ФОРМИРОВАНИЕ ДРЕВЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ВЫРАБОТАННЫХ КАРЬЕРАХ ОГНЕУПОРНОЙ ГЛИНЫ
ФОРМИРОВАНИЕ ДРЕВЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ВЫРАБОТАННЫХ КАРЬЕРАХ ОГНЕУПОРНОЙ ГЛИНЫ
Научная статья
Зарипов Ю.В.1, Залесов С.В.2, *, Осипенко Р.А.3
1 ORCID: 0000 0001 6174 4001;
2 ORCID: 0000-0003-3779-410Х;
3 ORCID: 0000-0003-3359-3079;
1, 2, 3 Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия
* Корреспондирующий автор (zalesov[at]usfeu.ru)
АннотацияПроанализировано формирование древесной растительности на выработанном карьере огнеупорной глины посте технического этапа рекультивации в условиях округа предлесостепных сосново-березовых лесов Зауральской равнинной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области. Установлено, что естественное зарастание карьеров древесной растительностью протекает с участием сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Последнее позволяет рекомендовать указанную древесную породу в качестве главной при биологическом этапе искусственной рекультивации лесохозяйственного направления.
Ключевые слова: округ предлесостепных сосново-березовых лесов, огнеупорная глина, рекультивация, подрост, сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), лесоразведение.
FORMATION OF WOODY VEGETATION IN MINED-OUT PITS WITH FIRE-RESISTANT CLAY
Research article
Zaripov Yu.V.1, Zalesov S.V.2, *, Osipenko R.A.3
1, 2, 3 Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia
1 ORCID: 0000 0001 6174 4001;
2 ORCID: 0000-0003-3779-410Х;
3 ORCID: 0000-0003-3359-3079;
* Corresponding author (zalesov[at]usfeu.ru)
AbstractThe authors analyzed the formation of woody vegetation at mined out pits with refractory clay after the technical stage of reclamation in the pre-steppe pine-birch forest district of the Trans-Ural Plain Province of the West Siberian Plain Forest Growth Region. It was found that the natural overgrowing of pits with woody vegetation goes with Scots pine (Pinus sylvestris L.). The latter allows us to recommend the specified tree species as the main one at the biological stage of artificial reclamation of the forestry sector.
Keywords: pre-steppe pine-birch forest district, refractory clay, reclamation, undergrowth, Scots pine (Pinus sylvestris L.), afforestation.
Добыча полезных ископаемых неразрывно связана с изъятием значительных площадей под карьеры, отвалы отходов обогащения бедных руд, отходов переработки или неполного сгорания, в частности каменного угля, и так далее.
Особенно велика доля нарушенных земель на Урале, где добыча и переработка полезных ископаемых ведется на протяжении многих десятилетий. Естественно, что после завершения добычи, нарушенные земли подлежат рекультивации, т.е. приведению их в исходное состояние. Среди направлений рекультивации основным является лесохозяйственное, поскольку большинство земель под добычу полезных ископаемых изымается из лесного фонда. Особо следует отметить, что рекультивация мероприятие достаточно трудоемкое и дорогостоящее. Кром того, в значительной степени расширение объемов рекультивационных работ сдерживается отсутствием научно-обоснованных рекомендаций по их проведению. В частности, нет четкой классификации нарушенных земель, где необходимо искусственное лесоразведение, а где проблему рекультивации может решить естественное зарастание. Последнее объясняется специфичностью видов нарушенных земель и природных условий в районах их нахождения. Так, в частности, имеется значительный опыт рекультивации нарушенных земель на месторождениях тантал-бериллия [1], нефтегазодобычи [2], золоотвалах [3] [4]. При этом опыт работ по рекультивации карьеров огнеупорной глины практически не обобщен и в научной литературе встречаются лишь единичные работы по данному вопросу [5]. Указанное определило направление наших исследований.
Целью наших исследований являлось изучение формирования древесной растительности на выработанном карьере огнеупорной глины и разработка на этой основе предложений по совершенствованию лесохозяйственного направления рекультивации.
