Почвенный и растительный покров территории Усинского угольного месторождения (Большеземельская тундра)

Тундровые и лесотундровые сообщества северо-востока европейской части России испытывают антропогенный пресс, связанный с добычей угля и углеводородов. Перед освоением необходимо комплексное обследование фоновых участков для определения ценности изымаемой для хозяйственного использования территории, оценки масштабов нарушений почвенно-растительного покрова и разработки программы экологического мониторинга экосистем в условиях промышленного освоения.

Территория лицензионного участка шахтного поля Усинского угольного месторождения расположена на севере европейской части России в подзо- нах южной тундры и северной лесотундры, административно приурочена к границам Воркутинского района Республики Коми. Район работ относится к циркумполярной тундровой области, европейско-западно-сибирской провинции и восточно-европейской подпровинции, где зональными типами растительности выступают южные крупноерниковые тундры, южнее граничащие с предтундровыми редколесьями в сочетании с южными тундрами [1]. Положение территории интересно с точки зрения его расположения в экотонной полосе перехода от северной лесотундры к южным тундрам.

Цель данного исследования – оценка современного состояния почвенно-растительного покрова территории, планируемой к освоению участка шахтного поля Усинского угольного месторождения. Участок находится в 45 км к юго-западу от Воркутинского месторождения, отнесен к перспективным для разведки высококачественного коксующегося угля. В задачи входило: получить сведения о почвах, растительности, продуктивности сообществ, дать оценку текущего состояния экосистем до начала реализации проекта по освоению угольных запасов месторождения.

Материалы и методы

Экспедиционные работы проведены в июле 2012 г. на участке шахтного поля №3 Усинского угольного месторождения (далее – территория изыскания) 67˚07' с.ш. 63˚17' в.д., который находится на северо-востоке европейской части России в пределах Воркутинского климатического района Республики Коми [2], расположена на территории МО ГО «Воркута» (далее – Воркутинский район). Общая ее площадь составляет 97,3 км2.

Полевые исследования проведены с использованием методов закладки пробных площадей и маршрутных наблюдений общепринятыми методами геоботаники и почвоведения. Для детальной геоботанической характеристики растительных сообществ, оценки их флористического состава и биологической продуктивности, а также изучения морфологического строения почв и их физикохимических свойств выбраны наиболее типичные для территории лицензионного участка изыскания ландшафты с преобладающими типами растительных сообществ [3]. В совокупности выделено 11 ключевых участков для закладки полнопрофильных почвенных разрезов с целью характеристики морфологических и физико-химических свойств основных типов почв, описания растительности и отбора растительных проб для оценки хозяйственной значимости основных типов растительных сообществ.

Количественный химический анализ почв выполнен в Экоаналитической лаборатории Института биологии Коми НЦ УрО РАН, аккредитованной в Системе аккредитации аналитических лабораторий (центров) Росстандарта России (аттестат РОСС RU.0001.511257 от 16 апреля 2009 г.).

Карто-схемы почвенного и растительного покрова масштаба 1:50 000 территории изыскания составлены на основе имеющихся картографических, фондовых опубликованных материалов [4–7 и др.] и результатов полевого обследования территории изыскания (рис. 1 и 2). Основной метод составления почвенной карты – полевое дешифрирование космических снимков Landsat, достаточного для данной работы разрешения (30 м) и QuickBird (Google Earth). Дополнительно использованы и топографические карты М 1:100 000, карты ландшафтов и четвертичных отложений и почв [8].

Результаты исследований

Характеристика почвенного покрова

Район исследований приурочен к юго-западной части Большеземельской тундры, где почвообразующими породами являются преимущественно четвертичные отложения. По площади доминируют отложения последнего покровного оледенения, сопоставляемого с Зырянским в Западной Сибири. Ледниковые отложения представлены в основном валунными моренными суглинками, а также песками и супесями водно-ледникового происхождения [9], обломочный материал в морене – преимущественно породами восточного склона Полярного Урала – песчаниками, сланцами, известняками. На территории преобладает аккумулятивный ледниковый рельеф, морфологически представляющий собой пологохолмистую равнину с абсолютными отметками поверхности около 200 м. В долинах рек ярко выражены поймы и первые надпойменные террасы.

Территория изыскания находится в мульде, окруженной с запада, севера и востока пологими хол-мами-мусюрами, с юга ограничена долиной р. Уса. Территория изыскания приурочена к зоне преимущественно сплошного развития несливающейся многолетней мерзлоты [10–11]. В южной части района исследований распространена мерзлота, залегающая глубже 2 м от поверхности почвы, не сливающаяся со слоем сезонного промерзания и не оказывающая сильного влияния на почвообразование. В остальном на равнине глубины сезонного протаивания в торфяных почвах не превышают 1 м, а в минеральных меняются в пределах 70–300 см [10–11].

