Опыт создания лесных культур на отвалах минерального сырья

УДК 630.232:553.04

опыт создания лесных культур на отвалах минерального сырья

Ю. в. ЗАРипов, аспирант,

Е. С. ЗАлЕСовА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, А. и. ЧЕРМных, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, А .г. МАгАСуМовА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, уральский государственный лесотехнический университет

Ключевые слова: отвалы, минеральное сырье, рекультивация, лесные культуры, сосна обыкновенная, искусственные насаждения.

Целью настоящей работы является анализ опыта создания лесных культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на рекультивированом отвале тантало-бериллиевого месторождения и разработка на этой основе предложений по совершенствованию рекультивации. Работы проводились на отвале № 10 ОАО «Малышевского рудоуправления». Проанализирован опыт лесной рекультивации отвалов образовавшихся в процессе добычи минерального сырья. Экспериментально доказана возможность создания на отвалах хризотил - асбеста высокопроизводительных искусственных сосновых насаждений. Для достижения желаемого результата проводится техническая рекультивация отвала, заключающаяся в создании на его поверхности слоя глины и вскрышных пород толщиной 0,8-1,0 м и его выравнивании. Лесная рекультивация заключается в создании лесных культур двухлетними сеянцами сосны обыкновенной без подготовки почвы. Из-за отсутствия конкуренции со стороны живого напочвенного покрова агротехнические уходы за лесными культурами не проводятся. Лесоводственный уход заключается в проведении прореживаний, в процессе которых вырубаются сухостойные, поврежденные, больные, необратимо угнетенные и деревья с нежелательной формой ствола и кроны. Изреживание древостоев в процессе прореживания повышает пожароустойчивость и рекреационную привлекательность насаждений. Запас опытных 40-летних лесных культур, созданных на отвале, достигает 334 м3/га, что свидетельствует о высокой производительности сформировавшихся сосновых насаждений, не уступающих по запасу искусственным сосновым насаждениям аналогичного возраста, созданным на вырубках.

experience of creating forest plantations on mineral stock refuse banks

Yu. V. ZARIPoV, post-graduate student,

E. S. ZALESoVA, candidate of agricultural sciences, assistant professor, a. i. CHERMNYKH, candidate of agricultural sciences, assistant professor, a. G. MAGASuMoVA, candidate of agricultural sciences, assistant professor, ural State Forest Engineering university

Keywords: dumps, mineral raw material, recultivation, forest plantations, common pine, artificial stands. The paper touches upon forest recultivation on dumps formed in the process of mineral raw production. The possibility to create highly productive artificial pine stands on chrysotil - asbestos dumps has been proved experimentally. To achieve the desired results tecnnical recultivation of the dump has been carried out. The lather means a layer of clay and of an overburden forming of 0.8-1.0 thickness and its posterior leveling forest recultivation lies in forest plantations forming with 2 year old plantlets of common pine without any soil preparation for lack of competition as concerns field layer chemistry maintenance of plantations is not carried out Forest management means thinning carrying on as a result of which dry, damaged, ill, irreversibly oppressed trees as well as trees with undesirable stem and crown forms are cut out Forest stat inning in the process of thinning improves fire resistance and recreative attractiveness of plantations. Deposits of experienced 40 year old forest plantations formed on the dumps number 334 m3/ha that testifies to high productiveness of pine stands formed which do not yield storage to artificial pine stands of analogous age created on cutover areas.

Положительная рецензия представлена В. А. Усольцевым, заслуженным лесоводом России, доктором сельскохозяйственных наук, профессором, главным сотрудником научного учреждения «Ботанический сад» Уральского отделения Российской академии наук.

Биология и биотехнологии

Добыча полезных ископаемых и их переработка неразрывно связаны с изъятием значительной площади земель. Указанные земли используются для складирования вскрышных пород, отходов добычи, обогащения и переработки, что делает проблематичным их использование в будущем в хозяйственных целях. Естественная рекультивация нарушенных земель зависит от химического состава отвалов, их механического состава, строения и целого ряда других факторов. К сожалению, чаще всего, естественная рекультивация растягивается на многие десятилетия [1-4], что приводит к ухудшению экологической обстановки и к загрязнению окружающей среды. В то же время искусственная рекультивация - мероприятие дорогостоящее и очень важно правильно выбрать направление рекультивации.