Объект и методика исследований
Исследования проводились на месторождении огнеупорной глины «Старковское-2». Данное месторождение расположено на территории Сухоложского лесничества, которая, согласно схеме лесорастительного районирования Свердловской области [6], относится к округу предлесостепных сосново-березовых лесов Зауральской равнинной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области. Согласно действующему нормативному документу [7] территория месторождения расположена в Средне-Уральском таежном лесном районе.
Климат района расположения месторождения континентальный. Самый холодный месяц январь со среднемесячной температурой ˗ 160С и минимальной ˗ 420С. Самый теплый месяц июль со среднемесячной температурой + 170С и максимальной +350С. Среднегодовое количество осадков около 400 мм. Преобладающее направление ветров юго-западное.
На всей площади месторождения мощность элювиальных глин колеблется от 2,7 до 14,6 м. Указанные глины разнообразны по окраске. Чаще всего они желтые, желтовато-коричневые, реже розовые, вишнево-розовые, табачно-зеленые.
Глины плотные, грубодисперсные, непластичные и малопластичные с высоким содержанием крупнозернистых включений, мало- и среднепесчанистых. Данные о валовом химическом составе указанных глин приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Валовой химический состав элювиальных глин месторождения Старковского-2
| Химические компоненты | Содержание химических компонентов в пересчете на сухое вещество, % | |
| среднее | пределы | |
| SiO2 | 56,70 | 54,62-60,86 |
| Al2O3 | 16,76 | 14,50-19,38 |
| TiO2 | 0,49 | 0,35-0,60 |
| Fe2O3 | 10,87 | 8,70-12,00 |
| CaO | 1,50 | 0,70-3,59 |
| MgO | 2,00 | 0,80-3,23 |
| SiO3 | 0,05 | Следы - 0,10 |
| K2O | 0,54 | 0,36-0,92 |
| Na2O | 0,41 | 0,14-0,89 |
| ППП | 10,32 | 7,00-12,20 |
Разработка глины велась открытым способом. В 2003 г. были произведены вскрышные работы путем снятия верхнего 15-20 см слоя почвы, в весной 2004 г. началась добыча глины. На различных участках карьера работы по добыче глины прекращались в разные годы, что позволило проследить эффективность естественной рекультивации в динамике. Кроме того, на части карьера удален только плодородный слой почвы, т.е. проведены вскрышные работы, а следовательно, создана возможность анализа формирования древесной растительности на материнской породе.
Описание участков выработанного карьера огнеупорной глины на месторождении «Старковское-2» приведено в таблице 2, а схема карьера на рисунке 1.
Таблица 2 – Описание участков карьера «Старковское-2», где проводились исследования
| № участка | Окончание разработки, год | Характеристика участка |
| 1А | 2004 | Выравнивание в 2008 г. Оставлен под естественное заращивание. |
| 1Б | 2004 | Выравнивание грунта в 2008 г. Посадка лесных культур сосны 2-летними сеянцами под меч Колесова в 2010 г. |
| 2 | 2008 | Выравнивание грунта в 2014 г. Оставлен под естественное заращивание. |
| 3 | 2005 | Оставлен под естественное заращивание. |
| 4 | 2006 | Оставлен под естественное заращивание. С северной стороны участка находится отвал некачественной руды. |
| 5 | 2013 | Оставлен под естественное заращивание. |
| 6 | 2015 | Оставлен под естественное заращивание. На участке находится небольшой отвал некачественной руды. |
| 7 | 2012 | Оставлен под естественное заращивание. |
| 8 | 2016 | Оставлен под естественное заращивание. |
| 9 | 2007 | Оставлен под естественное заращивание. |
| 10 | 2014 | Оставлен под естественное заращивание. |
| 11 | - | Склон карьера, выполаживание которого проведено в 2013 г. до 300. |
| 12 | 2003 | Южная часть карьера. Снят только плодородный слой 15-20 см. |
| 13 | 2003 | Восточная часть карьера. Снят только плодородный слой толщиной 15-20 см. |
| 14 | 2003 | Северная часть карьера. Снят только плодородный слой толщиной 15-20 см. |
| 15 | 2003 | Западная часть карьера. Снят только плодородный слой толщиной 15-20 см |
Рис. 1 – Схема карьера огнеупорной глины на месторождении Старковское-2
Учет формирования древесной растительности производился с использованием широко известных апробированных методик [8], [9]. При этом при наличии на участках карьера молодняков закладывались пробные площади (ПП), на которых производился сплошной перечет древесной растительности с установлением основных таксационных показателей.
