Устойчивость ландшафтов месторождений бурого угля Северного Охотоморья

На угленосной площади северного побережья Охотского моря имеется три разведанных буроугольных месторождения – Мелководнинское, Адам-Улаханское и Ланковское [1]. Мелковод-нинское месторождение с общими геологическими запасами 2.43 млрд. т углей расположено в 120 км от Магадана. Основные группы растений-торфообразователей – различные виды кустарничков, злаки, осоковые и сфагновые мхи, в составе которых доминируют азот, кремний, кальций, калий и магний. Наиболее богаты кремнеземом листья осоки, пушицы и сфагновые мхи, что неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности микрофлоры, разлагающей их опад и определило процесс накопления значительных объемов слабо минерализованной отмершей растительной массы. Эти буроугольные месторождения планируются к разработке [4;5].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Согласно природному районированию российского Дальнего Востока район исследований относится к Приохотской провинции Яно– Колымской физико-географической области [9]. С геоботанической точки зрения А.Т. Реутт [7] рассматривает эту территорию как приморскую часть горной области кедровниковых стлаников и лиственнично-березовых лесов охотского побережья. А.П. Хохряков относит территорию к Прибрежно-Охотскому флористическому району

[11]. Основной лесообразующей породой является лиственница Каяндера ( Larix cajanderi Mayr), на долю которой приходится 41% покрытых лесом земель и формирующая в районе месторождений главным образом редколесья и редины. Большая часть лесопокрытой площади (до 54%) рассматриваемой территории приходится на кедровый стланик ( Pinus pumila (Pall.) Regel), занимающего самые различные элементы ландшафтов. Своеобразие экосистем района исследований определяется суровым климатом с малой суммой активных и положительных температур, коротким теплым и продолжительным холодным периодом, длительным или постоянно мерзлым состоянием грунтов [1]. Природные комплексы характеризуются очень низкой продуктивностью и заторможенным биологическим круговоротом [3]. В то же время, территория район месторождений имеет высокую природную ценность в силу её определяющего значения для сохранения биологической продуктивности Тауйской губы Охотского моря и нерестовых рек Северного Охото-морья.

Целью исследований явилась оценка устойчивости почвенно-растительных комплексов уникальной территории, где широко представлены водно-болотные комплексы, с определением глубины и особенностей возможной трансформации ландшафтов в районе месторождений бурого угля в процессе природопользования. В исследованиях применялись общепринятые методы изучения [6].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Растительность

Район месторождений характеризуется бедным флористическим составом растительных сообществ и широким развитием криогенных форм мезо-, микро- и нанорельефа. Видовое разнообразие растительности определяется относительно немногими семействами, которые можно расположить по мере уменьшения видового обилия в следующем порядке: Роасеае < Cyperaceae < Asteraceae < Raпuпculaceae < Caryophyllaceae < Brassicaceae < Rosaceae < Saxifragaceae < Polygoпaceae < Salicaсеае < Fabaceae < Juпcaceae < Scrophulariaceae < Ericaceae. Преобладающее положение трех семейств – Роасеае, Cyperacae u Asteraceae, значительно превышающих по количеству видов все остальные семейства, вообще характерно для флор бореально-умеренного типа. Род Carex на рассматриваемой территории в пре- делах процветающего семейства осоковых является наиболее жизненным в современных условиях существования северных флор. Среди высших споровых, особенно папоротниковидных и плауновидных, немало реликтовых видов, сохранившихся лишь в единичных пунктах на побережье. Биоморфологический анализ показывает, что во флоре здесь преобладают травянистые растения, составляя 89.6% флористического списка [10].

