Оценка восстановительных способностей трансформированных горнодобывающим производством геосистем

Коренные преобразования природных ландшафтов происходят при добыче полезных ископаемых открытым способом. Данный вид техногенного воздействия приводит к нарушению вертикальных и горизонтальных связей в ландшафте, в результате возникают разного рода нарушения структуры и функций не только геосистемы, подвергающейся непосредственному воздействию, но и систем, более или менее отдаленных от нее.

С момента прекращения добычи полезного ископаемого начинается саморазвитие карьерно-отвальной геосистемы, отличающейся высокой сукцессионной динамикой. Направление этой динамики определяется природными условиями (состав пород, пространственно временной фактор) и особенностью функционирования предшествующей геогорнотехниче-ской системы. То есть все карьерно-отвальные геосистемы в своем развитии подчиняются природным закономерностям. Поэтому важным моментом определения восстановительной способности геосистемы является выявление её естественной основы. Жизнь и развитие горнопромышленного ландшафта неотделимы от окружающих его естественных комплексов , с которыми он находится в тесной взаимосвязи. Взаимодействие между природными геосистемами и геотехногенными структурами выражается в виде непрерывного обмена между ними веществом и энергией.

Несмотря на значительное преобразование важнейших компонентов ландшафта (геологический фундамент, рельеф, биотический комплекс) в результате добычи каменного угля, на Тугнуйском угольном разрезе не происходит полного уничтожения таких постоянных компонентов геосистемы, как климатические показатели, сохраняются в целом особенности литогенной основы. Оценивая восстановительные способности нарушенных горными разработками геосистем исследуемой территории, мы основывались на следующих критериях: - характер почвообразующих пород,

• -    разнообразие природных комплексов, - коэффициент аридности,

• -    микроклиматические условия котловины.

Наши исследования показали, что поверхность восстанавливаемых территорий сложена породами пригодными для рекультивации. Оценивая техногенный элювий Тугнуйского угольного разреза по четырехгрупповой классификации вскрышных пород каменноугольных месторождений (Экология..., 1992) по степени плодородия и пригодности для выращивания культурных растений при биологической рекультивации, мы сделали вывод, что породы исследуемой территории относятся ко второй и третьей группам . Эти группы соответственно представлены потенциально-плодородными, пригодными для биологической рекультивации, но бедными азотом породами (43-50 баллов) и малопригодными, пригодными для биологической рекультивации после улучшения (16-40 баллов). Следует отметить, что восстанавливаемых площадей сложенных исключительно породами одной группы практически нет, и это повышает вероятность восстановления. К тому же при добыче угля на разрезе производят размещение скальных пород в основание отвалов и перекрывают их потенциальноплодородными породами. Дальнейшие рекультивационные мероприятия предполагают покрытие их плодородным слоем почвы. Все это дает основание в целом говорить о хорошей восстановительной возможности нарушенных территорий. Данные выводы подтверждаются и нашими исследованиями по изучению процесса самовосстановления внешних отвалов Туг-нуйского угольного разреза.

Для сравнения, отвалы Холбольджинского угольного разреза сложены в основном песчаниками, которые относятся к третьей группе плодородия (16-18 баллов) и являются малопригодными для произрастания растений, это снижает восстановительные способности геосистем. На данных отвалах преобладают процессы деградации и выветривания , которые и определяют их безжизненность.

Исследуемая территория Тугнуйского угольного разреза характеризуется значительным разнообразием биотических комплексов. Так количество групп фаций в окружении разреза в пределах котловины составляет 9, относящихся к степным и горно-таежным типам. Восточная часть Тугнуйской котловины находится в лесостепной зоне, которая является переходной между Южно-Сибирскими лесными и Северо-Монгольскими степными ландшафтами. Эко-тонное положение территории определяет ее ландшафтное и биологическое разнообразие.