На участках, где подрост еще не сформировал молодняк, производился его учет на учетных площадках размером 2 × 2 м с установлением видового состава, жизнеспособности, густоты, высоты и возраста подроста В камеральных условиях рассчитывалась встречаемость подроста, как выраженное в процентах отношение количества учетных площадок с наличием конкретного вида древесных растений к общему количеству заложенных учетных площадок [10] [11].
На каждой ПП или участке карьера закладывалось по 25-30 учетных площадок, равномерно через равные расстояния между площадками.
Результаты и обсуждение
Материалы исследований показали, что на выработанном карьере огнеупорной глины формируются сосновые молодняки (табл. 3).
Таблица 3 – Характеристика молодняков, сформировавшихся на территории выработанного карьера огнеупорной глины
| № участка | Состав | Средние | Густота, шт/га | ||
| возраст, лет | высота, см | диаметр у шейки корня, мм | |||
| 1А | 6С | 10 | 170,2 | 28,8 | 8470 |
| 1Б | 10 | 1639 | |||
| 3Ив | 8 | 4372 | |||
| 1Б | 10С | 9 | 178,6 | 36,2 | 7823 |
| 4 | 7С | 10 | 215,3 | 34,7 | 11022 |
| 1Б | 1512 | ||||
| 2Ив | 2422 | ||||
| 12 | 6С | 11 | 251,7 | 42,0 | 7355 |
| 1Б | 1565 | ||||
| 2Ос | 2034 | ||||
| 1Ив | 625 | ||||
| 13 | 7С | 8 | 211,7 | 34,0 | 12939 |
| 3Ос | 5730 | ||||
| +Б | 185 | ||||
| 14 | 8С | 9 | 225,3 | 27,0 | 18889 |
| 1Б | 1667 | ||||
| 1Ив | 3333 | ||||
| 15 | 8С | 10 | 229,0 | 29,0 | 30570 |
| 1Б | 3627 | ||||
| 1Ив | 4663 | ||||
| +Ос | 1554 | ||||
Материалы табл. 3 свидетельствуют, что молодняки сформировались не на всей поверхности карьера. Лучшими таксационными показателями древостоев характеризуются участки, на которых в 2003 г. был снят только плодородный слой (участки 12-15). На данных участках густота сосны варьируется от 7,4 до 30,6 тыс. шт/га при средней высоте 2,1-2,5 м. Другими словами, на указанных участках сформировались загущенные смешанные молодняки.
Хорошие результаты получены при создании лесных культур (участок 1Б). При этом прирост лесных культур за все годы исследований превышает таковой в естественных молодняках, сформировавшихся в близких лесорастительных условиях (рис. 2).