Территория изыскания может быть разделена на три района, существенно различающихся по площади и характеру почвенного покрова:

Северный участок расположен к северу от р.Лёк-Воркута, сложен преимущественно водно-ледниковыми песками и супесями [8]. Почвенный покров на кромках увалов представлен реликтовыми подзолами иллювиально-железистыми, на склонах мусюров распространены мелкобугорковатые комплексы тундровых иллювиально-гумусовых оподзо-ленных и тундровых иллювиально-гумусовых опод-золенных сухоторфянистых почв. На плакорах распространены термокарстовые комплексы плоскобугристых торфяников: на буграх представлены тундровые остаточно-торфяные почвы, в мочажинах – болотные верховые торфяные почвы.

Основная часть исследуемой территории, ограниченная с севера р. Лёк-Воркута и с юга – долиной р. Уса, сложена премущественно ледниковыми отложениями, представленными в основном валунными моренными суглинками, иногда перекрытыми тонким слоем покровных супесей или легких суглинков. Почвенный покров плакоров образован тундровыми поверхностно-глеевыми, в том числе оподзоленными, почвами с небольшим участием тундровых (профильно-) глеевых почв (последние встречаются в основном в гидроморфных условиях в ложбинах стока). На термокарстовых плато распространены бугристые болотные комплексы.

Южная часть представляет собой придо-линную часть р. Уса. Здесь также выражен холмисто-грядовый моренный рельеф, гряды покрыты пылеватыми супесями и легкими суглинками, подстилаемыми мореной. Под ерниково-мохово-лишай-

Условные обозначения:

Типы почв

J П61 - Торфянисто-подзолисто-глееватые и глеевые

П4иж - Подзолы иллювиально-гумусово-железистые

Бн - Болотные низинные перегнойно-и торфянисто-перегнойно-глеевые

Ад - Пойменные аллювиально дерновые

1 Адг - Пойменные аллювиально дерново-глеевые, аллювиально болотные

Комплексы почв

Тпг- Пятнисто-бугорковатый комплекс: тундровые поверх-ностно-глееватые, почвы пятен и тундровые поверхностно-глееватые сухоторфянистые

| Тиг-Тундровые иллювиально-гумусовые оподзоленные и тундровые иллювиальногумусовые оподзоленные сухоторфянистые ТмотБвм - Плоскобугристый болотный комплекс: тундровые остаточно-торфяные и болотные верховые торфяные (мерзлотные)

Техногенные почвы и почвогрунты:

Ант - Антропогенно преобразованные почвы

Рис. 1. Картосхема почвенного покрова территории исследования – шахтного поля Усинского угольного месторождения.

Таблица 1

Площади почв/почвенных микрокомбинаций на территории лицензионного участка шахтного поля №3 Усинского угольного месторождения никовой растительностью дренированных увалов и под елово-березовыми ягельно-зеленомошными редколесьями преобладают тундровые поверхностно-глеевые оподзоленные почвы с пятнисто-бу-горковатым комплексом с сухоторфянистыми мерзлотными почвами бугорков и почвами пятен, в более гидроморфных условиях – торфянисто-подзо-листо-глееватыми и глеевыми почвами.

Структура почвенного покрова. На основе проведенных исследований составлена почвенная карта для территории изыскания (рис. 1). Площади картографических единиц первого (низшего) порядка на территории Усинского угольного месторождения приведены в табл. 1.

Как видно из таблицы, на обследованной территории преобладают почвы пятнисто-бугорко-ватого комплекса, представленного тундровыми поверхностно-глеевыми (глееватыми) и тундровыми поверхностно-глеевыми (глееватыми) сухоторфянистыми бугорками (33.22% площади почвенного покрова). Второе место по распространенности занимают мелкобугорковатые комплексы: тундровые иллювиально-гумусовые оподзоленные и тундровые иллювиально-гумусовые оподзоленные сухоторфянистые почвы (29.45%), третье по значимости место (9.24%) – плоскобугристые болотные комплексы, включающие как мерзлотные, так и немерзлотные вариации почв мочажин. На долю остальных выделенных почвенных разностей и микрокомбинаций приходится от 0.83 до 8.93% от общей площади почвенного покрова. Техногенно-, антропогенно-нарушенные почвы на территории лицензионного участка приурочены к насыпным сооружениям трасс железных дорог, песчаных карьеров, жилых комплексов и буровых площадок. Площади почв разного гранулометрического состава

приведены в табл. 2. Основную роль в почвенном покрове играют суглинистые разности.

