Моторина Л.В., Колесников Б.П. и др. Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных промышленностью земель

Подождите немного. Документ загружается.

181

сложившиеся тенденции в лесоводственных исследованиях на отвалах. Совер-

шенно очевидно, что исследование всех рассматриваемых вопросов правомерно

в лесных сообществах любого происхождения.

Восстановление растительного покрова на нарушенных землях –

длительный и сложный процесс, способствующий повышению плодородия

горных пород, предотвращению загрязнения окружающей среды. Наиболее

важными показателями, характеризующими работу лесного биогеоценоза, как

известно, являются его структурно-физическая организация, функциональные и

временные характеристики. Значительное развитие эти аспекты исследований

получили при изучении процессов естественного лесовозобновления на нару-

шенных промышленными разработками территориях.

К числу основных показателей, отражающих работу лесного биогеоцено-

за, относятся видовой состав и структура лесной растительности. На основе

изучения лесовозобновления на отвалах Подмосковья, Кривого Рога, Эстонии,

Урала, Кузбасса, Дальнего Востока

278

выделены основные лесообразующие по-

роды, дано описание их распределения, характеристика основных параметров

древостоя. При этом используются как геоботанические, так и специальные

таксационные лесоводственные методы. Последние представляются более пер-

спективными с биогеоценологической точки зрения, так как позволяют полу-

чать более точные количественные показатели работы биогеоценоза.

Биогеоценологическая деятельность фитоценоза результируется в запасах

фитомассы, которая является наиболее полноценным показателем продуктив-

ности насаждений. Оценка запасов фитомассы в естественно формирующихся

сообществах, проведенная в лиственных и хвойных молодняках Урала, Под-

278

Ефанов А.Г. Естественное семенное возобновление древесных растений на скальных и глинистых отвалах //

Растения и промышленные загрязнения. Свердловск: Изд-во УрГУ, 1969; Баранник Л.П. Лесная рекультивация

техногенных территорий (на примере угольных разрезов южного Кузбасса). Автореф. дис. … канд. с.-х. наук.

Свердловск, 1974; Трегубов Г.Л. Рекультивация отвалов Райчихинского буроугольного месторождения // Поч-

воведениею. 1974. № 7; см. Лукьянец А.И., 1975; Васильева Н.П. Структура и продуктивность лесов при естест-

венном возобновлении на отвалах железорудных разработок Тульской области // Теоретические и практические

проблемы рекультивации нарушенных земель. М., 1975.

182

московья

279

, показала, что продуктивность лесов достигает в ряде случаев зо-

нальных показателей.

Важным моментом этих исследований является получение не только ва-

ловых показателей, но и проведение фракционного анализа фитомассы. При его

определении используется принятый в лесоводственных исследованиях метод

А. А. Молчанова и В. В. Смирнова

280

. При изучении лесов на промышленных

отвалах в основном исследуется структура фитомассы, т. е. только один из по-

казателей продуктивности. Совершенно не изучено пространственное разме-

щение фитомассы, показатели годичного отпада и опада, которые особенно

важны, так как определяют интенсивность процессов обмена между растением

и горными породами, и это в конечном счете отражается на скорости почвооб-

разовательного процесса. Не исследованы химический состав фитомассы, со-

став основных органических веществ и т. д.

Одним из актуальных вопросов является определение направленности и

интенсивности формирования биогеоценозов техногенных ландшафтов. В за-

висимости от того, насколько успешно и быстро происходит формирование

производительных лесных сообществ, разрабатываются соответствующие прак-

тические мероприятия. Наиболее показательные результаты получены при изу-

чении динамики формирования насаждений, изменение их структурных и

функциональных характеристик в зависимости от сроков отсыпки отвалов. При

этом используются сравнительные методы с использованием серии участков

(пробных площадей), представляющих единый естественный ряд возрастного

развития. Анализ динамических процессов ведется с использованием принятых

методов таксации древостоя, обязательным отбором модельных деревьев на

пробных площадях и анализом их на ход роста.

Нашими исследованиями лесовозобновления на отвалах в Подмосковном

бассейне

281

, на Урале

282

показано, что в благоприятных условиях темпы лесово-

зобновления на нарушенных территориях незначительно отличаются от скоро-

279

См. Лукьянец А.И., 1975; см. Васильева Н.П., 1975.

280

Молчанов А.А., Смирнов В.В. Методика изучения прироста древесных растений. М.: Наука, 1967.

281

См. Теоретические и практические проблемы..., 1975.