Рис. 2 – Ход роста сосны обыкновенной в культурах и в естественных молодняках
Успешно произошло естественное зарастание карьера на участках 1 и 4, где также сформировались смешанные сосново-березовые молодняки. Однако на большинстве участков карьера формирование молодняков не завершено, и речь может идти лишь о накоплении подроста. Данные о количестве подроста и всходов на выработанном карьере приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Количество всходов и подроста на участках карьера
| № участка | Порода | Всходы | Подрост | ||
| густота, тыс. шт/га | встречаемость, % | густота, тыс. шт/га | встречаемость, % | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 2 | С | 33,3 | 15 | 46,7 | 50 |
| Б | - | - | 86,7 | 80 | |
| Ос | - | - | 6,7 | 20 | |
| Ив | - | - | 53,3 | 50 | |
| 3 | Подрост отсутствует | ||||
| 4 | С | - | - | 16,6 | 40 |
| Б | - | - | 52,4 | 40 | |
| Ос | - | - | 36,2 | 60 | |
| Ив | - | - | 16,5 | 30 | |
| 5 | Подрост отсутствует | ||||
| 6 | С | 32,6 | 70 | 12,4 | 10 |
| Ив | - | - | 4,0 | 10 | |
| 7 | С | 47,9 | 100 | 32,1 | 60 |
| 8 | С | 44,6 | 50 | - | - |
| Б | - | - | 4,3 | 10 | |
| Ив | - | - | 8,0 | 10 | |
| 9 | С | 15,9 | 40 | 28,1 | 20 |
| Ив | - | - | 32,2 | 10 | |
| 10 | С | 44,6 | 50 | 27,9 | 40 |
| Б | - | - | 53,0 | 30 | |
| Ив | - | - | 19,8 | 30 | |
Окончание табл 4 – Количество всходов и подроста на участках карьера
| № участка | Порода | Всходы | Подрост | ||
| густота, тыс. шт/га | встречаемость, % | густота, тыс. шт/га | встречаемость, % | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 11 | С | 3,9 | 10 | 8,0 | 20 |
| Б | - | - | 104,1 | 60 | |
| Ос | - | - | 8,0 | 10 | |
| Ив | - | - | 20,1 | 40 | |
| 12 | С | 7,9 | 20 | - | - |
| 13 | С | 8,1 | 20 | 24,4 | 40 |
| Б | - | - | 72,0 | 60 | |
| Ос | - | - | 7,2 | 20 | |
| 14 | С | 32,6 | 30 | 32,2 | 40 |
| 15 | С | 47,8 | 20 | 24,7 | 40 |
| Южный склон | С | 23,6 | 20 | - | - |
| Б | - | - | 7,7 | 10 | |
| Северный склон | С | 32,0 | 60 | 32,2 | 25 |
| Б | - | - | 15,6 | 20 | |
| Западный склон | С | 16,2 | 20 | 0,7 | 20 |
| Ос | - | - | 0,5 | 10 | |
| Ив | - | - | 0,2 | 20 | |
| Восточный склон | С | 48,2 | 100 | 32,2 | 20 |
Материалы табл. 4 свидетельствуют, что процессы накопления подроста на основной части карьера протекают крайне медленно. Так, в частности, добыча глины на участке № 3 была прекращена в 2005 г., а на участке № 5 в 2013 г. Однако в 2018 г. на данных участках отсутствовали даже всходы древесных растений.
Низкие показатели встречаемости подроста и всходов древесных пород на большинстве участков карьера свидетельствуют о необходимости при проведении технического этапа рекультивации не только выравнивать дно карьера и сглаживать его откосы, но и размещать на поверхности слой почвогрунта или органических удобрений. Полагаем также, что после технического этапа следует проводить биологический этап рекультивации созданием лесных культур сосны обыкновенной. В пользу последнего вывода свидетельствуют данные о характеристике древостоя на участке № 1Б, где в 2010 г. были посажены лесные культуры сосны (табл. 3).
Выводы
- Успешное зарастание карьеров огнеупорной глины наблюдается только на тех участках, где был снят лишь плодородный слой, а добыча глины не производилась. На данных участках спустя 1 -15 лет формируются мешанные сосновые молодняки с густотой сосны 7,4-30,6 тыс. шт./га при средней высоте 2,1-2,5 м и доле сосны в составе от 6 до 10 единиц.
- Формирование древесной растительности на дне и откосах карьера протекает медленно. Так встречаемость подроста сосны на склонах карьера варьируется от 0 до 25%, а на дне от 0 до 50%. Вызывает необходимость проведения биологического этапа рекультивации.
