Результаты исследования лесной рекультивации с посадкой ели сибирской на породных отвалах угольного разреза "Бородинский"

УДК 622.85:622.332.012.3(571.51) © И.В. Зеньков, А.С. Морин, М.А. Рагозина, Ю.А. Анищенко, В.В. Жукова, 2019

Результаты исследования лесной рекультивации с посадкой ели сибирской на породных отвалах угольного разреза «Бородинский»

— DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-2-81-84

В статье представлены результаты многолетнего экологического мониторинга состояния ели сибирской, высаженной на породных отвалах угольного разреза «Бородинский». Установлена высота елей в возрасте 11 лет, а также исследовано влияние основных факторов на этот показатель. Представлены зависимости высоты деревьев от состава горных пород, уложенных в поверхностном слое породного отвала. Ключевые слова: угольный разрез «Бородинский», породные отвалы, восстановление нарушенных земель, лесная рекультивация, экологические показатели, техногенная продуктивная смесь, лесные экосистемы.

ВВЕДЕНИЕ

Анализ общемировых тенденций в развитии энергетики показывает, что объем добычи энергетических углей в ближайшие годы будет увеличиваться [1]. Аналогичная динамика просматривается в деятельности угольных разрезов, работающих на месторождениях Канско-Ачинского бассейна [2]. Как известно, угольные разрезы восстанавливают экобаланс путем проведения работ по рекультивации нарушенных земель. Решению прикладных задач в области рекультивации территорий горнопромышленных ландшафтов, созданных при разработке угольных месторождений открытым способом, посвящены работы российских и зарубежных исследователей [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. Обзор этих источников и других работ подтвердил актуальность и необходимость наших исследований, поскольку в первых отсутствуют исследования результатов лесной рекультивации на отвалах угольных разрезов Канско-Ачинского бассейна.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

В ходе полевых экспедиций по исследованию состояния искусственных лесопосадок с использованием саженцев ели сибирской (Pícea obováta), проведенных в период с 2015 по 2018 г. на территории восточного сектора внутренних породных отвалов угольного разреза «Бородинский» коллективом научно-практической школы, созданной И.В. Зеньковым, получены следующие результаты.

В этом секторе внутренних отвалов в апреле-мае 2008 г. выполнены работы по горнотехнической рекультивации с использованием мощного бульдозера типа ДЭТ-250 (Т-330), в результате которой проведено выполаживание откосов отвалов железнодорожной вскрыши, отсыпанных драглайном ЭШ-10/70 в более ранних периодах. На втором - биологическом этапе была произведена высадка

ЗЕНЬКОВ Игорь Владимирович

Доктор техн. наук, Заслуженный эколог РФ, профессор Сибирского федерального университета, профессор ФГБУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва», 660049, г. Красноярск, Россия, e-mail: zenkoviv@mail.ru

МОРИН Андрей Степанович

Доктор техн. наук, заведующий кафедрой

ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 660041, г. Красноярск, Россия

РАГОЗИНА Марина Алексеевна

Канд. экон. наук,

доцент ФГБУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва»,

доцент ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный

университет»,

660049, г. Красноярск, Россия

АНИЩЕНКО Юлия Анатольевна

Канд. экон. наук, заведующая кафедрой

ФГБУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва», 660049, г. Красноярск, Россия

ЖУКОВА Валентина Владимировна

Магистрант ФГБУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва», инженер Института вычислительных технологий СО РАН,

630090, г. Новосибирск, Россия

саженцев сосны и ели. В ходе визуального осмотра было отмечено весьма позитивное состояние сосен, чего нельзя было сказать про состояние елей. Контуры территории с посадками елей площадью 5,6 га показаны линией желтого цвета на рис. 1.

На исследуемой территории выделены участки, поверхностный слой которых мощностью 1-2 м сложен широким спектром горных пород: алевролитами серого цвета и техногенной смесью горных пород четвертичного возраста - суглинков, глин, супесей, песков, остатков гу-муссодержащих почвенных слоев с небольшим объемом алевролитов. На этих участках в 2018 г. высота деревьев, использованных в рекультивации, - ели сибирской, существенно различается.

В основном на этой территории откосы отвалов ориентированы на север и юг. Также здесь имеются локальные участки с географической ориентацией на запад и восток.

Вся генеральная совокупность исследуемых деревьев, включающая 641 ель, была условно поделена на две части. В основу деления положен состав горных пород, уложенных в поверхностный слой на отвале. Каждая из двух частей совокупности представлена в виде самостоятельного вариационного ряда. Совокупности в каждом ряду были разбиты дополнительно на группы, значения признаков в которых были объединены в интервалы. В каждом ряду определены значения моды, модального интервала, а также установлен средний уровень ряда.

