СПОСОБ СОЗДАНИЯ МНОГОЯРУСНЫХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ НА ОТВАЛАХ, ОБРАЗОВАННЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ В ТАЕЖНОМ РАЙОНЕ
METHOD FOR CREATION OF MULTI-TIER FOREST ECOSYSTEMS ON DUMPS FORMED DURING DEVELOPMENT OF OPEN-PIT COAL DEPOSITS IN TAIGA REGION

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 в таежных районах.
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, формировании типов местообитаний, нехарактерных для таежных ландшафтов. В связи с чем способ не удовлетворяет требованиям ГОСТ-57446-2017 (Наилучшие доступные технологии. Рекультивация нарушенных земель и земельных участков. Восстановление биологического разнообразия), который определяет приоритет восстановления биологического разнообразия по образцу естественных экосистем, функционирующих на данной территории.
Известен также способ создания устойчивых лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом, путем создания фитоценозов сосны обыкновенной со здоровым 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, принятый за прототип. Для этого проводится посадка сосны обыкновенной однолетними сеянцами 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. В результате территория равномерно зарастает благонадежным подростом, который формирует сомкнутые устойчивые насаждения (Патент №2731345 Способ создания устойчивых лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом. Автор Уфимцев В.И.).
Недостатками указанного способа создания устойчивых лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом, являются:
- Бедность видового состава древесной растительности при формировании моновидовых популяций сосны обыкновенной, создание которых преимущественно преследует цель последующего их хозяйственного использования;
- Нерешенность проблемы сохранения биологического разнообразия, даже в виде устойчивых самовоспроизводимых разновозрастных ценопопуляций;
- Нетипичность сосновых монокультур для растительного окружения отвалов месторождений каменного угля, расположенных в таежных районах, так как такие участки рекультивации по своим биосферным характеристикам становятся экоклинами;
- Сохранение высокой опасности проникновения под несомкнутый полог материнских древостоев инвазивных древесных видов, в частности, клена американского, который способен занять нижний лесной ярус, а в последствии и основной, до того, как произойдет продуктивное обсеменение поверхности участка рекультивации и формирование благонадежного подроста.
Таким образом, способ создания устойчивых лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом не будет обеспечивать восстановление лесных экосистем с высоким биоразнообразием до состояния, максимально приближенному к структуре и функциям к горно-таежных экосистемам и не может быть использован как способ восстановления на отвалах растительных сообществ, характерных для горно-таежных районов.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание многоярусных природоподобных лесных экосистем со здоровым жизненным состоянием древостоев на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом в таежных районах, включающий посадку древостоев с выраженный вертикальной ярусностью и горизонтальной дифференциацией, отличающийся тем, что производят посадку аборигенных таежных видов, формирующих лесной полог, состоящий из первого лесного подъяруса из ели сибирской (Е) и лиственницы сибирской (Л), и второго яруса из кедра сибирского (К), подлесок из рябины сибирской (Р), и кустарниковый ярус, состоящий из первого подъяруса из караганы древовидной (Кар) и второго подъяруса из спиреи дубравколистной (Сп) и кизильника блестящего (Киз), по схеме посадки с юга на север: Киз - Л - Л - Сп - Кар - К - К - Е - Е - Р - Киз - Л, при этом расстояние между рядами растений равно 2,5 м или 4,5 м, а в ряду между растениями - 1,2 или 2 м. (фиг. 1).
Указанный технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что, согласно изобретению, посадка деревьев и кустарников проводится трехлетними саженцами с закрытой корневой системой в количестве, соответствующему лесному регламенту нормы высадки таких саженцев - 2000 шт./га, в том числе: ель сибирская - 400 шт./га, лиственница сибирская - 400 шт./га, кедр сибирский - 400 шт./га, рябина сибирская - 200 шт./га, карагана древовидная - 200 шт./га, спирея дубравколистная - 200 шт./га, кизильник блестящий - 200 шт./га (фиг. 2).
Такое сочетание деревьев, кустарников и трав позволяет смоделировать максимальное заполнение экологических ниш местообитания с учетом факторов освещенности, аллелопатического режима, режима питания, накопления органического вещества, естественного поселения таежных травянистых видов и формирования среды обитания для таежной фауны.
Ель сибирская (Е) и лиственница сибирская (Л), обладая максимальным среди указанных древесных видов линейным приростом, быстро занимают господствующее положение и формируют лесной полог. При этом ель сибирская, являясь темнохвойной породой, хорошо растет при значительном затенении, в том числе на уклонах северных и восточных экспозиций, а лиственница сибирская, являясь светлохвойной породой, способствует осветлению местообитаний в целом и обеспечивает благоприятный режим инсоляции для подчиненных ярусов. Кроме того, внедрение лиственницы в состав древостоя значительно снижает огневую мощь низовых пожаров, характерных для молодых древесных культур на отвалах, так как опад лиственницы слабо подвержен горению.