Таблица 1. Надземная биомасса кедрово-стланиковых фитоценозов,т/га сухой массы

Структура биомассы	Кедровник*
	1	2	3
Надземная биомасса	59,56	83,75	67,27
Фитомасса	42,26	54,63	58,69
в т.ч. кедровый стланик	36,46	51,04	56,30
кустарники, кустарнички	1,59	2,59	1,05
травы	-	-	0,93
мхи, лишайники	4,21	1,00	0,41
Отмершие части растений	17,30	29,12	8,58
в т.ч. кедровый стланик	15,93	26,53	7,30
кустарники, кустарнички	1,37	2,59	0,91
травы	-	-	0,37

Примечание: * 1 – шикшево-лишайниковый; 2 – багульниково-брусничный; 3 – шикшево-долгомошный; - данные отсутствуют.

Таблица 2. Запасы и структура надземной биомассы лиственничных лесов и редколесий, т/га сухой массы

Структура биомассы	Лиственничники*
	1	2	3	4
Надземная биомасса	18,35	57,02	44,44	103,31
Фитомасса	13,36	50,89	40,27	96,70
Древостой лиственницы	7,61	34,17	36,41	85,75
Подрост лиственницы	0,28	13,82	1,04	9,22
Подлесок	1,57	0,13	1,15	0,53
в т.ч. кедровый стланик	0,84	0,04	-	0,47
береза Миддендорфа	0,57	0,09	1,15	сл.
Ольховник кустарниковый	0,16	-	-	0,06
Травы и кустарнички	3,90	2,77	1,67	1,20
Отмершие части	4,99	6,13	4,17	6,91
в т.ч. ветви лиственницы	3,05	2,16	1,09	0,33
сухостой лиственницы	1,52	0,70	1,52	3,13
валеж древостоя	-	1,49	-	1,31
хвоя и листья	0,42	1,78	1,56	2,14

Примечание: * 1 – осоково-сфагновое редколесье; 2 – бруснично-лишайниковое редколесье; 3 – зеленомошно брусничный лиственничник; 4 – разнотравно-хвощевый лиственничник; - данные отсутствуют

Лесные сообщества представлены главным образом низкополнотными насаждениями с полнотой, не превышающей 0,3-0,4, низкой продуктивности с преобладанием Vа-Vб классов бонитета. К долинным участкам ландшафта приурочены кедровники шикшево-долгомошные с сомкнутостью 0,9-1,0, высотой 3,0-4,8 м и возрастом около 250 лет. Надземная биомасса кедровостланиковых фитоценозов представлена в табл. 1. Типичными компонентами кедрово-стланиковых сообществ являются ольховник кустарниковый (Alnaster fruticosus (Rupr.) Ledeb), береза Мидден-дорфа (Betula middendorffii Trautv. Et. C.A. Mey.), высотой 0,8-1,5 м, рябинник рябинолистный (Sorbaria sorbifolia (L.) A. Br.) – 0,5-0,6 м. Лист- венница формирует верхний полог леса. Кустарниковый ярус представлен Rhododendron aureum Georgi, высотой 0,3-0,5 м и Spiraea betulifolia Pall. – 0,5-0,8 м. Проективное покрытие травянокустарничкового яруса достигает 70%, здесь доминантами являются Empetrum nigrum L. до 30%, Ledum decumbens (Ait.) Lodd. ex Steud. – 20%, Vaccinium vitis-idaea L.– 10%, Carex rotundata Wahlenb. – 5%. Мхи занимают 80% поверхности, из них на Polytrichum commune Hedv. и Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. приходится 20%. Лишайники, в том числе Cetraria islandica (L.) Ach., Clado-nia furcata (Huds.) Schrad. и C. rangiferina (L.) Web., распространены диффузно. На пойменных участках, на галечниковых косах встречаются рощицы чозении (Chosenia arbutifolia (Pall.) A. Skvortsov).