На участках отвала, сложенных алевролитами, обследовано 367 елей. Минимальное и максимальное значения в этом вариационном ряду находятся на уровне соответственно 26 и 78 см (рис. 2). Значение моды в этом ряду смещено влево от центра распределения и находится в диапазоне 20-40 см.

На участках отвала, сложенных техногенной смесью из горных пород четвертичного возраста, обследовано 274 ели. В этом ряду выделено четыре группы. Минимальное и максимальное значения в этом вариационном ряду находятся на уровне 84 и 157 см (см. рис. 2). Значение моды в этом ряду смещено вправо от центра распределения и находится в диапазоне 121-140 см. Ели, входящие в группу с диапазоном от 81 до 100 см, произрастают на южном откосе отвала, а входящие в группу с диапазоном от 141 до 160 см в 88% случаев - на откосах, обращенных на север. Остальные ели равномерно распределены в двух группах с диапазоном от 101 до 140 см и произрастают на откосах, обращенных на запад и восток. В этом ряду выделено три группы. Как видно, в совокупности преобладают деревья небольшой высоты. Они имеют все признаки угнетенного состояния. В этих условиях необходимо было дать ответ на вопрос - какие факторы влияют на замедление роста деревьев, входящих в группу с минимальным диапазоном высоты, достигнутой за довольно продолжительный период - 11 лет?

Отметим, что на территории прилегающих природных ландшафтов высота деревьев за этот период достигает высоты 2,5 м и более.

Ели, входящие в группу с диапазоном от 20 до 40 см, произрастают на участках, отсыпанных грубообломочными алевролитами. Достоверно установлено, что корневая система развивается довольно скудно ввиду наличия крепких горных пород размером 70x70 см и более. Причем центральная часть этих кусков алевролитов находится по оси ствола деревьев либо с небольшим смещением от нее. Отметим, что на отвалах обнаружены полностью высохшие ели, корень которых не мог раз-

Высота деревьев, см

Ели, высаженные на алевролитах

-*а— Ели, высаженные на горных породах четвертичного возраста

Рис. 2. Изменение высоты ели сибирской в зависимости от состава горных пород в поверхностном слое породного отвала

виться ввиду их высадки на крупные обломки алевролитов. Ели, входящие в группу с диапазоном от 41 до 60 см, произрастают на микроучастках, сложенных обломочными горными породами размером 30x30 см и менее. На таких участках существуют полости, находящиеся в промежутках между крупными кусками, забитые мелкофракционными горными породами, что облегчает формирование и развитие корневой системы деревьев. Ели, входящие в группу с диапазоном от 61 до 80 см, произрастают на микроучастках, сложенных обломочными горными породами размером 10x10 см и менее. Наглядным примером служит малая выборка из пяти деревьев, представленная на рис. 3.

Дерево, находящееся в центре, достигло в 2018 г. высоты 78 см, а крайнее правое - всего лишь 29 см. Такая разница объясняется фракционным составом горных пород, на которых эти деревья развиваются.

После сопоставления полученных замеров высоты елей на участках породных отвалов был сделан вывод о том, что основным фактором, оказывающим решающее влияние на этот показатель, является качественный состав горных пород в месте произрастания группы деревьев. Важнейшим фактором на участках, сложенных алевролитами, является фракционный состав горных пород в месте произрастания отдельно взятого дерева. Действие этого фактора на высоту деревьев практически не проявляется на участках, сложенных техногенной смесью из горных пород четвертичного возраста.

Статистическая обработка вариационных рядов указала на наличие тесной и весьма тесной связи между высотой деревьев и качественным и количественным составом горных пород в поверхностном слое отвала. Аналогичный вывод сделан о значимости географической ориентации откосов отвалов, на которых производилась высадка саженцев ели сибирской.

Таким образом, в ходе решения экологических задач на поверхности породных отвалов угольного разреза «Бородинский» в центральных районах Красноярского края были получены новые знания о формировании на территории горнопромышленного ландшафта ели сибирской, использованной в лесной рекультивации при восстановлении экобаланса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, на основе анализа результатов многолетних полевых исследований выявлены важнейшие факторы техногенного характера, оказывающие существенное влияние на развитие ели сибирской, саженцы которой использованы в ходе проведения биологического этапа рекультивации на породных отвалах, отсыпанных при работе угольного разреза «Бородинский». Выявленные закономерности должны учитываться при формировании технического задания на проектирование работ по рекультивации нарушенных земель при разработке угольных месторожде-

ний открытым способом со схожими горно-геологическим условиями, и в частности, территориально находящихся в границах Канско-Ачинского бассейна.