Кедр сибирский (К) также рассматривается как вид-эдификатор таежных экосистем, однако его ход роста в 1,5-2 раза ниже, чем ели и лиственницы, поэтому он, с одной стороны, не препятствует быстрому росту последних, а с другой - успешно произрастает под сочетанным влиянием их разреженных древостоев. Впоследствии, в период средневозрастных насаждений (40-60 лет) и старше, кедр должен достигнуть высоты основного яруса и сформировать вместе с елью и лиственницей сомкнутый лесной полог. Однако на стадиях молодняков I и II классов возраста, до смыкания крон, кедр не будет оказывать подавляющего воздействия на расположенные ниже ярусы лиственных деревьев и кустарников. Биосферное значение кедра в смешанных культурах существенно дополняется тем, что он является источников кормовых ресурсов, так как кедровые орехи составляют основу рациона многих таежных видов животных, появление которых в новообразованных природоподобных растительных сообществах способствует привлечению других видов животного мира и повышению, таким образом, фаунистического разнообразия.
Нижний лесной ярус (подлесок) в лесных экосистемах горно-таежных районов формируют деревья третьей величины, из которых наиболее устойчивым при произрастании на отвалах является рябина сибирская (Р). Благодаря теневыносливости рябина хорошо растет под покровом хвойных пород, а при сочетании темнохвойного и светлохвойного компонентов рябина образует долголетние особи с ежегодным обильным плодоношением ягод. Этот фактор, в свою очередь, также имеет существенное значение в качестве кормовой базы для лесной орниофауны, экскременты которых способствуют накоплению быстроразлагаемого и гумифицируемого органического вещества, и, как следствие - запускает трофическую цепочку: почвенная микробиота - хонтобиота - мелкие млекопитающие - хищники.
В таежных экосистемах велико значение кустарникового яруса. Наиболее устойчивым кустарниковым видом, хорошо произрастающим на отвалах, является карагана древовидная (Кар). Как представитель семейства Бобовые, карагана, благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, способствует стабилизации азотного режима местообитания. Карагана устойчива к отенению - даже после смыкания лесного полога она сохраняет благонадежное жизненное состояние и занимать свободные пространства. Карагана формирует верхний кустарниковый подъярус, не препятствия развитию низкорослых кустарников и травостоя.
Из числа представителей нижнего кустарникового подъяруса наибольшей устойчивостью на отвалах обладают спирея дубравколистная (Сп) и кизильник блестящий (Киз). В свою очередь, спирея хорошо произрастает под покровом темнохвойных древесных пород в условиях достаточного увлажнения, а кизильник - на более инсолируемых участках с неустойчивым водным режимом под покровом светлохвойных пород и на периферии древесных массивов с южной и западной экспозиций.
Предлагаемый способ создания многоярусных лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом, заключается в том, что на горнотехническом этапе рекультивации формируется рыхлый рекультивационный слой горной массы мощностью не менее 0,8-1 м, содержащий в приповерхностной части не менее 50% мелкозема и обеспечивающий рост корней деревьев и кустарников в соответствии с естественными особенностями. Посадка проводится рядовым способом по следующей схеме с юга на север: Киз - Л - Л - Сп - Кар - К - К - Е - Е - Р - Киз - Л. Расстояние между рядами - 2,5 или 4,5 м, в ряду между растениями - 2 или 1,2 м соответственно (фиг 3).
Для посадки используются трехлетние саженцы с закрытой корневой системой при объеме корневого кома 1 л, которые могут быть высажены с ранней весны до поздней осени в течение всей вегетации. Посадка проводится в подготовленные лунки соответствующего размера, с припосадочным внесением комплексных удобрений пролонгированного действия и гидрогеля в рекомендованных на 1 вегетационный период. Удобрения пролонгированного действия обеспечивают рост надземной фитомассы и корневой системы саженцев, а гидрогель способствует регуляции водного режима растений на этапе приживаемости.
Применение такого способа позволяет значительно расширить период посадочных работ, добиться повышенной приживаемости саженцев, снизить до минимума постпересадочный стресс у растений, обеспечить быстрый рост культур в высоту, нивелировать подавляющее воздействие рудеральной растительности, активно развивающейся на начальных этапах растительной сукцессии на отвалах, существенно сократить или полностью исключить мероприятия по уходу за насаждениями. В 20-ти летнем возрасте такие насаждения уже будут обладать всеми признаками природоподобных сообществ - хвойные породы сформируют лесной полог с сомкнутостью крон 35-50%, лиственные породы вступят в период обильного плодоношения, кустарники в ходе семенного и генеративного размножения разовьют разновозрастные популяции, будет происходить поселение травянистых таежных видов. Многоярусные насаждения будут вовлечены в экосистемные процессы окружающих таежных ландшафтов.
Заявленный способ разработан на основании многолетних мониторинговых исследований на старовозрастных участках рекультивации и участков самозарастания отвалов в горно-таежной подзоне Кузбасса (Междуреченская группа разрезов), и по результатам экспериментальных работ по применению саженцев с закрытой корневой системой и повышению эффективности работ по лесной рекультивации.
Эффективность предлагаемого способа создания многоярусных лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом в таежных районах, оценивается за счет:
- Подбора аборигенных видов деревьев и кустарников, занимающих различные экологические ниши, обеспечивающие благоприятный световой режим, водный режим и режим питания растений;
- Восстановления облика таежных экосистем без промежуточных стадий сукцессии;
- Обеспечения кормовой базы и мест гнездования для таежной орнитофауны;
- Запуска трофических цепей для функционирования всех звеньев таежного фаунистического разнообразия;
- Восстановления нарушенных угледобычей земель до состояния, максимально приближенному к структуре ненарушенных таежных экосистем;
- Ускорения ввода рекультивированных земель в категории земель запаса, особо охраняемых природных территорий и земель лесного фонда.