282

См. Лукьянец А.И., 1975.

183

сти развития лесных фитоценозов на зональной почве, а в некоторых случаях

превосходят, последние.

Изучение скорости лесовозобновительного процесса целесообразно про-

водить в сравнении с динамикой развития насаждений не только на зональных

почвах, но и с культурфитоценозами на отвалах.

Важным преимуществом в изучении лесокультур является возможность

исследования с нулевого цикла, подбора более однородных по лесораститель-

ным условиям разновозрастных участков. Однако данных по развитию и фор-

мированию искусственных насаждений на отвалах пока немного. По данным

исследований Н. П. Васильевой, Т. И. Ижевской

283

, искусственно создаваемые

сосняки в благоприятных условиях на песчаных отвалах Подмосковного буро-

угольного бассейна имеют замедленное развитие в стадии приживания, наблю-

даются некоторые отклонения в темпах развития травянистого покрова в меж-

дурядьях. К 15 годам формируется сомкнутый молодняк I–II класса бонитета.

На сланцевых отвалах Эстонии класс бонитета сосняков того же возраста выше,

чем у насаждений на зональных почвах, на 1–2 единицы. То же отмечено на

Урале на отвалах каменноугольной промышленности в среднетаежной подзоне.

Скорость лесовозобновительного процесса определяет не только фактор

времени, но и комплекс складывающихся экологических условий. Экологиче-

ский аспект исследований направлен на выявление наиболее активно дейст-

вующих в условиях отвалов факторов и оценку их регулирующей роли в про-

цессе лесовосстановления. Для оценки действия того или иного фактора необ-

ходима закладка специальных пробных площадей и экологических профилей с

применением обработке материалов многофакторного анализа. Для отвалов

Урала, Подмосковья установлена зависимость густоты, состава лесовозобнов-

ления от изменчивости рельефа, свойств пород в поверхностном слое, наличия

источника обсеменения, пастьбы скота и т. п. Интересная оценка лесовозобно-

вительного эффекта по комплексу действующих экологических факторов пред-

ложена Центральной лабораторией охраны природы. В частности, исследова-

283

См. Рекультивация земель…, 1975.

184

ния неразровненных железорудных отвалов Тульской обл. показали тесную

связь заселения древесной растительностью с типологическими категориями

техногенного ландшафта

284

. Определенную перспективу в исследовании этого

направления представляют экспериментальные методы при изучении культур-

фитоценозов, которые будут рассмотрены ниже.

Многообразие типов отвалов, неоднородность и неравномерность во вре-

мени и пространстве их естественного облесения вызвали развитие работ по

классификации отвалов на основе показателей лесовозобновления в качестве

основного критерия.

Специалистами Уральского университета впервые методически разрабо-

тана классификация отвалов по степени зарастания древесными породами (вы-

делено 4 типа). Достоинством этой классификации является ее приложение в

зонально-географическом аспекте и проведение на ее основе биорекультиваци-

онного районирования Свердловской и Челябинской областей

285

. Здесь впервые

рассмотрены также географические рекультивации в связи с интенсивностью

естественного лесовозобновления. Сделанные авторами выводы о целесообраз-

ности рекультивации в различных природных зонах Урала заслуживают, на

наш взгляд, более широкого обобщения: в пределах таежной зоны отвалы, если

они не токсичны, облесяются удовлетворительно при наличии заноса семян из

ближайших насаждений; к югу в субаридных районах самооблесение идет мед-

ленно и почти всегда неудовлетворительно, но лесные культуры вполне воз-

можны.

Одно из основных направлений работ в искусственных лесных фитоцено-

зах – изучение основных показателей роста и развития деревьев в зависимости

от специфики лесорастительных условий. И если в рассмотренном выше про-

цессе лесовозобновления основной акцент исследований был связан со струк-

турой ценоза, то здесь больше рассматриваются результаты обменных процес-

сов между отдельным организмом и средой. Это направление получило интен-

сивное развитие благодаря широкому использованию экспериментальных ме-

284

См. Моторина Л.В., Васильева Н.П. и др., 1976.

285

См. Лукьянец А.И., 1975.

185

тодов, заключающихся в посадке и посевах различных видов древесных расте-

ний в местоположениях, отличающихся составом горных пород и смесей, рель-

ефом, условиями освещенности, режимом влажности и т. д. Наиболее обшир-

ные результаты дал анализ роста древесных растений на различных типах гор-

ных пород в разных природных зонах

286

На основе широкого слектра биометрических показателей установлены

динамика роста и дифференциация древостоев в зависимости от состава и

свойств смесей пород в отвалах. Во многих случаях исследования роста ведутся

при искусственном регулировании уровней отдельных факторов (полив, опыты

с удобрениями и т. п.).