Характеристика растительного покрова. В северной части территории изыскания на пла-корах преобладают кустарничковые и ерниковые тундры. На равнинных участках и в депрессиях рельефа развиты осоковые и плоскобугристые болота, на повышениях – кустарничково-лишайниковые тундры. Древесная растительность здесь встречается только в долинах рек – пойменные древовидные ивняки, островки еловых или смешанных редколесий. Отмечены плоскобугристые болота. Здесь достаточно много хороших проходных оленьих пастбищ. Центральная часть месторождения совпадает с 67˚ с.ш. – Северным Полярным кругом. Именно в этой полосе происходит коренная смена растительности: лесотундровые сообщества севернее ее уходят в долинные комплексы, а на плакоры выходят тундровые ценозы. В южной части рассматриваемой территории наблюдается сочетание ерниковых тундр, плоскобугристых болот и островов еловых, елово-березовых и березовых редколесий, произрастающих и в долинах рек, ручьев и по склонам моренных холмов. Таким образом, даже на такой небольшой территории наблюдается влияние с широтой ее географического расположения на смену растительного покрова [12].

Структура растительного покрова. Согласно картосхеме растительного покрова (рис. 2), на территории месторождения представлено 13 классов разностей земной поверхности, включая водные поверхности, различные растительные сообщества и антропогенно-трансформированные участки с растительностью и без нее. Наибольшие площади занимают ерники кустарничково-разнотравномоховые и кустарничково-лишайниковые тундры.

Почва/почвенная микрокомбинация	Площадь, км2	% к общей площади почв	Индекс
Подзолы иллювиально-гумусово-железистые	8.69	8.93	П4 иж
Торфянисто-подзолисто-глееватые и глеевые	6.51	6.69	Пб 1
Болотные низинные перегнойно- и торфянисто-перегнойно-глеевые	6.16	6.33	Бн
Пятнисто-бугорковатый комплекс: тундровые поверхностно-глееватые, почвы пятен и тундровые поверхностно-глееватые сухоторфянистые, включая тундровые дерново-перегнойно-глеевые почвы	32.31	33.22	Т ПГ
Тундровые иллювиально-гумусовые оподзоленные и тундровые иллювиальногумусовые оподзоленные сухоторфянистые (мелкобугорковатый комплекс)	28.65	29.45	Т ИГ
Плоскобугристый болотный комплекс: тундровые остаточно-торфяные и болотные верховые торфяные (мерзлотные)	8.99	9.24	ТмотБвм
Мелкоконтурные сочетания аллювиальных дерново-глеевых, аллювиальных болотных и аллювиальных дерновых слоистых почв	0.81	0.83	А дг
Антропогенно преобразованные почвы	3.11	3.20	Ант
Водная поверхность	2.04	2.10
Всего:	97.27	100

3000                      0                      3000

6000 метры

Рис. 2. Картосхема растительности на территории Усинского угольного месторождения.

• 1.    Ивняки пойменные древововидные

• 2.    Ивняки кустарниковые разнотравно-моховые

• 3.    Разнотравно-ерниково-ивняковые сообщества

• 4.    Ерники кустарничково-разнотравно-моховые

• 5.    Кустарничково-лишайниковые тундры

• 6.    Плоскобугристые болота (комплекс из морошково-багульниково-мохово-лишайниковых сообществ плоских торфяных бугров и осоково-сфагновых и пущицево-осоково-моховых сообществ мочажин)

• 7.    Еловые редколесья ерниково-кустарничково-моховые

• 8.    Смешанные редколесья (елово-березовые и березово-еловые)

• 9.    Березовые редколесья кустарничково-ерниково-мохово-лишайниковые

• 10. Осоково-моховые сообщества

• 11.    Антропогенно-нарушенные участки: с угнетенной растительностью или сообщества зарастающих паханых лугов

• 12. Антропогенно нарушенные участки без растительности (дороги, карьер и т.п.)

• 13. Водные поверхности

Таблица 2

Площади почв разного гранулометрического состава на территории лицензионного участка шахтного поля №3 Усинского угольного месторождения

Гранулометрический состав почвообразующей породы [	Площадь, км2	1   % к общей площади
Суглинки	45,43	46,7
Пески и супеси	33,36	34,3
Частая смена грансостава	5,64	5,8
Торфяные залежи	12,84	13,2
Итого:	97,27	100,0

Значительны участки месторождения, занимаемые смешанными редколесьями, плоскобугристыми болотами (табл. 3).