На Урале добыча полезных ископаемых ведется уже несколько столетий, что в совокупности с развитием переработки минерального сырья обусловило накопление тысяч гектар нарушенных земель. Поскольку в регионе доминируют земли лесного фонда, наиболее предпочтительным направлением рекультивации является лесохозяйственное, т. е. создание лесных культур на нарушенных землях. Кроме того,

известно, что искусственные насаждения нередко превосходят естественные по производительности [5-9]. Опыт рекультивации нарушенных земель и земель, загрязненных промышленными отходами, в регионе имеется [10-13]. Однако работ, касающихся создания лесных культур на отвалах тантало-берил-лиевых месторождений нами в научной литературе не обнаружено. Последнее обусловило направление наших исследований.

Цель, методика и объект исследований. Целью настоящей работы является анализ опыта создания лесных культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на рекультивированом отвале танта-ло-бериллиевого месторождения и разработка на этой основе предложений по совершенствованию рекультивации.

Работы проводились на отвале № 10 ОАО «Ма-лышевского рудоуправления». Территория района исследований, согласно схемы лесорастительного районирования Б. П. Колесникова, Р. С. Зубаревой и Е. П. Смолоногова [14] относится к округу предлесо-степных сосново-березовых лесов Зауральской равнинной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области, а согласно действующим

Таблица1

Гранулометрический состав отвала № 10

Table 1

Granulometric composition of the refuse bank № 10

Размер фракций, мм Fraction size, mm Долевое содержание, % Share, %

Менее 100 Under 100 29

101-300 30

301-600 30

601-1500 10

Более 1500 Over 1500 1

Минеральный состав отвала № 10

Table 2

Mineral composition of the refuse bank № 10

Минерал Mineral Долевое содержание, % Share, %

Плагиоклаз Plagioclase 45

Амфибол Amphibole 40

Антигорит Antigorite 5

Хлорит Chlorite 3

Тальк Talc 3

Кварц Quartz 1

Биотит Biotite 1

Прочие Other 2

Таблица 3

Таксационная характеристика древостоев ПП на рекультивированном отвале № 10 и вырубке в квартале

134 Пригородного участкового лесничества

Table 3

Taxation characteristics of forest stands on reclaimed PP refuse bank № 10 and tree-cutting in block № 134 of

suburban district forestry

Средние Average Полнота Fullness

ü ^ Состав Composition Возраст, лет Age, years Высота, м Height, m Диаметр, см Diameter, cm Густота, шт./га Density, pcs./ha Абсолютная, м2/га Absolute, m2/ha Отно сительная Relative л а s s S <5 § -2 со to Класс бонитета Quality class

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

8,1С 42 12,4 10,8 2207 20,3 0,74 127

1 1,9Б 34 9,2 9,2 804 3011 54 25,7 0,36 1,1 30 157 III

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

9,8С 42 11,9 11,0 5543 52,6 1,9 326

2 0,2Б 31 9,1 6,4 587 6130 19 54,5 11 2,0 8 334 III

9,3С 42 11,9 10,0 3788 36,4 1,3 223

3 0,7Б 35 9,2 6,7 685 2,9 0,2 17

-Ос 6,3 5,1 71 0,1 1 III

4544 39,3 1,5 241

9,3С 42 12,1 11,8 2810 30,7 1,4 240

4 0,7Б 35 9,0 8,5 524 2,9 0,2 17

-Ос 6,1 4,4 71 3405 0,1 33,7 1,6 1 258 III

8,2С 32 11,6 9,5 3429 24,0 0,9 154

5 1,3Б 31 11,9 7,1 1107 4,4 0,2 25

0,50с 11,0 11,2 179 4715 18 30,2 0,1 1,2 9 188 II

5,5С 31 11,6 11,8 1959 21,4 0,8 137

6 4,4Б 26 11,9 9,3 2469 16,8 0,9 112

0,10с 10,4 9,8 61 4489 05 38,7 1,7 2 251 II

С 42 15,5 19,5 975 29,0 0,8 275

7 Б 20 8,4 6,0 205 - - -

Ос 7,8 4,6 275

1455 29,0 0,8 275 Ia

нормативным документам [15] к Средне-Уральскому таежному лесному району таежной зоны.

В основу исследований положен метод пробных площадей (ПП). При закладке 1111 применялись широко известные апробированные методики, позволяющие получить репрезентативные данные [16, 17]. Пробные площади закладывались на отвале № 10 тантало-бериллиевого месторождения «Квартальное», входящего в группу редкометальных месторождений гранитных пегматитов Адуйского рудного поля.

Отвал имеет высоту 58 м, содержит 4340 тыс. м3 отходов. Он сложен крепкими массивными или абра-

зивными породами (86 %) и рыхлыми метаморфическими сланцами (14 %).

