Оценка опыта биологической рекультивации золоотвалов

Оценка опыта биологической рекультивации золоотвалов*

Н.В. Лукина, к.б.н., Е.И. Филимонова, к.б.н.,

М.А. Глазырина, к.б.н., Уральский ФУ

Быстрый рост городов и развитие промышленности приводят к коренным, часто необратимым изменениям ландшафта, в первую очередь их основного компонента — естественной растительности. Одной из форм антропогенного нарушения целостности ландшафта являются золоотвалы тепловых электростанций. Занимая большие площади, они являются постоянным источником загрязнения воздуха и почвы. Для восстановления нарушенных площадей и предотвращения вредного влияния их на природную среду проводится рекультивация земель. Конечной целью биологической рекультивации является создание на поверхности отвалов продуктивных биогеоценозов преимущественно сельскохозяйственного и лесохозяйственного

назначения или озеленение с целью санитарногигиенического оздоровления и создания зон отдыха. Работы по рекультивации отвалов актуальны и полностью соответствуют задачам охраны природы и улучшения санитарного состояния населённых пунктов [1].

Цель и методика исследований. Целью работы является оценка опыта биологической рекультивации на золоотвале Верхнетагильской ГРЭС (ВТГРЭС), расположенном в Свердловской области (восточный склон Среднего Урала, таёжная зона, подзона южной тайги; 57°20ГК и 59°56'Е), общей площадью 125 га.

Биологическая рекультивация на части золо-отвала начата в 1968—1970 гг. (через 3 года после прекращения подачи пульпы) и продолжалась в последующие годы. При биологической рекультивации ставилась задача быстрой консервации золоотвала с целью прекращения дефляции золы,

* Работа выполнена при финансовой поддержке программы РФФИ-Урал грант №10-04-96006

водной и ветровой эрозии субстрата. Конечным результатом биологической рекультивации было создание на золоотвале растительного покрова санитарно-гигиенического назначения с частичным хозяйственным использованием. Применялось нанесение слоя глинистого грунта толщиной 10—15 см полосами шириной 6—10 м с таким же по размеру межполосным пространством с ориентацией полос поперёк господствующего направления ветров. Большинство полос было засеяно многолетними травами (Agropyron cristatum (L.) Beauv., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub., Festuca rubra L., Medicago media Pers., Onobrychis arenaria (Kit.) DC. и др.), часть отвала была оставлена под самозарастание. В результате проведённых работ образовался разнообразный спектр экотопов, включающий: участки нерекультивированной территории на «чистой» золе с разной степенью увлажнения и первично рекультивированная территория с полосным нанесением грунта. Изучение формирования растительности на золоотвале проводилось по общепринятым методикам в течение 30 лет, начиная с 10-летнего (1980 г.) и заканчивая 40-летним возрастом растительных сообществ [2, 3].

Результаты исследований. Через 10 лет после проведения биологической рекультивации на участках «чистой» золы при достаточном увлажнении субстрата формируются бескильницевые группировки (Puccinelladistans (Jacq.) Pari., P. hau-ptiana Krecz.). На участках самозарастания рекультивированной территории на полосах грунта формируются злаково-разнотравные растительные группировки с преобладанием Elytrigia repens (L.) Nevski, Poa pratensis L., Deschampsia cespitosa (L.) Beauv., Artemisia vulgaris L., на межполосном пространстве на «чистой» золе — более обеднённые по видовому составу, разреженные растительные группировки с высоким обилием Melilotus officinalis (L.) Pall. и M. albus Medik. и значительным участием Deschampsia cespitosa и Festuca rubra, отмечается появление подроста древесных и кустарниковых растений.

К 2011 г. на золоотвале ВТГРЭС (через 40 лет после проведения биологической рекультивации) на «чистой» золе сформировались заросли Calamagrostis epigeios (L.) Roth. (cop2), содоминантами которого являются Cirsium setosum (Willd.) Bess. (cop^ и Deschampsia cespitosa (sp—cop1) c рединой ив и берёз (Betula pendula Roth, B. pubescens Ehrh.). На десятках гектаров сформировался закустаренный щучковый луг. Доминант сообщества Deschampsia cespitosa, (cop2, встречаемость — 93,3%), содоминанты — Calamagrostis epigeios (cop^, Poa pratensis, Hieracium umbellatum L., Chamaenerion angustifolium (L.) Holub (sp—cop1). Древесные виды представлены

подростом (до 1,5 м) Populus tremula L. (sol—sp), Betula pendula (sol—sp), Pinus sylvestris L. (sol), Salix myrsinifolia Salisb. (sol).

На первично рекультивированных территориях на полосах с нанесённым грунтом сформировались разнотравно-злаковые и разнотравные растительные сообщества. Общее проективное покрытие (ОПП) на полосах грунта достигает 90—100%, на золе — 60—80%. Как на золе, так и на полосах грунта высокое обилие (cop1-2) имеют такие виды, как Pimpinella saxífraga L., Euphorbia virgata Waldst. et Kit., Achillea millefolium L., Picris hieracioides L., Festuca rubra, на грунте, кроме того, преобладают: Poa pratensis, Centaurea scabiosa L., Lathyrus pratensis L., Vicia cracca L.; на золе — Stellaria graminea L., Melandrium album (Mill.) Garcke.