- При техническом этапе на поверхности дна и откосов карьера следует создавать слой почвогрунта или органических удобрений, а при биологическом - создание лесных культур.
- В качестве главной породы для создания лесных культур можно рекомендовать в районе исследований сосну обыкновенную.
| Конфликт интересов Не указан. | Conflict of Interest None declared. |
Список литературы / References
- Залесов С.В. Рекультивация нарушенных земель на месторождении тантал-бериллия / С.В. Залесов, Е.С. Залесова, Ю.В. Зарипов, А.С. Оплетаев, О.В. Толкач // Экология и промышленность России, 2018. Т. 22. № 12. С. 63-67.
- Луганский Н.А. Возврат земель после нефтегазодобычи / Н.А. Луганский, К.И. Лопатин, В.А. Луганский. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2005. 62 с.
- Махнев А.К. Экологические основы и методы биологической рекультивации золоотвалов тепловых электростанций на Урале / А.К. Махнев, Т.С. Чибрик, М.Р. Трубина, Н.В. Лукина, Н.Э. Гебель, А.А. Терин, Ю.И. Еловиков, Н.В. Топорков. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 356 с.
- Залесов С.В. Формирование искусственных насаждений на золоотвале Рефтинской ГРЭС / С.В. Залесов, Е.С. Залесова, А.А. Зверев, А.С. Оплетаев, А.А. Терин // ИВУЗ «Лесной журнал», 2013. № 2. С. 66-73.
- Залесов С.В. Эффективность лесной рекультивации карьера по добыче огнеупорной глины / С.В. Залесов, А.С. Оплетаев, Е.С. Залесова, А.А. Зверев, Е.А. Шумихина // Леса России и хозяйство в них, 2011. Вып. 4 (41). С. 3-10.
- Колесников Б.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области / Б.П. Колесников, Р.С. Зубарева, Е.П. Смолоногов. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1973. 176 с.
- Об утверждении Перечня лесорастительных зон Российской Федерации и перечня лесных районов Российской Федерации: Утв. Приказом минприроды России от 18.08.2014 г. № 367 (ред. от 23.12.2014) [Электронный источник] - URL: www.consultant. ru (дата обращения: 9.01.2020).
- Данчева А.В. Экологический мониторинг лесных насаждений рекреационного назначения / А.В. Данчева, С.В. Залесов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2015. 152 с.
- Фомин В.В. Методики оценки густоты подроста и древостоев при зарастании сельскохозяйственных земель древесной растительностью с использованием космических снимков высокого пространственного разрешения / В.В. Фомин, С.В. Залесов, А.Г. Магасумова // Аграрный вестник Урала, 2015. № 1 (131). С. 25-29.
- Луганский Н.А. Лесоведение и лесоводство. Термины, понятия, определения / Н.А. Луганский, С.В. Залесов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. акад., 1997. 101 с.
- Об утверждении Правил лесовосстановления, состава проекта лесовосстановления, порядка разработки проекта лесовосстановления и внесения в него изменений: Утв. Приказом Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 25.03.2019 г. № 188 (ред. от 14 мая 2019) [Электронный источник] - URL: www.consultant. ru (дата обращения: 9.01.2020).