Значительно меньше уделяется внимание другим факторам среды, иг-

рающим заметную роль в развитии отдельных древесных видов, формировании

лесных биогеоценозов в целом. Речь идет о влиянии макро- и мезорельефа,

микроклимата, температурного, светового режима, осадков и т. д. Имеющиеся

отдельные исследования свидетельствуют о перспективности изучения связи

этих показателей с формирующимся древостоем. Например, специальными ис-

следованиями Л. П. Баранника

287

в Кузбассе показано влияние величины снеж-

ного покрова, высоких летних температур, влажности грунтов, изменений ме-

зорельефа на рост и приживаемостъ различных видов древесных пород в лесо-

культурах. Им предложена в связи с этим биоэкологическая оценка роста де-

ревьев. Изучение влияния ветровой эрозии на растительность и аккумуляции ее

продуктов различными древесными и кустарниковыми породами позволило ре-

комендовать для отвалов КМА наиболее устойчивые виды

288

. Обязательным

286

Панков Я.В. Рекультивация отвалов Курской магнитной аномалии древесно-кустарниковой и травянистой

растительностью. Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Воронеж, 1973; Хватов Ю.А. Облесение земель, нарушен-

ных при разработке месторождений полезных ископаемых (обзор). М., 1973; Хватов Ю.А. Исследования лесо-

пригодности отвалов открытых разработок полезных ископаемых в центральных областях европейской части

РСФСР. Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. М., 1974; см. Баранник Л.П., 1974; Каар Э.В. Облесение отработан-

ных и выровненных сланцевых карьеров в Эстонской ССР // Наука производству. Каунас, 1973. Вып. 1; Каар

Э.В., Маргус М.М. Лесные зоны Эстонской ССР и рекультивация карьеров в них // Лес и его роль в охране ок-

ружающей среды. Таллин, 1976; Данько В.Н. Облесение промышленных пустошей в центральном полесье

УССР. // Растения и промышленная среда. Материалы III нучн. конф. Киев: Наукова думка, 1976; см. Трещев-

ский И.В. и др., 1976; Васильева Н.П., 1977.

287

См. Баранник Л.П., 1974.

288

Трещевский И.В., Панков В.Я. Мелиоративная роль растительности на отвалах КМА // Защитное лесоразве-

дение и лесные культуры. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1975. Вып. 3.

186

условием дальнейших исследований должна быть четкая регистрация, количе-

ственная оценка и анализ различных показателей, особенно метеорологических,

характеризующих экологические условия. Последние, как известно, являются

регуляторами важнейших процессов в лесных биогеоценозах – газообмена, те-

пло- и водообмена.

Для оценки роста используются наиболее часто линейные биометриче-

ские характеристики; принятые при исследованиях лесных культур (прирост,

диаметр, размер кроны и т. д.). Показатели роста растений достаточно полно

отражают характер лесорастительных условий, и этот индикационный признак

широко используется в практических исследованиях. Вместе с тем почти не

изучены физиолого-биохимические аспекты роста, такие, как дыхание, фото-

синтез, транспирация, поглощение и обмен минеральных веществ. Во многих

случаях ход этих процессов является более реактивным показателем изменений

в растении под влиянием факторов среды. При этом здесь могут широко ис-

пользоваться как эколого-статистические, так и экспериментальные методы,

основа которых заложена в многочисленных опытах. Так, использование неко-

торых биохимических показателей (количество хлорофилла, зольных элемен-

тов) выявило положительное действие удобрений в опытах

289

Познание процессов роста и развития биогеоценоза невозможно без ис-

следования морфогенеза отдельного дерева. Анатомно-морфологические ис-

следования структурных признаков как целого растения, отдельных его органов

отражены пока в немногих работах

290

. На основе анализа строения хвои, корней

выделены наиболее изменчивые признаки, которые можно рассматривать как

выразительные показатели влияния на растение свойств и состава субстрата.

Для изучения морфогенеза успешно используется метод сравнительного анали-

за структуры особей одного вида в различных условиях произрастания.

289

Каар Э.В. Об удобрении лесных культур на выровненных отвалах Эстонской ССР // Рекультивация про-

мышленных пустошей. М., 1972; Данько В.Н., 1976.

