СПОСОБ СОЗДАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ НА ОТВАЛАХ, ОБРАЗОВАННЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
METHOD FOR CREATION OF SUSTAINABLE FOREST ECOSYSTEMS ON DUMPS FORMED DURING DEVELOPMENT OF COAL DEPOSITS BY OPEN METHOD

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при биологической рекультивации отвалов угольной промышленности, направлено на восстановление лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом.
Известен способ лесной рекультивации отвалов угольной промышленности путем посадки сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) с открытой корневой системой и нормой высадки 4 тыс. экземпляров на 1 га (Баранник Л.П. Рекомендации по созданию лесных насаждений на отвалах угольных разрезов Кузбасса. Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1989. 15 с.), принятый за аналог, недостатками которого являются: недоразвитие корневых систем деревьев вследствие травм и загибов при посадке, снижение жизненного состояния древостоев после смыкания крон, формирование мертвопокровных загущенных моноструктурных насаждений с неудовлетворительным естественным возобновлением и крайне низким видовым разнообразием по сравнению с естественными лесными экосистемами. В связи с чем способ не удовлетворяет современным требованиям ГОСТ-5 7446-2017 (Наилучшие доступные технологии. Рекультивация нарушенных земель и земельных участков. Восстановление биологического разнообразия), который определяет приоритет восстановления биологического разнообразия по образцу природных сообществ.
Известен также способ плантационно-обсеменительных культур сосны обыкновенной с повышенным генеративным потенциалом с целью последующего обсеменения территории, разработанный быстрого лесозаращивания лесных вырубок и крупных гарей, лишенных естественных источников семян главной породы, предусматривающий создание разреженных посадок, принятый за прототип. Для этого высаживаются генетически улучшенные 6-7-летние саженцы с комом земли, с нормой высадки 40-50 экз./га. Такие культуры успешно конкурируют с развитым травянистым покровом, через 8-10 лет начинают плодоносить, формируя уже в первые годы до 85 тыс. семян на 1 га. В результате территория равномерно зарастает благонадежным подростом, который формирует сомкнутые устойчивые насаждения (Тараканов В.В., Ильичев Ю.Н., Бушков Н.Т. Плантационно-обсеменительные культуры - новый метод восстановления хвойных лесов на крупных гарях // Сибирский лесной журнал. 2014. №1. С. 104-109).
Недостатками указанного способа плантационно-обсеменительных культур являются:
- Высокие стоимость приобретения и транспортировки крупномерных саженцев, а также их высадки на отвал, так как выкопка посадочных мест для таких саженцев связана с применением специализированной техники, которая на мелкоконтурных и сильно рассеченных элементах отвалов не всегда может быть использована;
- Применение малого количества саженцев в первые 10-15 лет приведет к сохранению открытых участков отвалов, подверженных эрозионным процессам, или их зарастанию по естественной схеме восстановительных сукцессий, с длительным преобладанием рудеральных травянистых видов;
- Отсутствие регламентации формирования и сохранения травянистого покрова, который при зарастании отвалов является неотъемлемым параметром восстановления биоразнообразия, ускорения почвообразования и вовлечения горных пород отвалов и биологический кругооборот;
- Невозможность создания полога возобновления в неблагоприятных условиях высокой каменистости и ксероморфности поверхностного слоя на отвалах. Густота древостоев на уровне 40-50 деревьев на 1 га даже в период II класса возраста (20-30 лет) является недостаточной для обсеменения поверхности отвалов.
Таким образом, способ плантационно-обсеменительных культур не будет обеспечивать ускоренное восстановление лесных экосистем с высоким биоразнообразием и не может быть использован в исходном виде как способ биологической рекультивации отвалов.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание на отвалах природоподобных лесных экосистем с высоким жизненным состоянием древостоев, ранним и обильным семеношением, развитым травянистым покровом с преобладанием в проективном покрытии видов, имеющих положительную и приспособительную реакции к воздействию фитогенных полей сосны обыкновенной, равномерным размещением благонадежного подроста, выраженной вертикальной ярусностью и горизонтальной дифференциацией.
Указанный технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что, согласно изобретению, посадка сосны обыкновенной на отвалы вскрышных пород осуществляется однолетними сеянцами сосны обыкновенной с закрытой корневой системой широкорядным способом с нормой высадки 400-600 растений на 1 га и с последующим полосным посевом многолетних низовых трав, обладающих положительной (в ряды) и приспособительной (в междурядья) реакцией на фитогенное поле сосны обыкновенной.