Проводя исследования, мы сравнивали процесс самовосстановления территорий после угледобычи на Тугнуйском и Холбольджинском угольных разрезах. Несмотря на то, что возраст заброшенных отвалов Холбольджинского разреза на десятки лет превышает возраст отвалов Тугнуйского, процесс самозарастания на них практически не происходит. Причина этого заключается в незначительном разнообразии биотических комплексов в окружении разреза, а также незначительным видовым разнообразием самих комплексов. Это объясняется тем, что группы фаций Гусиноозерской котловины, представленные теми же типами, как и в Туг-нуйской котловине, имеют меньшее количество групп фаций. На территориях, прилегающих к разрезу в пределах Гусиноозерской впадины, групп фаций - только 5. Таким образом, чем значительнее разнообразие растительных комплексов, тем вероятнее возможность нахождения в нем видов с широким диапазоном толерантности к большинству экологических факторов, видов растений, которые могут поселиться и произрастать на восстанавливаемых участках.

Оценивая восстановительные способности нарушенных горными разработками геосистем, мы обратились к индексу аридности, поскольку характер распределения растительности зависит от двух наиболее важных факторов - температуры и количества осадков.

Индекс аридности (засушливости) вычисляется по следующей формуле

P

i = -----------

T + 10

где Р – годовое количество осадков в см, а Т – среднегодовая температура в градусах Цельсия.

Сравнивая показатели аридности Тугнуйской и Гусиноозерской котловин, мы пришли к следующему:

Тугнуйская котловина (Хараузское понижение) – Р = 35 см, Т = - 2,9єС, i=—35— = 4,9

- 2,9 + 10

Гусиноозерская котловина – Р = 23 см, Т = - 1,3єС,

i =

- 1,3 + 10

= 2,6

Чем ниже индекс аридности, тем суше климат, а чем засушливее климат, тем меньше видовое разнообразие. При засушливом климате складываются неблагоприятные экологические условия для произрастания растительности. Также необходимо отметить, что рудеральная растительность в своем большинстве относится к мезофильным видам. Следовательно, снижается вероятность восстановления территорий. Так на Тугнуйском угольном разрезе отработанные территории за несколько лет покрываются растительностью, а на Холбольджин-ском угольном разрезе участки представляют собой промышленные пустоши. Для ландшафтов, подвергнутых открытой добыче полезных ископаемых, свойственно нарушение всех основных компонентов, а засушливый климат является одним из факторов, снижающих восстановительные способности геосистем.

Горно-котловинный рельеф местности определяет распределение микроклиматических показателей. Проведенный анализ выявил достоверные различия микроклимата в Тугнуйской и Гусиноозерской котловинах. Так средняя высота днища Тугнуйской котловины (Хараузское понижение) - 800 м, Гусиноозерской - 600 м. Среднегодовое количество осадков 350 и 230 мм, толщина снежного покрова – 15 – 20 см и 3 –4 см, среднегодовая температура – 2,9є С и – 1,3є С, скорость ветра максимальная 3 – 3,1 м/с и 20 м/с соответственно (табл. 1).

Таблица 1

Сравнительные микроклиматические характеристики Тугнуйской и Гусиноозерской котловин

Показатели	Тугнуйская котловина (Хараузское понижение)	Гусиноозерская котловина
Средняя абсолютная высота днища, м	800	600
Среднегодовая температура, є С	- 2,9	- 1,3
Среднегодовое количество осадков, мм	350	230
Толщина снежного покрова, см	15 - 20	3 – 4
Индекс аридности	4,9	2,6

Несмотря на более низкую среднегодовую температуру в Тугнуйской котловине, там складываются более благоприятные условия по показателям влажности, высоте снежного покрова и максимальной скорости ветра. Более глубокий снежный покров, который к тому же меньше выдувается, предохраняет растения от зимнего вымерзания и способствует большему насыщению влагой почв в весенний период.

Таким образом, микроклиматические условия Тугнуйской котловины являются более благоприятными для восстановления нарушенных горными разработками геосистем. Итак, при всем своеобразии морфологического строения, химических, физических и других свойств нарушенные земли выполняют определенные экологические и геохимические функции, которые по мере усложнения биотических и абиотических процессов постепенно приобретают характеристики нормально функционирующих территорий. Их дальнейшее развитие определяется действием естественных процессов, темпы и направления развития которых будут зависеть от характера литогенной основы и биоклиматических условий региона.

Все перечисленное позволяет нам говорить о высокой степени восстановительных способностей нарушенных геосистем района разработки Тугнуйского угольного разреза в результате обоснованных и последовательных рекультивационных мероприятий и процесса самовосстановления.