290

См. Васильева Н.П., 1975; см. Лукьянец А.И., 1975; Жаромский В.Я. Ассортимент древесных и кустарнико-

вых пород для лесной рекультивации промышленных отвалов рыхлых горных пород Донбасса // Лесоводство и

агролесомелиорация, 1976, № 45.

187

Исследования этого направления носят на данном этапе статический ха-

рактер. Динамика изменений в структуре почти не отражена. Поэтому здесь не-

обходимо поставить такие важные с биогеоценологических позиций вопросы,

как изучение изменений структурных знаков в процессе онтогенеза, сезонных

ритмов роста, провести анализ побегообразования, детальные фенологические

наблюдения. Изучение морфологических и биологических свойств древесного

растения имеет первостепенное значение и с точки зрения установления их

приспособительного характера, что в конечном счете определяет степень ус-

тойчивости как отдельной особи, так и фитоценоза в целом в условиях отвалов.

Выявление критериев и индикаторов устойчивости растений особенно

важно в крайне неблагоприятных стрессовых условиях, которые ограничивают

создание продуктивных биогеоценозов. К факторам, оказывающим неблаго-

приятные воздействия на растения, относятся наличие в отвалах фитотоксич-

ных горных пород, недостаток питательных веществ, неблагоприятный водный

режим и т. п. Выявление природы устойчивости может, по Ю. З. Кулагину

291

решаться на разных уровнях – анатомическом, физиолого-биохимическом. При

изучении хвои сосны разного состояния в культурах на фитотоксичных грунтах

нами было обнаружено увеличение относительной величины эпидермиса, ко-

личества склеренхимных клеток, уменьшение размеров проводящих тканей

292

В такого рода исследованиях нам представляется целесообразным использовать

как абсолютные, так и относительные количественные показатели. Приспосо-

бительный характер в изменчивости архитектоники корней отмечен В. Я. Жа-

ромским

293

на отвалах Украины, сложенных бучакскими токсичными отложе-

ниями. Разработка методов и критериев оценки устойчивости древесных расте-

ний может основываться на имеющемся обширном опыте исследования струк-

турных и функциональных свойств растений под воздействием промышленных

выбросов перерабатывающих предприятий Урала и Донбасса

294

291

Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда. М.: Наука, 1974.

292

Васильева Н.П. Анатомо-морфологические особенности строения хвои сосны обыкновенной на отвалах Под-

московного бассейна / Научные основы охраны природы, 1976. Вып. 4.

293

См. Жаромский В.Я., 1976.

294

См. Кулагин Ю.З., 1974; см. Растения и промышленная среда, 1976.

188

Изучение и оценка средообразующей роли лесов является одной из важ-

ных и перспективных в условиях техногенных ландшафтов. От скорости и ин-

тенсивности формирования лесной среды зависит успех восстановления всего

природного комплекса. Развитие исследований этого направления на данном

этапе проводится в основных аспектах: 1) оценка влияния леса на почвообразо-

вательный процесс и свойства горных пород, слагающих поверхность отвалов;

2) изучение взаимодействия и взаимовлияния древесных и травянистых расте-

ний на начальных стадиях формирования насаждений, оценка потерь прироста

древесной продукции вследствие конкуренции; 3) изменения в составе фауны,

микрофлоры при формировании лесных фитоценозов; 4) влияние леса на изме-

нение режима освещенности, поступления осадков, накопления подстилки, ми-

грации элементов питания; 5) влияние лесных насаждений на прилегающие

территории.

Изучение средообразующей роли как искусственных, так и естественно

возникших лесов как самостоятельное направление еще не оформилось, однако

в ряде работ имеются данные влияния лесонасаждений на развитие травянисто-

го яруса и энтомофауны (работы Центральной лаборатории охраны природы

МСХ СССР в Подмосковном бассейне), почвообразовательные процессы и

микрофлору (на отвалах КМА, Украины, Грузии, Урала, Сибири). По данным

Н. П. Васильевой и Т. И. Ижевской

295

, состав, степень покрытия травостоем в

лесокультурах сосны закономерно изменяются с момента посадки до полного

смыкания в междурядьях. Исследованиями А. Д. Гагатишвили

296

показано, что

за 10 лет под покровом белой акации на отвалах Чиатурского месторождения

создался постоянный мертвый покров толщиной 2–2,5 см, ясно выраженный

собственно гумусовый горизонт мощностью 3 см и переходный горизонт мощ-

ностью до 10 см. Количество гумуса в 3 см горизонте составило 6 %. Интерес-

ны данные по усилению активности ферментов в зоне ризосферы древесных

295

Васильева Н.П., Ижевская Т.И. Формирование травянистого яруса в посадках сосны на отвалах открытых

разработок Подмосковного бассейна // Научные основы охраны природы. М., 1975. Вып. 3.

