средняя годовая температура многолетнемерзлых пород связана с устойчивостью прямо пропорционально, а связь мощности рыхлых отложений – обратно пропорциональна [17]. Для оценки устойчивости имеет значение и характер распространения многолетнемерзлых пород – сплошной, прерывистый, островной.

Известно, что экосистемы Севера, где лимитирующим фактором выступает тепло, а многие биологические процессы замедлены и характеризуются низкой восстановительной способностью и ранимостью [12]. В связи с этим устойчивость мерзлотных ландшафтов зависит также от климатических, гидрологических и биологических факторов – показателей тепло- и влаго-обеспеченности, зависящих от радиационного и водного балансов и биологической продуктивности.

Таким образом, при оценке устойчивости северных ландшафтов нами приняты их мерзлотные и биогидроклиматические характеристики, определяющие условия их формирования: среднемноголетняя температура мерзлых пород на подошве слоя годовых колебаний (0°С), льдистость поверхностных отложений (%), мощность сезонно-мерзлого и сезонно-талого слоев (м), характер распространения многолетней мерзлоты, а также биологическая продуктивность (ц/га), запасы фитомассы (ц/га), условия теплообеспеченности, выраженные суммой среднесуточных температур выше 100°С и условия увлажнения, выраженные значениями радиационного индекса сухости (ккал. см2/год). Значения принятых показателей по выбранным ландшафтным выделам исследуемой территории приведены в табл. 1. При этом численные характеристики мерзлотных условий получены, исходя из [19 и 20]. Биогидро-климатические данные – на основе [21], а также использованы данные, приведенные в [22-25].

Как отмечалось выше, устойчивость мерзлотных ландшафтов в первую очередь зависит от льдисто-сти поверхностных отложений и температуры мерзлых пород. Именно они определяют характер большинства составляющих ландшафта (растительности, глубины сезонного протаивания-промерзания, криогенных процессов на поверхности). В то же время они сами зависят от другого ряда факторов – климата, рельефа, характера грунтов. Льдистость поверхностных отложений (супесей, песков, торфа, щебня и т.д.) является основной причиной ранимости и уязвимости северных ландшафтов и выражается в процентах от суммарного объема льда всего комплекса отложений в данном ландшафте. Изменчивость температуры горных пород, зависящая, в первую очередь, от условий их теплообмена с атмосферой, мощности снежного покрова, состава и свойств грунтов, выражается показателями наинизшей температуры грунта на подошве слоя нулевых годовых колебаний [16].

Для оценки показателей, характеризующих устойчивость природных комплексов исследуемого региона, был использован метод их ранжирования в сочетании с присвоением каждому выделу экспертных баллов – оценки [5]. Выделенные природные компоненты, взаимодействуя между собой, могут либо усиливать совместное влияние, либо тормозить друг друга, что должно отразиться в сумме баллов, которая является суммарной реакцией на техногенное воздействие. Выделены 4 градации по степени влияния определенного фактора на снижение устойчивости ландшафта:

не влияет – 1 балл; слабо влияет – 2; заметно влияет – 3; нарушает – 4 балла. Интегральное влияние всех составляющих оценивалось суммой баллов. Чем больше суммарный балл, тем менее устойчивым следует считать данный природный комплекс (табл. 2).

Использование баллов позволило дать оценку устойчивости группам ландшафтных провинций территории Якутии (табл. 3). При этом принята следующая шкала ранжирования: относительно устойчивые – 15-16 баллов; относительно неустойчивые 17-18 баллов; неустойчивые – 20 баллов и более.

Таблица 1. Мерзлотные и биогидроклиматические показатели ландшафтов зоны освоения Эльгинского каменноугольного месторождения

s s у S О XO О	cis Д' Л о s о a	g О S ■e	s c CD XO о H &	1=1 s	S Л ЕГ	cis X о ° g- О   о c« g. S R Я o> § H ” R s я R g о H С X ^	д хо о о к	cis О с cis £ s cis S X К
I-1	минимально- и низкопродуктивные, 20-40	<50	умереннохолодные, 800-1000	влажные, 0,5-1,0	0,3-0,6	–9,0 –14,0	25-45	сплошной
I-2	повышеннопродуктивные, 60-80	330-720	умереннотеплые, 1200-1400	умеренновлажные, 1,0-1,5	1,0-2,5	–6,0 –9,0	25-45	сплошной
II-4	повышеннопродуктивные, 60-80	ок. 1000	умереннотеплые, 1400-1600	умеренновлажные, 1,0-1,5	1,5-3,5 (2,0-5,0)	0 –3,0 (02,0)	25-45	прерывистый
III-1	минимально- и низкопродуктивные, 20-40	<50	умереннохолодные, 800-1000	влажные, 0,5-1,0	0,2-1,2	–9,0 –14,0	25-45	сплошной
III-2	повышеннопродуктивные, 60-80	330-720	умереннотеплые, 1200-1400	умеренновлажные, 1,0-1,5	0,3-2,5	–3,0 –9,0	25-45	сплошной
III-3	повышеннопродуктивные, 60-80	ок. 1000	умереннотеплые, 1200-1400	умеренновлажные, 1,0-1,5	0,3-3,2	–2,0 –9,0	30-70	сплошной
III-4	повышеннопродуктивные, 60-80	ок. 1000	умереннотеплые, 1400-1600	умеренновлажные, 1,0-1,5	1,0-4,0 (1,0-4,0)	0 –4,0 (0 – 2,0)	25-45	прерывистый
IV-4	повышеннопродуктивные, 60-80	ок. 1600	умереннотеплые, 1200-1400	умеренновлажные, 1,0-1,5	0,2-2,0	–1,0 –7,5	25-45	сплошной с подрусловыми таликами