На высоких (2,5-3,0 м над меженным уровнем реки) частях пойм произрастают лиственничники разнотравно-хвощевые. Здесь многолетняя мерзлота отсутствует, сезонная исчезает к середине июля. К первой террасе (3-4 м над урезом реки) приурочены лиственничники зеленомошнобрусничные. Почвенный покров образуют старопойменные торфянистые и торфяные почвы, различающиеся между собой по наличию или отсутствию оглеения и степени разложения торфянистых горизонтов. Верхние части минеральной толщи почв легкосуглинистые или супесчаные, нижние, обычно, песчаные. На глубине 40-90 см они подстилаются щебнисто-галечниковым аллювием. Многолетняя мерзлота отсутствует, сезонная исчезает в конце июля. На более высоких отметках, на плакорах и водораздельных участках распространены лиственничные леса и редколесья также невысокой продуктивности Запасы и структура надземной биомассы лиственничных лесов и редколесий приведены в табл. 2.

По долинам рек и ручьев, в озерных котловинах и на низменностях встречаются осоково-пушициево-моховые болота с Eriophorum polysta-chyon, E. vaginatum, E. russeolum, Carex rotundata, C. stans, реже C. lugens. По широким речным долинам и плоским выровненным водоразделам развиваются низинные осоково-сфагновые и кустарничково-осоковые болота. Определенное участие в формировании растительного покрова характеризуемого района принимают комплексные бугристо-мочажинные болота, обязанные своим происхождением многолетней мерзлоте. Отмечается наличие кочкарных кустарничково-моховых тундр с тундровыми глеевыми почвами. Как правило, почвы болот подстилаются мерзлыми органогенными и минеральными породами. В составе их деятельного слоя можно встретить маломощные тяжелосуглинистые или слоистые песчаносупесчаные горизонты. Средняя мощность генетического профиля болотных почв не превышает 0,5 м. Он нарастает сверху вниз и в итоге формируется природное образование, в котором материнской породой служат, вероятно, как нижние, так и верхние торфяные горизонты, измененные процессами почвообразования в наименьшей степени.

Почвенный покров

В соответствие с почвенно-географическим районирование Магаданской области в масштабе 1:2500000 [2] территория Ланковского и Мелко-воднинского месторождений бурого угля приурочена в Ямско-Тауйско-Охотской провинции подзолов иллювиально-гумусовых, подбуров и подзолов.

Таблица 3. Аналитическая характеристика криоземов грубогумусовых

Горизонт	Глубина, см	рН Н 2 0	Гумус по Тюри-ну, %	Г.к.*	Обменные основания			V,%
					Ca        1	Mg	Сумма
				мг-экв/100 г почвы
АOv	0-5	4,1	-	48,8	22,4	18,8	41,2	46
Bgh	2-11	3,4	10,5	49,0	6,2	3,9	10,1	17
Bg	12-22	4,5	2,9	5,0	5,0	4,4	9,4	65
BCgh	25-35	4,7	1,5	4,6	5,8	2,2	8,0	63
BCg	40-50	4,8	1,9	2,0	11,8	3,9	15,7	89

Таблица 4. Аналитическая характеристика торфяно-глееземов

Горизонт	Глубина, см	рН KCl	Гумус по Тюрину, в %	Г.к.	Обменные основания		Степень насыщенности, %
					Са      1	Mg
				мг-экв/100 г почвы
01	0-8	3,4	95,2*	-	13,4	9,3	-
02	8-18	3,4	92,2*	26,5	24,0	9,9	56
02АО	18-27	4,0	47,1*	17,3	23,1	9,7	65
G 1 h	30-35	3,6	3,2	0,9	6,7	8,2	95
G 2 h	35-45	3,7	6,6	4,0	7,7	7,8	79

Присутствие надмерзлотного оглеения. Фоновыми являются торфяные болотные льдистомерзлотные и торфянистые почвы. Явно подчиненное положение имеют таежные торфянисто-глеевые почвы в Ямско-Магаданском приморском долинно-цокольно-увалистом районе.

Основными факторами, обусловливающими дифференциацию почвенно-растительного покрова территории, являются различия в характере атмосферного увлажнения, термических условий и продолжительности теплового периода, поверхностного и внутрипочвенного дренажа, а также наличие или отсутствие мерзлотного водоупора.

