Самовосстановление нарушенных при горных разработках территорий

В 2000 г. площадь нарушенных горными работами земель на территории России составила 1282 6 тыс. га, более 10 % из которых приходится на хранилища твердых отходов, т.е. отвалы пустой породы. Преобладающие в антропогенно-преобразованных экосистемах динамически не устойчивые склоновые поверхности в процессе своей эволюции оказывают определяющее влияние на поселение и развитие всей биоты.

На поверхности оказываются глубинные породы. В ходе гипергенеза образуется техногенный элювий, не имеющий ничего общего с зональными почвами и представляющий стерильные неоэкотопы, которые осваиваются организмами с «нуля». Возникает первичный экотоп, на котором поселяются пионерные растения, идут сингенетические сукцессии.

На разрезе «Тугнуйский» на 1 января 2010 г. нарушено порядка 1460 га земель. Нарушенные земли на данный момент представлены внешними и внутренними отвалами, выработанным пространством и территориями, на которых располагается инфраструктура предприятия (автодороги, пруд-накопитель карьерных вод, склады, здания, сооружения и т.д.).

Рекультивации подлежат поле разреза, внутренние и внешние отвалы. На данный момент на предприятии имеются участки, формирование которых уже завершено и они должны быть подвергнуты рекультивации. Какие это территории и что они из себя представляют? В первую очередь – это внешний отвалы № 1, который был образован в первые годы отработки карьера 18 – 20 лет назад. К большому сожалению, после формирования отвала на этих территориях не был проведен горнотехнический этап рекультивации, не говоря уже о биологическом этапе.

Отсутствие горнотехнической рекультивации и ее подмена планировочными мероприятиями при создании отвала привели к тому, что спланированная поверхность очень неровная, всхолмленная, имеет многочисленные выемки и рытвины. Откосы отвалов изрезаны линейными эрозионными бороздами. Но, несмотря на отсутствие рекультивационных мероприятий, поверхность внешних отвалов активно подвергается процессу самовосстановления.

Преобладающие в антропогенно-преобразованных экосистемах динамически не устойчивые склоновые поверхности в процессе своей эволюции оказывают определяющее влияние на поселение и развитие всей биоты. Техногенные ландшафты коренным образом отличаются от природных, ненарушенных морфологическими параметрами, структурой и составом субстрата, альго-, микробо-, зоо-, фитоценозов, биологической продуктивностью, характером круговорота веществ и энергии, отсутствием развитого почвенного покрова, а также хозяйственной ценностью (Куприянов, 1989; Чибик, Кравченко, 1990 и др.).

Поселение пионерной растительности в техногенном ландшафте является начальной стадией освоения территории, и особенности ее развития – показатель экологической обстановки в местообитании. Первоначальное заселение отвалов растениями главным образом обусловлено механическими и физическими свойствами техногенного элювия, экспозицией откоса отвала, т.е. основными эдафическими условиями, от которых зависит закрепление и прорастание случайно попавших семян. Проведение исследований по изучению особенностей сингенетических сукцессий биоты на отвалах вскрышных пород карьеров (Баранник, 1974; Лукьянец, 1974, Шилова, 1974; Снытко и др., 1988) показало, что уже через год после прекращения их отсыпки на отвалах появляется пионерная растительность. Исходное состояние субстрата накладывает отпечаток на прохождение первых стадий и скорость сукцессий. Так, отвалы на разрезе «Тугнуйский», не подвергнутые горнотехническому восстановлению, формирование которых было закончено в марте-апреле 2009 года, в августе этого же года имели на своей поверхности значительное количество кустиков солянки холмовой.

Основу пионерной растительности, поселяющейся на первичных экотопах техногенных экосистем лесостепи, составляют обычно широко распространенные виды сорных и рудеральных растений (Экология..., 1992). Пионерами зарастания на отвалах Тугнуйского угольного разреза являются представители семейства сложноцветных, маревых, относящихся обычно к однолетним сегетальным и рудураль-ным: полыни Сиверса и вейничная, солянка холмовая. Для этих растений характерна огромная семенная продуктивность. В большинстве они анемохоры, их семена не имеют периода покоя и при наличии благоприятных условий они способны прорастать на поверхности субстрата без заделки. Растения-пионеры быстро растут, обладают большой экологической пластичностью, способностью произрастать на бедных элементами минерального питания субстратах, но при отсутствии конкуренции.

Первичный растительный покров мозаичен и не сомкнут, представлен разрозненными группировками полыни вейничной, полыни Сиверса, иван-чая узколистного. Большая часть растений произрастает в эрозионных бороздах, то есть в местах, где создаются условия для задержания семян.

Процесс естественного зарастания на отвалах, сложенных из элювиальных отложений песчаников, суглинков, алевролитов и аргиллитов, в целом происходит достаточно быстро.

Смешанные (многовидовые) бурьянистые растительные группировки формируются на 3-4 год на склонах разных экспозиций. Формируется вторая стадия сингенеза. Преобладают рудеральные виды: полыни вейничная, Сиверса, обыкновенная и сегетальные; чертополох поникший, липучка оттопыренная, иван-чай узколистный. На отдельных участках образуются простые группировки «чистых» зарослей полыней Сиверса и вейничной. Общее проективное покрытие колеблется от 50 до 80%. Постепенно поверхность отвала уплотняется, в субстрате начинает накапливаться органическое вещество, ухудшается аэрация и ослабляется нитрофикация. Из состава травостоя начинают выпадать растения-бурьяны.