Представление о гранулометрическом составе содержимого отвала № 10 позволяют получить данные, приведенные в табл. 1.

Породообразующие минералы, находящиеся в отвале, представлены преимущественно плагиоклазом и амфиболом

Особого внимания заслуживает факт отсутствия в отвале вредных примесей.

В 1976 г. на части отвала площадью 3,6 га была проведена техническая рекультивация, которая заключалась в выравнивании поверхности отвала

Биология и биотехнологии

Рис. 1. Внешний вид искусственных 42-летних сосновых насаждений на рекультивированном отвале № 10

бульдозером и засыпке его потенциально плодородным грунтом слоем от 0,8 до 1,0 м. В качестве последнего использовались породы рыхлой вскрыши, заскладированные в отвал у карьера «Квартальный». Потенциально плодородный грунт был представлен суглинками.

В 1977 г. на площади 1,6 га под руководством Н. А. Волкова был выполнен биологический этап рекультивации. На 0,8 га была проведена нарезка плужных борозд через 3-3,5 м плугом ПКП-70 агрегати-руемым трактором ТДТ-55. На участке аналогичной площади подготовка почвы не проводилась. Посадка лесных культур была выполнена весной того же года двухлетними сеянцами сосны обыкновенной ручным способом под меч Колесова. Сеянцы для посадки были выращены в Асбестовском лесном питомнике. На участке с подготовленной почвой посадка производилась в дно плужных борозд, а на участке без подготовки почвы рядами. Густота посадки в том и другом случае составляла 5,0 тыс. шт/га.

Поскольку конкуренции лесным культурам со стороны живого напочвенного покрова не наблюдалось, агротехнические ухода не производились. Из-за отсутствия опасности смены пород не проводились также и лесоводственные уходы.

Нами в процессе исследований было заложено семь пробных площадей спустя 40 лет после посадки лесных культур, на которых определены основные таксационные показатели древостоев.

IIII 1 и 2 были заложены на рекультивированном отвале, где была выполнена подготовка почвы при создании лесных культур.

III1-3 и 4 заложены в искусственных насаждениях, созданных без подготовки почвы.

III1-5 и ПП-6 заложены на северном и южном склонах отвала, соответственно, а III1-7 в искусственных насаждениях аналогичного возраста, созданных на вырубке в квартале 134 Пригородного участкового лесничества.

Материалы исследований показали, что на рекультивированном отвале сформировались высокопроизводительные искусственные насаждения (табл. 3).

Материалы табл. 3 свидетельствуют о том, что запас искусственных сосновых древостоев на рекультивированном отвале достигает 334 м3/га. !ослед-нее объясняется очень высокой густотой древостоя на III1-2 (рис. 1), которая превышает 6,1 тыс. шт/га. Высокая густота искусственных сосновых древосто-ев на рекультивированном отвале объясняется двумя причинами. Во-первых, высокая густота объясняется активным процессом накопления самосева сразу после проведения технического этапа рекультивации. Материалы таблицы 3 свидетельствуют, что на склонах отвала № 10, где лесные культуры не создавались, густота древостоя составляет 4,7 тыс. шт./га (И-5) и 4,5 тыс. шт./га (И-6).

Второй причиной высокой густоты искусственных сосновых насаждений является отсутствие ле-соводственных уходов.

ния их прироста и, как следствие этого, повышения класса бонитета.

Выводы.

1. Одним из эффективных направлений биологической рекультивации отвалов тантало-бериллиевого месторождения является лесохозяйственное - путем создания искусственных сосновых насаждений.

2. Искусственные сосновых насаждения, созданные при отсыпке поверхности отвала вскрышными породами толщиной 0,8-1,0 м имеют в 42-летнем возрасте запас древесины до 334 м3/га.

3. В целях экономики затрат на рекультивацию можно рекомендовать уменьшение толщины слоя потенциально-плодородного грунта до 30-50 см и отказ от агротехнических уходов и лесоводственных уходов за составом.

4. В целях повышения пожароустойчивости и рекреационной привлекательности искусственных насаждений на рекультивированном отвале рекомендуется проводить прореживания. В процессе последних, помимо удаления нежелательных с лесовод-ственной точки зрения деревьев и снижения густоты древостоев, целесообразна обрезка сучьев у оставленных на доращивание деревьев на высоту до 2,5 м.

литература

1. Czuchajowska Z., Straczek T. Generative reproduction of Vaccinium myrtillus in laboratory conditions and the influence of zinc cmelter emissions on it // Acta Soc. Bot. Pol. 1981. Vol. 50. № 4. P. 663-672.