Предлагаемый способ создания природоподобных лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом, заключается в том, что на горнотехническом этапе рекультивации формируется рекультивационный слой горной массы, содержащий в приповерхностной части не менее 50% мелкозема. Посадка сосны обыкновенной проводится фенологически оптимальные сроки - до начала ростовых процессов весной и после окончания роста осенью. Для посадки используются однолетние сеянцы, выращенные по кассетной технологии из улучшенных прецизионных семян, собранных на лесосеменных плантациях (фиг. 1). Схема посадки - широкорядная, с расстоянием 1,5-2 м между сеянцами в рядах и 10-12 м - между рядами (фиг. 2). Посадка проводится вручную под лесопосадочный меч А.А. Колесова.
После высадки сеянцев проводится посев многолетних трав. Для совместного произрастания в посадках сосны предпочтительны низовые виды, которые, в отличие от верховых, не формируют высокую надземную фитомассу, не препятствуя росту культур сосны в ювенильном возрасте, не накапливают большое количество горючего материала, но развивают дернину и мощную корневую систему в приповерхностном слое горной массы, что способствует ускорению почвообразования: гумусонакоплению, увеличению доступных форм основных элементов питания и дезинтеграции каменистых включений, активизации микробиологической деятельности.
Посев многолетних трав вразброс проводится в весенний и раннелетний период, если технологические условия отвалов позволяют провести послепосевное боронование. Боронование проводится игольчатыми боронами типа БИГ-3. Без проведения боронования в весенний и раннелетний период дает возможность посева трав применение гидросеялок. При невозможности проведения боронования посев вразброс проводится осенью, перед выпадением снега, чтобы семена трав успели набухнуть, но не прорасти.
Посев трав проводится полосным способом (фиг. 2). В рядах, где в по мере роста культур сосны будут формироваться подкроновые зоны, высевают виды, имеющие положительную реакцию на фитогенное поле сосны и формирующие в естественных условиях под покровом деревьев сосны максимальные проективные покрытия, такие как мятлик луговой (Роа pratensis L.) и люцерна серповидная (Medicago falcata L.) в соотношении «злаки : бобовые» 3:1 в долях рекомендованных норм. В междурядьях, за пределами предполагаемых проекций крон - на расстоянии 2-3 м от рядов сосны, высеваются виды, имеющие приспособительную реакцию на фитогенное поле сосны и формирующие в естественных условиях в прикроновых пространствах насаждений сосны максимальные проективные покрытия, такие как клевер ползучий (Amoria repens (L.) С. Presl.), тимофеевка луговая (Phleum pratense L.) и полевица гиганская (Agrostis gigantea Roth.) в соотношении «злаки : бобовые» 1:1 в долях рекомендованных норм.
В первый год закладки насаждений травостой развивается слабо, что дает возможность сеянцам сосны хорошо укорениться и пойти в рост. На второй год многолетние травы формируют 60-70% проективного покрытия, но благодаря малой высоте травостоя культуры сосны не испытывают конкуренции и на 3-й-4-й год полностью выходят из-под влияния травостоя. В течение первых трех лет проективное покрытие высеянных трав достигает 90-100%, что препятствует поселению рудеральных растений, характерных для простых растительных группировок, и ускоряет протекание восстановительных сукцессий.
К 20-летнему возрасту созданные таким образом насаждения представляют собой лесолуговые сообщества с сомкнутостью крон 25-35% и развитым мозаичным живым напочвенным покровом (фиг. 3). В древостоях преобладают плодоносящие деревья I категории жизненного состояния с развитым фоотосинтезирующим аппаратом. В межкроновых пространствах развивается равномерно размещенный благонадежный подрост. Проективное покрытие травостоя формируют в основном, луговые виды, происходит активное поселение зональных растений (фиг. 4), отмечаются редкие и исчезающие виды. Видовой состав сообществ составляет в среднем 35-40 видов высших сосудистых растений. Фитоценозы находятся в динамическом состоянии, что является признаком их устойчивости.
Заявленный способ разработан на основании комплексный исследований, проведенных в разногустотных сосновых насаждениях на отвалах угольной промышленности в 4-х природно-климатических подзонах Кузбасса, технологии посадки кассетных сеянцев и посева трав отработаны при проведении рекультивационных работ.
Эффективность предлагаемого способа создания природоподобных лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом, оценивается за счет:
- Быстрого освоения техногенных субстратов отвалов древесной и травянистой растительности;
- Сокращения времени прохождения стадий восстановительных сукцессий растительного покрова;
- Создания многовидовых самоподдерживающихся лесных экосистем с развитым древостоем, возобновлением и сплошным мозаичным травянистым покровом;
- Повышения биоэкологической ценности бывших техногенных территорий;
- Формирование в районах с тяжелой экологической обстановкой объектов с повышенной углероддепонирующей способностью;
- Ускорения ввода рекультивируемых земель в категории земель запаса, особо охраняемых природных территорий и земель лесного фонда.