296

См. Рекультивация земель..., 1975.

189

растений на отвалах различных типов Украины

297

, активности различных типов

бактерий в отвальных грунтах Чиатурского месторождения

298

и т. п. Положи-

тельное влияние лесных пород на процессы водной и ветровой эрозии установ-

лено для отвалов КМА. Рассмотренное направление исследований следует рас-

ширить и углубить, поставить специальные комплексные исследования, а в

перспективе разработать на их основе методы ускоренного формирования лес-

ного ценоза, наметить наиболее рациональный путь к быстрому и направлен-

ному восстановлению устойчивых и продуктивных растительных комплексов.

Развитие всех рассмотренных выше направлений является важной пред-

посылкой и обоснованием для разработки практических методов и приемов,

способствующих планомерному и целенаправленному регулированию процес-

сов лесовозобновления и лесоразведения на отвалах. Экспериментальный ас-

пект исследований, получивший значительное развитие во всех природных зо-

нах, занимает первостепенное место в лесоводственных исследованиях и требу-

ет особого анализа.

Биогеоценологическое обоснование

практических приемов и методов лесоразведения

Улучшение лесоастительных условий, разработка агротехнических прие-

мов создания насаждений на отвалах. подбор устойчивых и производительных

видов основываются в целом на рассмотренных выше теоретических исследо-

ваниях и на опыте лесоразведения в данной природной зоне. Вместе с тем

вследствие специфических условий нарушенных земель и для выбора наиболее

рационального способа выращивания лесов того или иного целевого назначе-

ния требуются специальные методические разработки, которые можно рас-

сматривать в следующих последовательных направлениях: 1) методы и спосо-

бы подготовки и улучшения свойств субстрата, посадки и ухода за культурами,

297

Келеберда Г.Н. Состояние лесных культур на рекультивируемых землях и данные ризосферного анализа //

Лесоводство и агролесомелиорация, 1973. Вып. 34.

298

Дараселия Н.А. Влияние на биологические процессы различных приемов рекультивации нарушенных земель

при разработке марганцевой руды в Грузии // Симпозиум по вопросам рекультивации нарушенных промыш-

ленностью территорий, ч. II. Лейпциг, 1970.

190

2) широкое испытание древесных и кустарниковых пород с последующей оцен-

кой степени их пригодности для облесения, разработка схем смешения и типов

лесокультур, 3) методы интенсификации роста, 4) разработка технологических

схем с учетом затрат и оценкой экономической эффективности лесоразведения.

Как уже упоминалось выше на отвалах нередко складываются неблаго-

приятные экологические условия. Поэтому развитие экспериментальных иссле-

дований пошло по пути выявления и биогеоценологического обоснования ме-

тодов и способов подготовки и улучшения свойств горных пород и лесорасти-

тельных условий отвалов. Они включают комплекс работ, связанных как с пла-

кировкой и формированием отвалов (степень выравнивания поверхности, оп-

тимальные размеры, устройство откосов, дренажные работы и т. п.), так и с ме-

тодами формирования поверхностного корнеобитаемого слоя.

При подготовке территории под лесные насаждения допускается менее

тщательная, чем под сельскохозяйственное использование, планировка поверх-

ности, несколько больший угол наклона, более низкие требования к качеству

грунтов и смесей, отсыпаемых в отвалы. В зависимости от условий и целей об-

лесения производится полное или частичное выравнивание поверхности отва-

лов, планировка террасами. На этапе горнотехнической рекультивации созда-

ются также оптимальные условия для ведения лесохозяйственных работ и пре-

дусматривается устройство откосов, подъездных путей, проведение дренажных

и других мелиоративных работ. Проводится первичная и вторичная (после уса-

док) планировка поверхности отвалов нанесение пригодных для роста растений

грунтов.

В случае, если слагающие поверхность отвалов породы непригодны или

малопригодны для лесоразведения, разрабатываются методы улучшения

свойств пород. Наиболее эффективны из них: 1) сплошное нанесение лесопри-

годного слоя, 2) локальное внесение плодородной земли, 3) перемешивание с

другой по составу или обладающей более благоприятными свойствами поро-

дой, либо создание из нее «прослоек» на разной глубине, 4) применение хими-

ческих и других методов для уменьшения действия токсичных веществ в поро-