Список литературы на английском языке / References in English
- Zalesov S.V. Rekul'tivatsiya narushennykh zemel' na mestorozhdenii tantal-berilliya [Reclamation of disturbed lands in the tantalum-beryllium deposit] / S.V. Zalesov, E.S. Zalesova, Yu.V. Zaripov, A.S. Opletaev, O.V. Pusher // Ekologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Industry of Russia], – 2018. – Vol. 22. – No. 12. – P. 63-67. [in Russian]
- Lugansky N.A. Vozvrat zemel' posle neftegazodobychi [Return of land after oil and gas production] / N.A. Lugansky, K.I. Lopatin, V.A. Lugansky. – Yekaterinburg: Ural. state forestry technician. Univ., – 2005. – 62 p. [in Russian]
- Makhnev A.K. Ekologicheskiye osnovy i metody biologicheskoy rekul'tivatsii zolootvalov teplovykh elektrostantsiy na Urale [Ecological fundamentals and methods of biological reclamation of ash dumps of thermal power plants in the Urals] / A.K. Makhnev, T.S. Chibrik, M.R. Trubina, N.V. Lukina, N.E. Goebel, A.A. Terin, Yu.I. Elovikov, N.V. Toporkov. – Ekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, – 2002. – 356 p. [in Russian]
- Zalesov S.V. Formirovaniye iskusstvennykh nasazhdeniy na zolootvale Reftinskoy GRES [Formation of artificial stands the ash dump of Reftinskaya TPP] / S.V. Zalesov, E.S. Zalesova, A.A. Zverev, A.S. Opletaev, A.A. Terin // IVUZ "Forest Journal", – 2013. – No. 2. P. 66-73. [in Russian]
- Zalesov S.V. Effektivnost' lesnoy rekul'tivatsii kar'yera po dobyche ogneupornoy gliny [Effectiveness of forest reclamation quarry for extraction of refractory clay] / S.V. Zalesov, A.S. Opletaev, E.S. Zalesova, A.A. Zverev, E.A. Shumikhina // Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of Russia and economy in them], – 2011. – Issue. 4 (41). – P. 3-10. [in Russian]
- Kolesnikov B.P. Lesorastitel'nyye usloviya i tipy lesov Sverdlovskoy oblasti [Forest conditions and forest types of Sverdlovsk region] / B.P. Kolesnikov, R.S. Zubareva, E.P. Smolonogov. – Sverdlovsk: UC AN USSR, – 1973. – 176 p. [in Russian]
- Ob utverzhdenii Perechnya lesorastitel'nykh zon Rossiyskoy Federatsii i perechnya lesnykh rayonov Rossiyskoy Federatsii [On approval of List of forest growing zones of Russian Federation and list of forest regions of Russian Federation:] Approved. By order of the Ministry of Natural Resources of Russia dated August 18, 2014 No. 367 (as amended on December 23, 2014) [Electronic source] – URL: www.consultant.ru (accessed: 9.01.2020). [in Russian]
- Dancheva A.V. Ekologicheskiy monitoring lesnykh nasazhdeniy rekreatsionnogo naznacheniya [Ecological monitoring of recreational forest stands] / A.V. Dancheva, S.V. Zalesov. – Yekaterinburg: Ural. state forestry technician. Univ., – 2015. – 152 p. [in Russian]
- Fomin V.V. Metodiki otsenki gustoty podrosta i drevostoyev pri zarastanii sel'skokhozyaystvennykh zemel' drevesnoy rastitel'nost'yu s ispol'zovaniyem kosmicheskikh snimkov vysokogo prostranstvennogo razresheniya [Methods for assessing density of undergrowth and forest stands when agricultural lands are overgrown with woody vegetation using high-resolution satellite imagery] / V.V. Fomin, S.V. Zalesov, A.G. Magasumova // Agrarnyy vestnik Urala [Agrarian Bulletin of the Urals], – 2015. – No. 1 (131). – P. 25-29. [in Russian]
- Lugansky N.A. Lesovedeniye i lesovodstvo. Terminy, ponyatiya, opredeleniya [Forestry and forestry. Terms, concepts, definitions] / N.A. Lugansk, S.V. Zalesov. – Yekaterinburg: Ural. state forestry technician. Acad., – 1997. – 101 p. [in Russian]
- Ob utverzhdenii Pravil lesovosstanovleniya, sostava proyekta lesovosstanovleniya, poryadka razrabotki proyekta lesovosstanovleniya i vneseniya v nego izmeneniy [On approval of Rules of reforestation, composition of reforestation project, procedure for developing reforestation project and amending it] Approved. By Order of the Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation dated March 25, 2019 No. 188 (as amended on May 14, 2019) [Electronic source] – URL: www.consultant.ru (accessed: 9.01.2020). [in Russian]