Таблица 2. Оценка влияния природных факторов на снижение устойчивости ландшафтов зоны освоения Эльгинского каменноугольного месторождения

Природные факторы	Оценка устойчивости в баллах
	1 балл (устойчивые)	2 балла (относительно устойчивые)	3 балла (относительно неустойчивые)	4 балла (неустойчивые)
продуктивность, ц/га	повышеннопродуктивные, 60-80	средне-продуктивные, 40-60	низко-продуктивные, 20-40	минимальнопродуктивные, менее 20
запасы фитомассы, ц/га	2000-3000	1200-2000	400-1200	менее 400
теплообеспеченность, град.	теплые, более 1600	умереннотеплые, 12001400; 1400-1600	умереннохолодные, 800 1000; 1000-1200	очень холодные, холодные, менее 600; 600-800
индекс сухости	влажные, 0,5 – 1,0	умеренновлажные, 1,01,5	недостаточновлажные, 1,52,0; сухие, 2,02,5	избыточно влажные, менее 0,5
мощность СТС (СМС), м	более 2,0	1,4-2,0	0,8-1,4	0,2-0,8
температура пород, град	- 5 и ниже	-5…-2	-2…-1	-1…+1
объемная льдистость пород, %	до 10	10-20	20-40	40 и более
характер распространения мерзлоты	сплошной	сплошной с подрусловыми таликами	прерывистый	островной

Таблица 3. Оценка степени устойчивости ландшафтов в зоне освоения Эльгинского каменноугольного месторождения

g о g с	га~ о га S § га о. ~Ь К Я	га 8 о S ■е 8 К со ^	4 я ХО Р о ° га н С и Н к	g у ч я S	о о га И oS S й	о с 03 Л	S 4 га 4 ^ о 05 О К с § н ХО О О и	6 6 5 L 05 ЕЯ S « д Хин	га о ч ХО 05 S 8 о
I-1	3	4	3	1	4	1	3	1	20
I-2	1	3	2	2	2	1	3	1	15
II-4	1	3	2	2	1	3	3	3	18
III-1	3	4	3	1	4	1	3	1	20
III-2	1	3	2	2	3	1	3	1	16
III-3	1	3	2	2	2	1	4	1	16
III-4	1	3	2	2	1	3	3	3	18
IV-4	1	2	2	2	3	2	3	2	17

Обобщение и разъяснение полученных данных. В результате проведенной работы составлена карта оценки степени устойчивости природных комплексов к техногенным воздействиям в масштабе 1:1000000 (рис. 2). Выявлено, что горно-привершинные подгольцовые и горносклоновые подгольцовые и горноредколесные ландшафты обладают относительной устойчивостью в связи с низкой температурой горных пород, сплошным распространением ммп, а также повышенной продуктивностью и умеренно-теплыми и умеренно-влажными условиями. Ландшафты плоскогорно-привершинных и горносклоновых редколесий, а также горных долин, поросшие горной тайгой, характеризуются относительной неустойчивостью. Последняя обусловлена повышенной объемной льди-стостью и температурой горных пород, а также прерывистым и сплошным с подрусловыми таликами характером распространения ммп. Пониженные запасы фитомассы и умеренные условия обеспеченности теплом и влагой также способствуют относительной неустойчивости этих ландшафтов в целом. Горнопривершинные и горно-склоновые ландшафты горных пустынь определены как неустойчивые в связи с малой мощностью глубины сезонного промерзания горных пород, минимальной продуктивностью и относительно низкими запасами фитомассы.

Рис. 2. Картосхема устойчивости ландшафтов зоны освоения Эльгинского каменноугольного месторождения: I-1 – IV-4 - типы местности (см. табл.1); степень устойчивости в баллах: 15-16 – относительно устойчивые, 17-18 – относительно неустойчивые, 20 и более – неустойчивые

Выводы и рекомендации. Определено, что принятые ландшафтообразующие факторы, подчиняющиеся высотно-поясной дифференциации, определяют устойчивость природных комплексов. Природные комплексы исследуемой зоны освоения Эльгин-ского угольного комплекса в целом характеризуются относительно низкой степенью устойчивости к техногенным воздействиям. Для разработки критериев природоохранной оценки и обоснования мероприятий по снижению экологических последствий техногенного воздействия необходимы дальнейшие исследования по проблеме устойчивости северных ландшафтов. Дальнейшее исследование поможет выработать сбалансированную экологическую стратегию, разрабатываемую предприятием-недропользователем.