Накопление гумуса в верхнем слое пород, увеличение свободной поверхности способствует поселению и разрастанию рыхлодерновинных (рыхлокустовых) злаков (пырейник сибирский) и бобовых. Роль бобовых в жизнедеятельности фитоценоза велика. Они способны в симбиозе с микроорганизмами фиксировать атмосферный азот, что позволяет им развиваться на субстратах с низким содержанием азота. Их семена, попадая в обогащенный органическими остатками горизонт, очень хорошо прорастают, закрепляются. Дальнейшее распространение растений и освоение новых территорий происходит как семенным, так и вегетативным путем. Азота бобовых хватает и на рыхлокустовые злаки, и на разнотравье. По склонам отвалов и на спланированных поверхностях поселяется люцерна серповидная, клевер люпиновый, мышиный горошек, лапчатки вильчатая и гусиная.

На скорость формирования фитоценоза влияет экспозиция откоса, плоская поверхность отвала и северная часть откоса зарастают быстрее южной . Это, вероятно, связано с лучшей влагообеспеченно-стью, более низкими летними температурами на поверхности отвалов. Температура на откосах южных экспозиций значительно выше, чем на выровненных поверхностях и откосах северных экспозиций. Несмотря на то, что песчаники, суглинки, алевролиты и аргиллиты имеют достаточно светлую окраску и обладают довольно высокой отражательной способностью, температура грунта на южных склонах в летний промежуток времени оказывается летальной для некоторых растений.

В ходе дальнейшего сингенеза растительного покрова главенствующая роль принадлежит одному из доминантов в стадии простой группировки - доннику белому и ароматному. Смена этих сообществ и зарослей донника на разнотравно-злаковые начинается с 6-8 года зарастания. В связи с обогащением субстрата азотом за счет развития донника, еще в стадии простой растительной группировки энергично развиваются луговые и степные виды из группы разнотравья (кровохлебка лекарственная, лапчатка гусиная, тысячелистник азиатский, одуванчик Принтца, хвощ полевой, люцерна серповидная, клевер люпиновый, остролодочник лесной, змееголовник поникший) и рыхлокустовые злаки (мятлик кистевидный, ячмень гривастый). Стадии формирования растительных группировок приведены в таблице 1. Сингенетические сукцессии травяного покрова протекают под влиянием эдафических факторов через эко-топический отбор. В этот период древесная растительность не оказывает влияния на травянистую. Проективное покрытие - на уровне 70 %, но зато к этому времени увеличивается задернованность, верхние горизонты молодых почв переплетаются мочковатыми и стержневыми корневыми системами , с большей полнотой используется субстрат, после отмирания растений происходит его обогащение органикой.

Поскольку на территории Тугнуйского угольного разреза наряду со степным и луговым присутст -вует и лесной, и кустарниковый тип растительных сообществ, самозарастание происходит не только травянистой растительностью, но и древесными, и кустарниковыми породами. Растительные группировки с участием древесных видов в основном приурочены к верхней части склонов, спланированным вершинам и подножью отвалов. В основном это – осина, тополь, береза, облепиха, черемуха, ива, спирея, в небольшом количестве сосна. Чистые насаждения сосны встречены на северной экспозиции склонов центральной части внешних отвалов. Возраст деревьев 8-10 лет, средняя высота 0,8 м. Более молодые всходы были обнаружены на тех поверхностях отвалов, которые не заросли бурьянистой растительностью. В отсутствии конкуренции со стороны травостоя подрост сосны дает достаточно густую поросль.

Участки внешних отвалов, возраст которых достигает 15-20 лет, представлены смесью разнотравно-злаковых и бобово-злаковых растительных группировок. Но во вновь сложившемся ценозе сохраняются признаки неблагоприятных условий и состояний, сложно выделить какое-то конкретное растительное сообщество, не достает многих видов, характерных для коренных сообществ зональных ненарушенных почв. К тому же, к большому сожалению, в последние годы на спланированные поверхности внешних первых отвалов вывозились отходы обогатительной фабрики, которые привели к нарушению процесса самовосстановления территории, препятствуют возобновлению растительного покрова.

Таблица 1

Стадии восстановления растительных группировок на внешних отвалах разреза «Тугнуйский»

Проектом «Реконструкции разреза» предусматривается пересмотр плана и направлений рекультивации земель. В данном документе основным направлением рекультивации территорий является ее са-мозарастание. Первые 16 га земель на внешнем отвале, сформированном в начале отработки месторождения, были сданы землепользователю в сентябре 2009 года как восстановленные территории. Но, несмотря на то, что эти участки не были подвергнуты рекультивации, поверхность отвалов покрылась растительными группировками, активно протекают сукцессии. Это говорит о потенциальной плодородности вскрышных пород и благоприятных для самовосстановления экологических условиях Тугнуйской котловины.

Конечно, на данном этапе восстановления территорий нецелесообразно разрушение образовавшихся экосистем и возобновление пионерных сукцессий, но, тем не менее, перед сдачей так называемых восстановленных земель землепользователям желательно хотя бы осуществлять улучшение некоторых участков поверхности отвалов и дополнительное озеленение. К тому же при появлении на разрезе отработанных территорий целесообразно сразу же приступать к планировочным работам и горнотехническому этапу рекультивационных мероприятий.