Аннотация: Обоснованы методы таксации лесных насаждений на карьерах по добыче нерудных материалов. Установлена оптимальная мощность слоя рыхлых отложений на бермах и оценено её влияние на формирование растительной экосистемы. Предложена формула для прогнозирования плотности древесной растительности в зависимости от мощности слоя рыхлых отложений.
Ключевые слова: Карьер, строительный камень, рекультивация, самозарастание.
Введение
Из года в год в России возрастают объемы промышленного и гражданского строительства. Главными драйверами спроса на строительные материалы являются национальные проекты «Жилье и городская среда» и «Безопасные и качественные дороги», которые рассчитаны на период с 2019 по 2024 г. Это приводит к интенсивному росту добычи нерудных строительных материалов. С ростом спроса на строительный камень растет и число карьеров по его добыче. Такие карьеры, как правило, небольшие, однако многочисленны, поэтому площади нарушенных земель весьма значительны.
Рекультивация горных выработок на таких месторождениях, как правило, не производится из-за отсутствия или недостаточного количества плодородных пород для нанесения их на бермы бортов и дно карьеров.
Задача исследования заключается в изучении слоя рыхлых отложений, сформированного на бермах карьеров по добыче строительного камня, а также в выявлении благоприятных условий для естественного восстановления растительной экосистемы.
Методы исследований
Большинство количественных характеристик лесного покрова носят статистический характер и могут быть определены только на основе выборки описаний. Объем такой выборки в некоторой степени зависит от размера площадок, поскольку, чем обширнее охваченная описаниями суммарная площадь, тем репрезентативнее выборка. Небольшой размер площадок может быть компенсирован их большим числом, 30 площадок размером 100 м2 достаточно полно выявляют видовой состав изученных сообществ (на уровне 80 -100 %) [1]. Для выявления видового состава древесной растительности и оценки влияния мощности рыхлых отложений на плотность зарастания на бермах были проведены исследования на карьерах по добыче мрамора и доломитов в пос. Буровщина Слюдянского района, ООО «Дорожник» и «Ново-Гришевский карьер» Черемховского района.
В процессе изучения древесной растительности на бермах закладывались участки площадью 100 м2 затем на них замеряли плотность древостоя и слой рыхлых отложений (эмбриозем). На каждом участке по диагонали (конвертом) закладывались шурфы до скального основания с интервалом 2,5 м и замерялась мощность слоя рыхлых отложений (рисунок 1). Одновременно определялся состав древесной растительности, подсчитывалось общее количество крупных деревьев, измерялся их диаметр. Визуально определялась ярусность насаждений, делались фотографии, которые позволили установить видовой состав древесной, кустарниковой и травянистой растительности. При этом учитывались виды, наиболее представленные в секторе.
Для оценки процесса самозарастания межуступных площадок были применены методики таксации лесных насаждений, адаптированных для описания растительности на бермах бортов карьеров по добыче строительного камня. Маршрутным методом проходился весь участок, измерялась плотность древесной растительности, характерной для данной местности в зависимости от мощности слоя рыхлых отложений, подсчитывалось количество деревьев и крупных кустарников.
Результаты исследований
На основании количественного учета деревьев, их размера и видового состава установлено, что в условиях карьеров по добыче мрамора и доломитов на самозарастание существенное влияние оказывает мощность рыхлых отложений, сформированных на бермах бортов карьеров. На участках с небольшой мощностью рыхлых отложений (10–30 см) самозарастание происходит менее интенсивно, больше встречаются лиственные деревья и кустарники, наблюдается небольшое количество хвойных деревьев, а на участках, где мощность менее 10 см, количество деревьев не превышает 5 шт/100 м2 .
На бермах с мощностью рыхлых отложений 10–20 см количество деревьев колеблется от 5–20 шт/100 м2, а с нарастанием мощности рыхлых отложений до 40–50 см количество деревьев увеличивается до 50–87 шт/100 м2. Далее, с увеличением мощности слоя, количество деревьев остается, примерно, на этом же уровне, а при мощности слоя более 1,1 м плотность растительности практически не изменяется.
На рисунке 2 приведена установленная зависимость плотности древесной растительности от мощности рыхлых отложений в равном временном периоде. Диапазон мощности слоя рыхлых отложений (0,1–1,1 м) приведен по данным полевых исследований. Наиболее часто встречаемый слой на изученных участках заключен в этом интервале.
По результатам исследований плотность древесной растительности при мощности рыхлых отложений до 1,1 м аппроксимируется по формуле (1)
P = -5,482+1,775*М-0,009*М2, (1)
где P – плотность деревьев, шт/100 м2; М – мощность слоя рыхлых отложений, см. Коэффициент детерминации для установленной зависимости равен R = 0,946. Качественная характеристика связи по шкале Чеддока – весьма высокая.