Здесь формируются различные подтипы, роды и виды подзолов иллювиально-гумусовых, различающихся между собой по мощности органогенных и подзолистых горизонтов, наличию или отсутствию в почвенном профиле многолетней мерзлоты и, соответственно, глееватые торфянисто-перегнойные почвы. Все они характеризуют- ся наличием в профиле многолетней мерзлоты, залегающей на глубине 50-60 см.

По типу биологического круговорота веществ водно-болотные комплексы могут быть охарактеризованы как азотно-кремниевые, среднезольные, болотные, очень малопродуктивные, застойные. Они отличаются от природных ландшафтов района особенно низкими темпами разложения растительных остатков, высокой зольностью растений и доминированием кремния и азота над остальными биофильными элементами в циклах биологического круговорота [3]. Для прибрежной части наиболее характерны злаково-осоковые болота с преобладанием Dupuntia fisheri и Carex stans, отличающиеся высокой обводненностью, формируя водно-болотные комплексы растительности. По долинам рек и ручьев, в озерных котловинах и на приморских низменностях встречаются осоко-пушициево-моховые болота с Eriophorum polystachyon, E. vaginatum, E. russeolum, Carex rotundata, C. stans, реже C. lugens. Верховые болота с эдификаторной ролью сфагновых мхов преимущественно распространены в лиственничных редколесьях территории.

Таблица 5. Устойчивость почвенно-растительных комплексов района месторождений бурого угля к антропогенным воздействиям (Северное Охотоморье)

Группа устойчивости	Почвенно-растительные комплексы	Интенсивность трансформации	Развитие процессов
1	Кочкарниковые осоково-пушицевые, заболоченные ивнячково-осоково-сфагновые тундры. Суглинисто-глинистые почвы в условиях близкого подстилания сильнольдистой многолетней мерзлоты	Сильная	Вытаивание жильных льдов, термокарст, заболачивание
2	Переходные, верховые, бугристо-мочажинные болота. Почвы различного механического состава. Сильнольдистая многолетняя мерзлота залегает близко к поверхности	Умеренная, очень сильная, необратимая	Увеличение протаивания, обводнение, образование термокарстовых водоемов
3	Поймы рек в среднем и верхнем течении. Лиственничные леса и редколесья, закустаренные луга. Элювиально-делювиальные отложения коренных пород. Сухая мерзлота и ее отсутствие	Сильная	Смыв мелкозема, выход на поверхность грубообломочных отложений
4	Речные террасы, поймы рек в нижнем течении. Лиственничные леса и редколесья, заросли кедрового стланика. Аллювиальные песчано-супесчаные, песчано-хрящеватые и каменистые отложения. Плотная малольдистая мерзлота или отсутствие	Сильная растительного покрова, слабая - почвенного	Более глубокое оттаивание, на склонах слабо выраженный смыв мелкозема

В рассматриваемом районе главным почвообразующим процессом является торфонакопление в условиях проточного или застойного заболачивания. Почвы обычно подстилаются мерзлыми органогенными и минеральными породами. В составе деятельного слоя можно встретить маломощные тяжелосуглинистые или слоистые песчано-супесчаные горизонты. Средняя мощность генетического профиля местных почв не превышает 0,5 м. Он нарастает сверху вниз, в итоге формируя природное образование, в котором материнской породой служат, вероятно, как нижние, так и верхние торфяные горизонты, измененные процессами почвообразования в наименьшей степени. Болотные мерзлотные торфяные почвы, сформировавшимися в условиях избыточного увлажнения на элементах рельефа, отличаются ограниченным поверхностным и внутрипочвен-ным дренажем. Для них характерно наличие торфяного слоя, близкое к поверхности залегания мерзлоты и холодность почвенного профиля.