На золе вдоль дамбы сформировался мелколиственный лес, характеризующийся довольно высокой сомкнутостью — 0,6—0,7 и сложной вертикальной структурой. В верхнем древесном ярусе доминируют мелколиственные породы, такие, как Populus tremula (cop2), Betula pendula (cop2) и B. pubescens (cop^, Salix caprea L. (sp). Хвойные породы — Pinus sylvestris (sol) и Picea obovata Ledeb. (sol) входят в нижний подполог. Кустарниковый ярус сложен из Chamaecytisus ruthenicus (Fisch. ex Woloszcz.) Klaskova, Rosa acicularis Lindl., Salix myrsinifolia и Salix pentandra L., подроста Sorbus aucuparia L., Viburnum opulus L., Padus avium Mill., высота которых варьирует от 0,7—0,8 м до 3,5 м (ОПП — 15—20%, местами до 30%). Общее проективное покрытие травянистого яруса составляет 30—35%. Наибольшую встречаемость из травянистых растений имеют Amoria repens (L.) C. Presl и Trifolium pratense L., Festuca rubra, Poa pratensis, Calamagrostis epigeios, Vicia cracca, Pyrola media Sw. Моховой покров не развит, отдельные пятна приурочены к основаниям стволов деревьев.

На значительной части золоотвала в результате самозарастания золы и грунта формируются лесные фитоценозы, близкие к зональному типу с существенной долей участия, а иногда с доминированием Pinus sylvestris (cop2—cop3), Betula pendula, B. pubescens, Populus tremula (cop^. В виде подроста встречаются Picea obovata (sp gr) и Pinus sibirica (Rupr.) Mayr (sol), а также единичные экземпляры Larix sibirica Ledeb. и Abies sibirica Ledeb.

Формируется кустарниковый ярус из Sorbus aucuparia, Padus avium. С увеличением возраста золоотвала и степени сформированности лесных фитоценозов усиливается их влияние на окружающую среду, на трансформацию травянистой растительности в этих сообществах в сторону увеличения разнообразия лесных видов, сопровождающееся уменьшением обилия и выпадением из состава формирующихся раститель-

14

£ J2 12 У ^

¡2 н-т

в ¿

и О

п

и

ffl

10

8

6

4

2

0

1

За

36

злаки  бобовые  разнотравье

Участки

Рис. - Производительность травянистых сообществ на участках золоотвала:

1 - культурфитоценоз; 2 - щучковый луг

ных сообществ некоторых сорно-рудеральных видов. Так, в кустарничковом ярусе появляются такие виды, как Vaccinium vitis-idaea L., Orthilia secunda (L.) House, Pyrola rotundifolia L., P. media, Moneses uniflora (L.) A. Gray; в травянистом ярусе — Fragaria vesca L., Aegopodium podagraria L., Rubus saxatilis L.

На вторично рекультивированной территории после раскорчёвки кустарников и сплошного нанесения слоя торфа в начале 1990-х г. был произведён посев многолетних трав. При использовании комплекса органических и минеральных удобрений были созданы и в течение 15 лет поддерживались (постоянный уход и скашивание) продуктивные пастбищно-сенокосные угодья, представляющие собой разнотравнозлаковые фитоценозы с доминированием Bro-mopsis inermis (сор1) и Festuca rubra (sp gr—cop1) с общим проективным покрытием (ОПП) до 90-100%.

Через 20 лет наблюдается небольшое снижение ОПП данных культурфитоценозов (80-90%). Доля Bromopsis inermis в общей фитомассе составляет 51,32%. При прекращении сенокошения происходит снижение плотности побегов Bromopsis inermis с 408 (2004 г.), 250 (2010 г.) до 173 (2011 г.) шт/м2. Доля участия вегетативных побегов Bromopsis inermis в травостое культурфитоценозов увеличивается с 75 до 91%, а затем снижается до 64%.

При анализе изменения биометрических показателей побегов Bromopsis inermis было выявлено, что масса побега остаётся неизменной (1,7 г), причём увеличивается высота побега (с 94,8 в 2004 г. до 108,0 см в 2011 г.), масса соцветия (с 0,27 до 1,42 г), длина соцветия (с 13,9 до 17,2 см), но уменьшается количество цветков в соцветии (в среднем с 180 до 163 шт. соответственно).

При хозяйственной оценке растительных сообществ одним из наиболее важных показателей является их продуктивность. В 10-летних растительных группировках в условиях золоотвала вес воздушно-сухой массы надземных органов составлял в среднем на золе 4,56 ц/га (изменялся от 0,22 ц/га до 7,32 ц/га), на золе с грунтовым покрытием 17,4 ц/га (изменялся от 4,04 ц/га до 24,6 ц/га). В среднем производительность формирующихся сообществ на грунте была в 4 раза больше, чем на золе.

Через 40 лет после проведения биологической рекультивации продуктивность растительных сообществ, сформировавшихся на полосах грунта, в 1,3 раза выше, чем на полосах золы, и в 1,5 раза выше, чем на золе (рис.).

Заключение. Рекультивационные мероприятия (полосное нанесение грунта) на золоотвале Верхнетагильской ГРЭС ускоряют формирование растительного покрова, меняют направление развития фитоценозов, способствуют созданию устойчивых, продуктивных и хозяйственно ценных растительных сообществ.

Оценка опыта создания культурфитоценозов на золоотвале Верхнетагильской ГРЭС показала, что Bromopsis inermis (Leyss.) Holub. является устойчивым и перспективным видом при восстановлении подобных нарушенных земель. Прекращение хозяйственной деятельности (сенокошение) приводит к снижению продуктивности кострецовых культурфитоценозов.

Литература

1. Чибрик Т.С., Батурин Г.И. Биологическая рекультивация нарушенных промышленностью земель. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2003. 36 с.

2. Чибрик Т.С., Лукина Н.В., Филимонова Е.И., Глазырина М.А. Экологические основы и опыт биологической рекультивации нарушенных промышленностью земель. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2011. 286 с.

3. Махнев А.К. и др. Экологические основы и методы биологической рекультивации золоотвалов тепловых электростанций на Урале. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 356 с.