Применение данной формулы для определения продуктивности древостоев рекомендуется для берм и дна карьера и дает возможность спрогнозировать зарастание этих участков с большой долей вероятности. Для обеспечения высокой плотности растительности и создания наиболее благоприятных условий на бермах и дне карьера необходимо создание слоя рыхлых отложений мощностью не менее 0,4–0,5 м.
Небольшая мощность слоя рыхлых отложений не позволяет дождевым и талым водам дренировать, а подпираемая скальным основанием вода остается долгое время на поверхности в виде больших луж и сезонных водоемов. Сезонность водоемов и каменистые грунты не позволяют сформироваться водной гидрофитной или макрофитной растительности [2] из-за постоянного их пересыхания, а появившаяся наземная растительность эмбриофиты во время их затопления загнивает в этих водоемах.
На участках, где мощность рыхлых отложений составляет 40–50 см, самозарастание происходит более интенсивно, увеличивается количество хвойных и лиственных деревьев. Такая мощность позволяет деревьям создать корневую систему со слабо развитым стержневым корнем, но исключительно сильно развитыми боковыми корнями, располагающимися на небольшой глубине и выполняющими механическую функцию по удержанию дерева в почве [3].
Изучение параметров рыхлых отложений на бермах и дне карьеров позволило сделать вывод о том, что формирование этого слоя зависит как от воздействия процессов ветровой и водной эрозии, так и от количества оставленного полезного ископаемого в процессе выемочных работ. Слой небольшой мощности (0,4 м и менее) заметно замедляет восстановление древесной растительности, а слой более 0,6 м не приводит к существенному улучшению зарастания, увеличивает затраты на нанесение этого слоя или приводит к увеличению потерь полезного ископаемого, если слой рыхлых отложений создается из него.
Кроме этого, большая мощность рыхлых отложений в ряде случаев приводит даже к снижению плотности древесной растительности. Это связано с уменьшением количества гумуса в верхней части рыхлых отложений из-за смыва его в более глубокие слои, а также со значительным иссушением поверхности и дренированием атмосферных осадков в нижние слои до коренных пород.
Положительным фактором для повышения интенсивности самозарастания является близость леса,достигшего возраста семенной спелости. Для хорошего естественного обсеменения достаточно 10–15 семенников на 1 га [4]. Это обеспечит хорошее лесовосстановление на расстоянии 120–140 м [5], и даже больше. Зона интенсивного обсеменения может достигать 2,5 км [6]. В этой зоне на каменистых грунтах зарастание происходит в течение 10–12 лет [7].
Выводы
- Плотность растительности, закрепившейся на бермах и дне карьеров, в значительной степени зависит от мощности слоя рыхлых отложений, сформированного на них, увеличение которого до 0,4–0,5 м способствует заметному повышению интенсивности самозарастания, а в дальнейшем менее существенно сказывается на улучшении условий восстановления деревьев и кустарников.
- В связи с низкой ценностью полезного ископаемого, добываемого на карьерах строительного материала, слой рыхлых отложений на бермах целесообразно формировать из добываемого сырья, без зачистки скального основания. Наполнение рыхлых отложений мелкими фракциями за счет их сноса с вышележащих горизонтов и процессов выветривания через некоторое время делает их пригодными для самозарастания нарушенных земель.
Библиография:
1. Заугольнова Л.Б., Браславская Т.Ю. Методические подходы к экологической оценке лесного покрова в бассейне малой реки // Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2010. - 383 с.
2. Садчиков, А. П. Гидроботаника: прибрежно-водная растительность : учебное пособие для бакалавриата и магистратуры / А. П. Садчиков, М. А. Кудряшов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 254 с.
3. Тальгамер Б. Л., Галайда К. П. Исследование условий самозарастания нарушенных земель при добыче строительного камня: материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Геонауки–2020». – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2020. – Вып. 20. – С. 172–178.
4. Молчанов А. А., Шиманюк А. П. Восстановительные процессы на концентрированных лесосеках. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1949. – 128 с.
5. Санников С. Н. Экологическая оценка естественного возобновления сосны в Припышминских борах-зеленомошниках: автореф. дис. канд. биол. наук. – Свердловск, 1966. – 31 с.
6. Ищутин Я. Н., Фокин А. С. Начальная стадия лесовосстановления гарей // Ботанические исследования Сибири и Казахстана. Барнаул, 1999. – С. 110–111.
7. Космаков В. И. Рекультивация земель, нарушенных разработками месторождений россыпного золота в Красноярском крае, как фактор техногенного преобразования ландшафтов // Лесная таксация и лесоустройство. – 2005. – Вып. 1. – С. 175–183.
Источник: 1. Галайда К.П., Тальгамер Б.Л. Загибалов А.В. Обоснование мощности слоя рыхлых отложений на скальных породах при рекультивации // Перспективы развития горно-металлургической отрасли (Игошинские чтения): мат- лы XXIII Всерос. науч.-практ. Конференции. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2023 – С. 7-12.