Таким образом, специфика экосистем водосборного бассейна группы месторождений бурого угля на северном побережье Охотского моря определяется суровой климатической обстановкой, связанной с малой суммой активных и положи- тельных температур, коротким теплым и продолжительным холодным периодом, длительным или постоянно мерзлым состоянием грунтов. Они характеризуются бедным флористическим составом природных сообществ со сравнительно невысоким приростом органической массы, широким развитием криогенных форм мезо-, микро- и нанорельефа.

Устойчивость ландшафтов

Особенности географического положения месторождений бурого угля Северного Охотоморья определяют разнообразие механизмов деградации почвенно-растительных комплексов (ПРК), часто носящих комплексный характер [6]. Особенность деградации ПРК при вскрытии продуктивных отложений заключается в проявлении, помимо обычных механизмов нарушения (эрозии, дефляции и др.), также и специфичных (криотурбаций, термокарста, термоэрозии, солифлюкции и т.д.), определяемых мерзлотным состоянием почвогрунтов.

По общему возрастанию устойчивости к техногенным воздействиям и по направленности трансформации при вненем воздействии основные экосистемы рассматриваемой территории подразделяется на 4 основные группы (табл. 5).

Развиваясь в естественных условиях, указанные механизмы нарушений резко активизируются при внешних воздействиях, способствуя ускорению процессов деградации природной обстановки в целом. Экологический риск разработки месторождений бурого угля в таких условиях связан с тем, что в процессе добычи и переработки сырья на большой площади будет практически ликвидирован почвенно-растительный покров, выполняющий водорегулирующую и противоэрозион-ную функции. Риск развития эрозионных процессов будет значительно усилен тем, что имеющиеся на рассматриваемой территории массивы торфяных болотных почв в значительной мере нарушены естественными термокарстовыми процессами.

Всё разнообразие механизмов деградации ПРК ландшафтов района исследований в результате разработки месторождений, может быть разделено на три ведущие группы. К первой группе относятся обратимые поверхностные нарушения, возникающие при строительстве и эксплуатации линейных сооружений (транспортных коммуникаций, трубопроводов, линий электропередач), а также проведения поисковых геологоразведочных работ. При этих видах воздействия сохраняются основные признаки ландшафтов, но структура ПРК претерпевает значительные изменения. Многочисленные канавы, котлованы, заполняясь водой, глубоко нарушают фациальную структуру ландшафтов и, в меньшей степени, урочищную, сохраняя при этом внешний облик ландшафта. Вторая группа нарушений связана с пирогенным воздействием на природные сообщества. Пожары, часто возникающие в результате деятельности человека, являются аналогами естественных пирогенных процессов в ландшафтах. В большинстве случаев сохраняются основные признаки ландшафтов, но структура поверхности претерпевает значительные изменения. К третьей группе нарушений, наносящих наибольший урон природной среде, относится разработка месторождений полезных ископаемых, в данном случае планируемая разработка месторождений бурых углей в условиях повышенной обводненности и льди-стости грунтов. Нарушения, связанные с освоением минеральных ресурсов часто приводят к глубоким изменениям биоты, вплоть до смены типов растительности. В условиях повышенной обводненности и льдистости полностью изменяется конструкция ландшафтов и возникают площадные нарушения, вызывающие вынос водотоками большого количество взвесей и других загрязнителей в акваторию.

Таким образом, сложная геокриологическая ситуация в районе планируемой разработки месторождений бурых углей на северном побережье Охотского моря, высоко продуктивных в биоре-сурсном отношении, несет чрезвычайно высокую опасность для окружающей среды. При освоении подобных месторождений минерального сырья в условиях многолетней мерзлоты еще требует дополнительного изучения для разработки надежной системы природоохранных мероприятий, что на данном этапе очень трудно в связи с отсутствием опыта и технологических решений такого вида природопользования в криолитозоне. В условиях высокой обводненности эти нарушения приводят к глубоким и часто необратимым нарушениям природной среды. Возможно, в этой связи следует перевести запасы бурых углей Лан-ковского и Мелководнинского месторождений в категорию неактивных, либо списать их с государственного баланса.