Растительный покров территории сложен. Он представлен различными сообществами [12], имеющими определенную ландшафтную и географическую приуроченность на территории Усинского угольного месторождения. Кустарничково-лишайниковые тундры приурочены к наиболее высоким точкам рельефа данной территории: верхним частям склонов увалов, надпойменным террасам. Ерники кустарничково-разнотравно-моховые расположены по пологим склонам или на плакорах. Плоскобугристые болота (комплекс из плоских торфяных бугров и мочажин) образуют болотные системы. Такие комплексы располагаются в слабо выраженных депрессиях на плато или склонах водоразделов, надпойменных террасах рек. Наибольшие площади таких комплексов отмечаются в центральной и северной частях месторождения. Растительность плоскобугристых болот представлена комплексом из морошково-багульниково-мохово-лишайниковых сообществ плоских торфяных бугров и осоково-сфагновых и пушицево-осоково-моховых сообществ мочажин. Редколесья на исследуемой территории (смешанные березово-еловые, березовые кустарничково-ерниково-мохово-лишайниковые, еловые ерниково-кустарничково-моховые) отмечены локальными участками только в южной и центральной частях терри- тории месторождения в условиях водораздела, на севере – только в защищенных условиях (склоны берегов р.Лёк-Воркута). Ивняки древовидные встречаются в речной долине р. Лёк-Воркута. На территории месторождения занимают малые площади. Имеют протяженное распространение вдоль реки, перемежаясь с зарослями кустарников (ивняков) и лугов. Обычно такие сообщества занимают заливаемые полыми водами части поймы. Ивняки кустарниковые разнотравно-моховые характерны для нижних частей склонов увалов, понижений рельефа (ложбин стока) на плакорах. Луговины разнотравные встречаются фрагментарно вдоль русла р. Лёк-Воркута на заливаемой части поймы, на береговых склонах и бечевнике, занимая малые площади. Русло реки окаймляют осочники. Осоково-сфагновые сообщества занимают небольшие площади на участке месторождения, в основном вокруг озер в наиболее низком уровне рельефа на выровненной поверхности. Растительность антропогенно-нарушенных территорий представлена злаковыми сообществами зарастающих распаханных лугов, приуроченных к центральной части месторождения на водоразделе и ивняково-ерниково-разнотравными сообществами на водоразделе в центральной части месторождения в местах антропогенного влияния – вдоль железной дороги, окрестностях станции Кыкшор.

Растительные сообщества на территории лицензионного участка характеризуются средней про-

Таблица 3

Соотношение площадей разностей классов земной поверхности в пределах территории изыскания

№ Типы растительного покрова Номер контура на картосхеме Площадь га % от общей площади месторождения 1 Ивняки пойменные древовидные 2 343,5 3,5 2 Ивняки кустарниковые разнотравно-моховые (по ложбинам стока) 3 571,8 5,8 3 Разнотравно-ерниково-ивняковые сообщества 4 823,6 8,4 4 Ерники кустарничково-разнотравно-моховые 5 2257,4 23 5 Кустарничково-лишайниковые тундры 6 2204,3 22,4 6 Плоскобугристые болота (комплекс из плоских торфяных бугров и мочажин) 7 890,2 9,1 7 Еловые редколесья 8 284,1 2,9 8 Смешанные редколесья (елово-березовые, березово-еловые) 9 1118,8 11,4 9 Березовые редколесья 10 855,8 8,7 10 Осоково-моховые сообщества по берегам озер 13 41,2 0,4 11 Антропогенно-нарушенные участки: с угнетенной растительностью или зарастающие 11 108,3 1,1 12 Анторпогенно-нарушенные участки без растительности (дороги, карьер и т.п.) 12 116,3 1,2 13 Водные поверхности 1 203,3 2,1 Итого 9818, 5 100 дуктивностью, общий запас наземной фитомассы (за исключением древесной у деревьев и кустарников) в сообществах варьирует от 539 до 4760 г/м2. При геоботаническом обследовании в июле 2012 г. территории, планируемой под месторождение, были оценены запасы кормов в растительных сообществах. Максимальным запасом отличаются ивняки, что обусловлено наличием здесь значительной массы кустарников и кустарничков. На втором месте находятся показатели, полученные для нижних ярусов еловых редколесий с общей биомассой до 2470 г/м2. Третье место занимают ерниковые тундры – 1423 г/м2. Полученные для ерниковых тундр данные хорошо согласуются с литературными сведениями по южным тундрам субарктической зоны [13]. Минимальный запас надземной фитомассы 539 г/м2 отмечен в луговых разнотравных и осоковых сообществах в пойме р. Лёк-Воркуты. Запасы лишайниковых кормов в плоскобугристых комплексах и смешанных редколесьях территории месторождения соответствуют значениям для аналогичных типов тундр на Полярном Урале [13]. Геоботаническое обследование с оценкой запасов надземной фитомассы (корма участков оленьих пастбищ, отводимых под планируемое месторождение в границах землепользования оленеводческого хозяйства ПСК «Оленевод») показало, что в целом данные участки могут быть отнесены к категории пастбищ с запасами: зеленых кормов – более 10 оленедней на 1 га, лишайниковых кормов – 4,7 оленедней на 1 га. Вывод части пастбищ из сельскохозяйственного оборота, уничтожение почвенно-растительного покрова вблизи объектов строительства производственных площадей и карьеров существенно изменят сложившийся порядок их эксплуатации, увеличат нагрузку на незатронутые хозяйственной деятельностью участки. Это ускорит деградацию оленьих пастбищ. Среди наиболее существенных воздействий на пастбищные угодья следует выделить, прежде всего, бесконтрольное движение гусеничного транспорта и прокладку не санкционированных дорог. В широком масштабе уже наблюдается на стадии выполнения изыскательских работ.