2. Schier G. A. Response of red spruce and balsam fir sledlings to aluminum toxicity in nutrient solutions // Can. J. For. Res. 1985. Vol. 15. № 1. P. 29-33.

3. Хайретдинов А. Ф., Залесов С. В. Введение в лесоводство. Екатеринбург, 2011. 202 с.

4. Залесов С. В., Невидомова Е. В., Невидомов А. М., Соболев Н. В. Ценопопуляции лесных и луговых видов растений в антропогенно нарушенных ассоциациях Нижегородского Поволжья и Поветлужья. Екатеринбург, 2013. 204 с.

5. Данилик В. Н., Исаева Р. П., Терехов Г. Г., Фрейберг И. А., Залесов С. В., Луганский В. Н., Луганский Н. А. Рекомендации по лесовосстановлению и лесоразведению на Урале. Екатеринбург, 2001. 117 с.

6. Залесов С. В., Лобанов А. Н., Луганский Н. А. Рост и продуктивность сосняков искусственного и естественного происхождения. Екатеринбург, 2002. 112 с.

7. Осипенко А. Е., Залесов С. В. Запас искусственных сосновых древостоев в аридных условиях // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1. URL : www.science-education.ru/121-18520.

8. Залесов С. В., Суюндиков Ж. О., Данчева А. В., Рахимжанов А. Н., Ражанов М. Р. Опыт лесоразведения в сухой типчаково-ковыльной степи Северного Казахстана // Защитное лесоразведение, мелиорация земель, проблемы агроэкологии и земледелия в Российской Федерации. Волгоград, 2016. С. 109-113.

9. Юсупов И. А., Луганский Н. А., Залесов С. В. Состояние искусственных сосновых молодняков в условиях аэропромвыбросов. Екатеринбург, 1998. 185 с.

10. Залесов С. В., Ужгин Ю. В., Залесова Е. С. Искусственное лесовосстановление на территориях загрязненных радионуклидами // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 2. URL : www.science-education.ru/116-12323.

11. Залесов С. В., Залесова Е. С., Зверев А. А., Оплетаев А. С., Терин А. А. Формирование искусственных насаждений на золотвале Рефтинской ГРЭС // Лесной журнал. 2013. № 2. С. 66-73.

12. Залесов С. В., Азбаев Б. О., Данчева А. В., Рахимжанов А. Н., Ражанов М. Р., Суюндиков Ж. О. Искусственное лесоразведение вокруг г. Астаны // Современные проблемы науки и образования, 2014. № 4. URL : www.science-education.ru/118-13438.

13. Фрейберг И. А., Залесов С. В., Толкач О. В. Опыт создания искусственных насаждений в лесостепи Зауралья : монография. Екатеринбург, 2012. 121 с.

По причине высокой густоты древостои пробных площадей характеризуются чрезвычайно высокими показателями относительной полноты. Другими словами, материалы исследований свидетельствуют о необходимости разработки для искусственных сосновых насаждений новых стандартных таблиц сумм площадей поперечных сечений и запасов.

В то же время высокая густота древостоев обуславливает усиленную конкуренцию между деревьями и III класс бонитета, в то время как искусственные сосновые насаждения, созданные на вырубке при густоте 1,5 тыс. шт./га, характеризуются 1а классом бонитета.

Материалы экспериментальных исследований лесных культур, созданных на отвале, позволяют предложить проведение прореживаний, в ходе которых, помимо уборки нежелательных с лесоводствен-ной точки зрения деревьев, необходимо провести обрезку сучьев на высоту более 2,5 м. Последнее обеспечит повышенную пожароустойчивость формируемых на отвалах сосняков и их рекреационную привлекательность [18-19]. За счет снижения конкуренции между деревьями следует ожидать увеличе-

_Биология и биотехнологии

14. Колесников Б. П., Зубарева Р. С., Смолоногов Е. П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Свердловск, 1974. 177 с.

15. Об утверждении Перечня лесорастительных зон Российской Федерации и Перечня лесных районов Российской Федерации : приказ Минприроды России от 18 августа 2014 г. N° 367 // Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти. 2015. № 6.

16. Бунькова Н. П., Залесов С. В., Зотеева Е. А., Магасумова А. Г. Основы фитомониторинга. Екатеринбург, 2011. 89 с.

17. Данчева А. В., Залесов С. В. Экологический мониторинг лесных насаждений рекреационного назначения. Екатеринбург, 2015. 152 с.