Список литературы

1. Яновский А.Б. Основные тенденции и перспективы развития угольной промышленности России // Уголь. 2017. № 8. С. 10-14. doi: 10.18796/0041-5790-2017-8-10-14. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/082017.pdf (дата обращения: 15.01.2019).

2. Таразанов И.Г. Итоги работы угольной промышленности России за январь-декабрь 2017 года // Уголь. 2018. № 3. С. 58-73. doi: 10.18796/0041-5790-2018-3-58-73. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/032018.pdf (дата обращения: 15.01.2019).

3. Сафронова О.С., Ламанова Т.Г., Шеремет Н.В. Результаты исследования естественного восстановления растительного покрова на вскрышных отвалах, возникших в 1990-е годы в Республике Хакасия // Уголь. 2018. № 7. С. 68-77. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/072018.pdf (дата обращения: 15.01.2019).

4. Сафронова О.С., Евсеева И.Н. Мониторинг техногенного воздействия разреза «Черногорский» ООО «СУЭК-Хакасия» на территорию санитарно-защитной зоны // Уголь. 2018, № 9, С. 95-98. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/092018.pdf (дата обращения: 15.01.2019).

5. Харионовский А.А., Франк Е.Я. Обоснование горнотехнической рекультивации в целях лесовосстановления на Круто-качинском щебеночном карьере // Уголь. 2018. № 4. С. 75-77. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/042018.pdf (дата обращения: 15.01.2019).

6. Харионовский А.А., Франк Е.Я. Обоснование горнотехнической рекультивации по созданию культурного ландшафта в карьере по разработке глиежей // Уголь. 2018. № 2. С. 100-102. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/022018.pdf (дата обращения: 15.01.2019).

7. Андроханов В.А., Берлякова О.Г. Состояние лесных культур и почвенного покрова на рекультивированнном

отвале угольного разреза // Сибирский лесной журнал. 2016. № 2. С. 22-31.

8. Щадов И.М., Франк Е.Я. О результатах и перспективах использования ресурсов ДЗЗ в решении прикладных задач угледобывающей отрасли в формате мировой экономики // Уголь. 2018. № 7. С. 58-61. URL: http://www.ugolinfo. ru/Free/072018.pdf (дата обращения: 15.01.2019).

9. EGer G., Janz S., Walther H. Promoting biodiversity in recultivating the rhenish lignite-mining area // World of Mining - Surface and Underground. 2017. Vol. 69 (6). Рр. 327-334.

10. Eyll-Vetter M. Significance of geotechnical boundary conditions in planning and designing residual lakes in the

Rhenish lignite mining area illustrated by the example of the Inden opencast mine // World of Mining - Surface and Underground. 2015. Vol. 67(6). Pp. 371-378.

11. Soil moisture dynamics and restoration of self-sustaining native vegetation ecosystem on an open-cut coal mine / M.R. Ngugil, V.J. Neldner, D. Doley, B. Kusy, D. Moore, C. Richter // Restoration Ecology. 2015. Vol. 23(5). Pp. 615-624.

12. Linkage between root systems of three pioneer plant species and soil nitrogen during early reclamation of a mine site in Lusatia, Germany / K. Boldt-Burisch, M.A. Naeth, B. Schneider, R.F. Huttl // Restoration Ecology. 2015. Vol. 23(4). Pp. 357365.

ECOLOGY

UDC 622.85:622.332.012.3(571.51) © I.V. Zenkov, A.S. Morin, M.A. Ragozina, Yu.A. Anishenko, V.V. Zhukova, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 2, pp. 81-84

Title

THE RESULTS OF THE STUDY OF FOREST RECULTIVATION WITH THE PLANTING OF SIBERIAN SPRUCE ON THE ROCK DUMPS OF THE "BORODINSKIY" OPEN-PIT MINE

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-2-81-84

Author

Zenkov I.V.1, 2, Morin A.S.', Ragozina M.A.1, 2, Anishenko Yu.A.2, Zhukova V.V.2, 3

1 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation

2 M.F. Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, the Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education (FSFEI HPE), Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

3 Institute computational technology of Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

Authors' Information

Zenkov I.V., Doctor of Engineering Sciences, Merited Ecologist of the Russian

Federation, Professor, e-mail: zenkoviv@mail.ru

Morin A.S., Doctor of Engineering Sciences, Head of department

Ragozina M.A., PhD (Economic), Associate Professor

Anishenko Yu.A., PhD (Economic), Head of department

Zhukova V.V., Master, Engineer

Abstract

The paper presents the results of long-term environmental monitoring of the condition of Siberian spruce planted on rock dumps of the Borodinsky open-pit coal mine. The height of 11-year old spruce trees was determined, and key factors influencing this indicator were investigated. Relationships between the height of trees and the composition of rocks laid in the surface layer of the waste dump are presented.