Заключение

Проведенное обследование лицензионного участка Усинского угольного месторождения, планируемого под строительство шахты и развития ее инфраструктуры, позволяет сделать заключение, что в настоящее время экосистемы данного района можно отнести к слабонарушенным, поскольку площадь антропогенно нарушенных участков в растительном и почвенном покрове мала и составляет 2–3%. Установлено, что разнообразие почв и растительности исследуемого ключевого участка отражает положение района исследований в экотонной полосе «северная лесотундра – южная тундра». Почвенный покров территории изыскания сложный, комплексный. Под тундровой растительностью представлен мелкобугорковатый комплекс тундровых иллювиально-гумусовых оподзоленных и тунд- ровых поверхностно-глеевых, в том числе оподзо-ленных почв. Под лесной растительностью преобладают в основном подзолы иллювиально-гумусовожелезистые и торфянисто-подзолисто-глееватые и глеевые почвы. В совокупности выделено 11 основных типов естественных и антропогенно трансформированных растительных сообществ. Наиболее значимы в покрове месторождения ерниковые и кустарничковые тундры, кроме них – ивняки, еловые и березово-еловые редколесья и плоскобугристые болота.

Почвенно-растительный покров в пределах территории изыскания характеризуется выраженной неустойчивостью к антропогенному воздействию и длительным сроком восстановления напочвенного покрова. Это требует проведения работ строго в пределах отвода земель с сохранением почвеннорастительного слоя на прилегающих территориях.

Прогнозные оценки. Планируемое освоение Усинского угольного месторождения, строительство шахты и развитие ее инфраструктуры могут стать причиной одномоментного прямого или косвенного воздействия на окружающую среду. В биоклимати-ческих условиях тундры и лесотундры это воздействие может вызвать катастрофическое повреждение почвенного и растительного покрова, восстановление которых может затянуться на несколько десятков и сотен лет. В условиях Севера уничтожение маломощных, малопродуктивных с низкой восстановительной способностью тундровых и болотных почв обусловливает выведение на длительный период из природопользования не только почв как таковых, но и всех компонентов ландшафта в целом (растительность, биота, гидро- и атмосфера).

Природоохранным законодательством (статья 63 Закона РФ «Об охране окружающей среды» № 7-ФЗ от 10.01.2002 г.) предусмотрена необходимость проведения мониторинга компонентов природной среды на всех стадиях проектирования: с начала организационно-строительных работ на территории (для оценки фонового состояния) до ликвидации производственных объектов. Необходима организация системы экологического мониторинга, что позволит своевременно выявить и оценить качественные и количественные изменения природной среды под воздействием антропогенного влияния, получить прогнозные характеристики. Основой мониторинга должна стать заложенная настоящими исследованиями наблюдательная сеть, позволяющая выявить источники загрязнения, обеспечить изучение состояния природных сред в естественных и нарушенных условиях.

Работа выполнена при частичной поддержке проекта Уральского отделения РАН «Арктика» 12-4-7-006-АРКТИКА, проект Президиума РАН №15-15-4-46 «Взаимосвязь биоразнообразия и био-продукционного потенциала наземных экосистем Европейской Арктики с особенностями формирования мерзлотных почв и динамическими аспектами их трансформации в современных условиях климата».