Самовосстановление нарушенных земель в горных разработках Хэнтэйского нагорья Центральной Монголии (на примере Баганурского месторождения угля)

Введение. Баганурский угольный разрез расположен у подножья южного пологого склона хр. Малый Хэнтэй на высоте 1380 м над уровнем моря и занимает площадь 50 км² при глубине 200 м. Разработка месторождения угля начата с 1978 г. и добыча его, в среднем, за год не превышает 3,2 млн. т, что обеспечивает 60% потребления энергетической отрасли Монголии.

К сожалению, в результате горнодобывающего производства произошло нарушение взаимодействующих природных компонентов, составляющие в целом антропогенный ландшафт. Так, например, к 2014 г. на территории Баганурского месторождения было выведено из сельскохозяйственного оборота более 400 га земель. А по прогнозным оценкам к концу разработки угольного разреза площадь нарушенных земель увеличится и составит около 618,2 га.

В связи с этим, рекультивации подлежат: поле разреза, внешние отвалы, технологические автодороги, железнодорожные пути, угольный склад, карьерная подстанция. На основании результатов собственных исследований и проекта горнотехнической рекультивации земель, нами были определены основные этапы самовосстановления территорий, составлена схема развития растительности на нарушенных землях, которая происходит по типу сингенеза.

Материал и методы исследований. Техногенные ландшафты коренным образом отличаются от природных: структурой и составом субстрата, альго-, микробо-, зоо-, фитоценозамим, биологической продуктивностью, характером круговорота веществ и энергии, отсутствием развитого почвенного покрова, а также хозяйственной ценностью [1, 2, 3].

При добыче угля открытым способом, происходит перемещение горных пород и на поверхность выходят нижележащие пласты. Таким образом, 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. А развитие растительности на нарушенных почвах идет по типу сингенеза в три стадии: пионерная, простая, сложная группировка (табл.).

Пионерная стадия. Поселение пионерной растительности в техногенном ландшафте начинается с начальной стадии освоения территории, а особенности ее развития — показатель экологической обстановки в местообитании. По вопросу формирования пионерных фитоценозов на нарушенных территориях нами использована методика естественного зарастания техногенных субстратов, предложенная В.В. Тарчевским [4].

Основу пионерной растительности на первых этапах формирования растительных сообществ составляют сорные растения. Первоначально заселение отвалов сорными растениями обусловлено механическими и физическими свойствами техногенного элювия, экспозицией откоса отвала, т.е. основными эдафическими условиями, от которых зависит закрепление и прорастание случайно попавших семян. Проведенные исследования по изучению особенностей сингенетических сукцессий биоты на отвалах вскрышных пород Баганурского месторождения показали, 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, например, на внешних отвалах вскрышных пород угольного разреза разного возраста (от 1 до 10 лет), не подвергнутых горнотехническому восстановлению, поселение растений на их поверхности начинается в год прекращения отсыпки. Если формирование отвала было завершено ранней весной, то в этом же году на его склонах появляются первые кустики верблюдки.

Таблица

Стадии восстановления растительных группировок на внешних отвалах

Баганурского угольного разреза

Стадия простая. Основу начальной (простой) растительности, поселяющейся на первичных эко-топах техногенных экосистем лесостепи, составляют обычно широко распространенные виды сорных и рудеральных растений [5]. Пионерами зарастания на отвалах Баганурского угольного разреза являются представители семейства сложноцветных, маревых, относящихся обычно к однолетним сеге-тальным и рудеральным: полыни Сиверса и вейничная, солянка холмовая. Для этих растений харак- терна огромная семенная продуктивность. В большинстве они анемохоры, и их семена не имеют периода покоя и при наличии благоприятных условий способны прорастать на поверхности субстрата без заделки. Растения-пионеры быстро растут, обладают большой экологической пластичностью, способностью произрастать на субстратах, бедных элементами минерального питания, но при отсутствии конкуренции.

Начальный (простой) растительный покров мозаичен и не сомкнут, представлен разрозненными группировками полыни вейничной, полыни Сиверса, иван-чая узколистного. Большая часть растений произрастает в эрозионных бороздах, т.е. в местах, где создаются условия для задержания семян.

Кроме того, нами отмечено, что процесс естественного зарастания на отвалах, сложенных из элювиальных отложений песчаников, суглинков, алевролитов и аргиллитов, в целом происходит достаточно быстро. Все это свидетельствует об отсутствии токсичности и потенциальной плодородности пород и достаточной благоприятности экологических факторов.

Стадия сложной группировки . Смешанные (многовидовые) бурьянистые растительные группировки формируются на 3-4 год на склонах разных экспозиций. Формируется третья 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.

Результаты исследования и их обсуждение. По нашим данным, накопление гумуса в верхнем слое пород, увеличение свободной поверхности способствует поселению и разрастанию рыхлодерно-винных (рыхлокустовых) злаков (пырейник сибирский) и бобовых. Бобовые 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, 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.

Нами отмечена еще одна интересная особенность, когда на скорость формирования фитоценоза влияет экспозиция откоса, плоская поверхность отвала. При этом северная часть откоса зарастает быстрее южной, поскольку это связано с лучшей влагообеспеченностью, 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 доминант 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, хвощ полевой, люцерна серповидная, клевер люпиновый, остролодочник лесной, змееголовник поникший; рыхлокустовые злаки, состоящие из мятлика кистевидного, ячменя гривастого.

Известно, что сингенетические сукцессии травяного покрова протекают под влиянием эдафиче-ских факторов через экотопический отбор. В этот период древесная растительность не оказывает влияния на травянистую составляющую. 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, но в то же время после отмирания растений происходит его обогащение органикой.

Поскольку на территории Баганурского угольного разреза наряду со степным и луговым, присутствует, лесной и кустарниковый типы 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 обыкновенная. Чистые насаждения сосны встречены на северной экспозиции склонов центральной части внешних отвалов. Возраст деревьев 5-6 лет, средняя высота 0,6 м. Более молодые всходы были обнаружены на тех поверхностях отвалов, которые не заросли бурьянистой растительностью. В отсутствии конкуренции со стороны травостоя, подрост сосны начинает давать достаточно густую поросль.

Участки внешних отвалов, отсыпка которых была завершена в начале 90-х годов прошлого столетия, представлены разнотравно-злаковыми растительными сообществами, являющимися третьей стадией сингенеза. В то же время во вновь формирующемся ценозе еще десятки лет остаются признаки прежних условий и состояний, не достает некоторых видов, характерных для коренных сообществ зональных ненарушенных почв [5].

Выводы. На Баганурском угольном разрезе из-за отсутствия финансовых средств, передела собственности, а также изменения плана добычи полезных ископаемых, произошел большой разрыв во времени между формированием первого и второго внешних отвалов, и не начата биотехническая рекультивация нарушенных земель.

За последние 10-15 лет на поверхности отвалов, не прошедших первый этап рекультивации, происходит самовосстановление растительных группировок, и активно протекают стадии сингенетической сукцессии. Активное самовосстановление растительности на поверхности отвалов отчасти зависит от наличия потенциальной плодородности вскрышных пород. Поэтому мы считаем нецелесообразным разрушение образовавшихся экосистем и возобновление пионерной сукцессии.

На отвалах, где уже идет устойчивое формирование пионерной растительности, выравнивание и улучшение поверхности можно производить частично и осуществить естественное озеленение.