Keywords

"Borodinsky" open-pit mine, Rock dumps, Reclamation of disturbed lands, Forest recultivation, Environmental indicators, Technogenic productive mixture, Forest ecosystems.

References

1. Yanovsky A.B. Osnovnye tendentsii i perspektivy razvitiya ugol'noy pro-myshlennosti Rossii [Main trends and prospects of the coal industry development in Russia]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, No. 8, pp. 10-14. doi: 10.18796/0041-5790-2017-8-10-14. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/082017.pdf (accessed 15.01.2019).

2. Tarazanov I.G. Itogy raboty ugol'noy promishlennosty Rossii za yanvar -dekabr 2017 [Russia's coal industry performance for January - December, 2017]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, No. 3, pp. 58-73. doi: 10.18796/00415790-2018-3-58-73. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/032018.pdf (accessed 15.01.2019).

3. Safronova O.S., Lamanova T.G. & Sheremet N.V. Rezultaty issledovaniya estestvennogo vosstanovleniya rastitelnogo pokrova na vskryshnyh otvalah, voznikshih v 1990-e gody v Respublike Hakasiya [The results of the study of natural regeneration of vegetation cover on overburden dumps in the Republic of Khakassia, which emerged in the 90-years of the twentieth century]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 7, pp. 68-71. Available at: http://www. ugolinfo.ru/Free/072018.pdf (accessed 15.01.2019).

4. Safronova O.S. & Evseeva I.N. Monitoring tekhnogennogo vozdejstviya

razreza «CHernogorskij» OOO «SUEHK-Hakasiya» na territoriyu sanitarno-zashchitnoj zony [Monitoring of anthropogenic impact of «Chernogorsky» open-pit mine «SUEK-Khakassia» LLC on the territory of sanitary-protective zone]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 9, pp. 95-98. Available at: http:// www.ugolinfo.ru/Free/092018.pdf (accessed 15.01.2019).

5. Kharionovsky A.A. & Frank E.Ya. Obosnovanie gornotekhnicheskoj rekul-tivacii v celyah levosstanovleniya na Krutokachinskom shchebenochnom karyere [Validation of the technology of mine technical reclamation for the purpose of reforestation in the Krutokachinskiy ballast quarry]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 4, pp. 75-77. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/042018.pdf (accessed 15.01.2019).

6. Kharionovsky A.A. & Frank E.Ya. Obosnovanie gornotekhnicheskoj rekul-tivacii po sozdaniyu kulturnogo landshafta v karyere po razrabotke gliezhej [Substantiation of mining-engineering reclamation for burnt clay mines cultivated landscaping]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 2, pp. 100-102. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/022018.pdf (accessed 15.01.2019).

7. Androhanov V.A. & Berlyakova O.G. Sostoyanie lesnyh kultur i pochvennogo pokrova na rekultivirovannnom otvale ugolnogo razreza [The state of planted forest and topsoil on the recultivated open-pit coal mine rock dump]. Sibir-skiy lesnoyzhurnal - Siberian Journal of Forest Science, 2016, No. 2, pp. 22-31.

8. Shchadov I.M. & Frank E.Ya. O rezultatah i perspektivah ispol'zovaniya resur-sov DZZ v reshenii prikladnyh zadach ugledobyvayushchej otrasli v formate mirovoj ehkonomiki [On the results and prospects of using ERS (Earth Remote Probing) resources when solving applied tasks of the coal mining industry in the global economic format]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 7, pp. 58-61. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/072018.pdf (accessed 15.01.2019).

9. EGer G., Janz S. & Walther H. Promoting biodiversity in recultivating the rhenish lignite-mining area. World of Mining - Surface and Underground, 2017, Vol. 69(6), pp. 327-334.

10. Eyll-Vetter M. Significance of geotechnical boundary conditions in planning and designing residual lakes in the Rhenish lignite mining area illustrated by the example of the Inden opencast mine. World of Mining - Surface and Underground, 2015, Vol. 67(6), pp. 371-378.

11. Ngugil M.R., Neldner V.J., Doley D., Kusy B., Moore D. & Richter C. Soil moisture dynamics and restoration of self-sustaining native vegetation ecosystem on an open-cut coal mine. Restoration Ecology, 2015, Vol. 23(5), pp. 615-624.

12. Boldt-Burisch K., Naeth M.A., Schneider B. & Huttl R.F. Linkage between root systems of three pioneer plant species and soil nitrogen during early reclamation of a mine site in Lusatia, Germany. Restoration Ecology, 2015, Vol. 23(4), pp. 357-365.