18. Залесов С. В., Залесова Е. С., Оплетаев А. С. Рекомендации по совершенствованию охраны лесов от пожаров в ленточных борах Прииртышья. Екатеринбург, 2014. 67 с.

19. Залесов С. В., Годовалов Г. А., Кректунов А. А., Платонов Е. П. Защита населенных пунктов от природных пожаров // Аграрный вестник Урала. 2013. № 2. С. 34-36.

References

1. Czuchajowska Z., Straczek T. Generative reproduction of Vaccinium myrtillus in laboratory conditions and the influence of zinc cmelter emissions on it // Acta Soc. Bot. Pol. 1981. Vol. 50. № 4. P. 663-672.

2. Schier G. A. Response of red spruce and balsam fir sledlings to aluminum toxicity in nutrient solutions // Can. J. For. Res. 1985. Vol. 15. № 1. P. 29-33.

3. Hayretdinov A. F., Zalesov S. V. Introduction to forestry. Ekaterinburg, 2011. 202 p.

4. Zalesov S. V., Nevidomova E. V., Nevidomov A. M., Sobolev N.V. Cenopopulations of forest and meadow species of plants in technogenically broken associations of the Nizhny Novgorod Volga region and Povetluzhya. Ekaterinburg, 2013. 204 p.

5. Danilik V. N., Isaeva R. P., Terekhov G. G., Freyberg I. A., Zalesov S. V., Luganskiy V. N., Luganskiy N.A. Recommendations about reforestation and afforestation in the Urals. Ekaterinburg, 2001. 117 p.

6. Zalesov S. V., Lobanov A. N., Luhansk N.A. Growth and efficiency of pine forests of artificial and natural origin. Ekaterinburg, 2002. 112 p.

7. Osipenko A. E., Zalesov S. V. Stock of artificial pine forest stands in arid conditions // Modern problems of science and education. 2015. № 1. URL : www.science-education.ru/121-18520.

8. Zalesov S. V., Suyundikov Zh. O., Dancheva A. V., Rakhimzhanov A. N., Razhanov M. R. Experience of afforestation in the dry fescue-feather grass steppe of Northern Kazakhstan // Protective afforestation, land reclamation, problems of agroecology and agriculture in the Russian Federation. Volgograd, 2016. P. 109-113.

9. Yusupov I. A., Luganskiy N. A., Zalesov S. V. State of artificial pine young growths in the conditions of aerial industry pollution. Ekaterinburg, 1998. 185 p.

10. Zalesov S. V., Uzhgin Yu. V., Zalesova E. S. Artificial reforestation in territories the polluted by radionuclides // Modern problems of science and education. 2014. № 2. URL : www.science-education.ru/116-12323.

11. Zalesov S. V., Zalesova E. S., Zverev A. A., Opletayev A. S., Terin A. A. Formation of artificial plantings on the zolotval of Reftinsky state district power plant // Forest Journal. 2013. № 2. P. 66-73.

12. Zalesov S. V., Azbayev B. O., Dancheva A. V., Rakhimzhanov A. N., Razhanov M. R., Suyundikov Zh. O. Artificial afforestation around Astana // Modern problems of science and education, 2014. № 4. URL : www.science-education.ru/118-13438.

13. Freyberg I. A., Zalesov S. V., Tolkach O. V. Experience of creation of artificial plantings in the forest-steppe of the Trans-Ural region: monograph. Ekaterinburg, 2012. 121 p.

14. Kolesnikov B. P., Zubareva R. S., Smolonogov E. P. Forest vegetation conditions and types of the woods of Sverdlovsk region. Sverdlovsk, 1974. 177 p.

15. On the approval of the List of forest vegetation zones of the Russian Federation and the List of forest regions of the Russian Federation : order of the Ministry of Natural Resources and Environmental Protection of the Russian Federation of August 18, 2014 № 367 // Bulletin of regulations of federal executive authorities. 2015. № 6.

16. Bunkova N. P., Zalesov S. V., Zoteeva E. A., Magasumova A. G. Bases of phytomonitoring. Ekaterinburg, 2011. 89 p.

17. Dancheva A. V., Zalesov S. V. Environmental monitoring of forest plantings of recreational appointment. Ekaterinburg, 2015. 152 p.

18. Zalesov S. V., Zalesova E. S., Opletayev A. S. Recommendations about improvement of forest conservation from the fires in tape pine forests of Irtysh Land. Ekaterinburg, 2014. 67 p.

19. Zalesov S. V., Godovalov G.A., Krektunov A. A., Platonov E. P. Protection of settlements against the natural fires // Agrarian Bulletin of the Urals. 2013. № 2. P. 34-36.