Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка способов производства лесных культур и разработка процесса их создания для радиоактивно загрязненных территорий

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка способов производства лесных культур и разработка процесса их создания для радиоактивно загрязненных территорий"

га ^

На правах рукописи ПОЛЯКОВ Юрий Николаевич

Экологическая оценка способов производства лесных культур и разработка процесса их создания для радиоактивно загрязненных территорий

03.00.16 — Экология

06.03.01. - Лесные культуры, селекция и семеноводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск -1996

На правах рукописи

ПОЛЯКОВ Арий Николаевич

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР й РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ИХ СОЗДАНИЯ ДЛЯ РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

03.00.16 - Экология 06.03.01 - Лесине кцльтуры, селекция и семеноводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск - 199В

Работа выполнена на кафедре радиационной экологии и жизнеобеспечения в Брянской государственной инкенерно-технологической академии Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Мурахтанов Е.С.

Официальные оппоненты - член-корреспондент Мездународной

академии Экологии и Безопасности жизнедеятельности, доктор биологических наук, профессор Гринин й.С.;

кандидат сельскохозяйственных наук Екляров Л.Н.

Ведущая организация - брянское управление лесами

Защита состоится г. часов на

заседании диссертационного совета Л 064.08.01 при Брянской государственной инженерно-технологической академии (24103?, г.Брянск, пр. Станке Димитрова, 3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан "г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах просим направлять в диссертационный совет.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент /^У* " В.И.Иоиин

05ЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена необходимость!) ослабления негативных последствий радиоактивного загрязнения территорий в результате аварии на Чернобыльской АЗС. В наиболее пострадавнем западном регионе страны, радиоактивные осадки на многие десятилетия ослоанили зкологическун обстановку и производственную деятельность отраслей, связанных с использованием земельных ресурсов. Значительные площади, где плотность загрязнения превысила предельно допустимые нормативы, выведены из хозяйственного оборота. Главным направлением экологизации регионов признана локализация радиоактивных осадков путем повышения лесистости. Однако опыт залесения загрязненных радионуклидами земель ограничен. Отсутствует система ремения проблемы экологизации радиоактивно загрязненных территорий повышением их лесистости. Практически нет специальных технических средств и технологий производства лесных культур в этих условиях. Реяение этих задач на научной основе ускорит процесс оздоровления экологической обстановки региона.

Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в научном обосновании процесса создания лесных культур и разработке технологических вариантов их производства для экологизации радиоактивно загрязненных территорий. Достижение этой цели предполагает ренение следующих задач:

1. Разработка основных положений концепции экологизации радиоактивно загрязненных территорий:

2. Экологическая оценка технических средств и способов производства лесных культур для радиоактивно загрязненных территорий:

3. Разработка процесса создания лесных культур для радиоактивно загрязненных территорий;

4. Анализ издервек загрязнения окруааюцей среды и экономическая оценка технологических вариантов производства лесных культур для условий радиоактивного загрязнения.

Научная новизна работы. Определены основные положения концепции экологизации радиоактивно загрязненных территорий путем повывения лесистости. Научно обоснован процесс создания лесных культур для радиоактивно загрязненных территорий; на основе экологической и качествен-

ной оценки технических средств и способов создания лесных культур выявлена возможность их применения в изучаемых условиях; обосновано применение новой лесопосадочной машины ЛМД-91 и определена ее экономическая эффективность; разработаны типы лесных культур, технологические схемы и система машин для облесения загрязненных радионуклидами земель.

Практическая значимость. Предложенные типы лесных культур при лесоразведении и искусственном лесовосстановлении в радиоактивно загрязненных условиях позволят приступить к экологизации пострадавших территорий. Разработанная система машин и оценка обеспеченности технических средств радиационной защитой облегчат комплектование предприятий необходимой техникой. Рекомендуемые технологические карты для производства культур на площадях, загрязненных радионуклидами, дадут возможность планировать необходимые затраты.

Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечиваются соответствующим количеством фактического материала, использованием апробированных методик и обработкой материалов методами математической статистики на персональном компьютере.

Л и ч к ы й вклад автора состоит в разработке программы, выборе и составлении методики работ, сборе экспериментальных данных, их обработке на ПЭВМ, анализе материалов, разработке процесса создания лесных культур и технологических вариантов для радиоактивно загрязненных условий. Принимал участие в доработке конструкции и испытаниях машины ЛМД-91 и разработке основных положений концепции экологизации радиоактивно загрязненных территорий.

Апробация. Основные положения работы доложены на научно-технических конференциях в Брянской сельскохозяйственной академии, в Брянской государственной инженерио-технологи-ческой академии - 1994 - 1996 гг. и на Всероссийской научно-практической конференции "Чернобыль: 10 лет спустя. Итоги и перспективы" (Брянск, 1996 г.), на научно-технических советах заказчиков хоздоговорных тем НИР, а также на семинарах и совещаниях специалистов лесного хозяйства.

Внедрение и публикации. Работа выполнялась в соответствии с Федеральной комплексной научно-технической программой "Экологическая безопасность России" в плане хоздоговорных тем НИР института экологии МИА "Рекультива-

ция земель с плотностью радиоактивного загрязнения свыше 40 Ки/кмЛ2 лесоводственно-иелиоративннми способами и разработка системы заготовки и использования лесных ресурсов на радиоактивно загрязненных территориях" (научный руководитель профессор Е.С.Мурахтанов 1393-1995 гг.). БСХА (научный руководитель доцент В.С.Давиденко) и по заказам Федеральной службы лесного хозяйства и МЧС РФ. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающем 213 источников, в т.ч. 13 иностранных, и приложений на 41 странице. Общий объем - 228 страниц, включая 34 таблицы, 16 рисунков.

Предметом защиты являются:

- основные положения концепции экологизации радиоактивно загрязненных территорий путем повышения их лесистости;

- экологическая и качественная оценка технических средств и способов создания лесных культур для радиоактивно загрязненных условий:

- научное обоснование процесса создания лесных культур для экологизации загрязненных радионуклидами территорий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В последние десятилетия резко возросло внимание к проблеме нормализации экологической обстановки и снижения отрицательных последствий хозяйственной деятельности. Это нашло отражение в законодательных актах страны, направленных на реие-ние природоохранных задач. Проблеме оценки состояния и контроля экологической обстановки и поиска путей экологизации территорий, подвергшихся загрязнению физически и химически активными веществами, посвящены работы крупных ученых (В.И.Вернадский, 1967: А.А.Молчанов, 1975; Ю.Одум, 1975; Р.Даю, 1975; К.Г.Гофман, А.А.Гусев, 1977; Р.Пэнтл, 1979; Ю.А.Изразль, 1984; Е.С.Мурахтанов, 1995; Г.Стефан, 1984; М.В.Берлянд, 1985; И.С.Мелехов, 1989; А.А.Лаптев, 1990; А.И.Писаренко, В.П.Тара-сенко, 1991; А.С.Гринин, 1995: и др.).

Анализ литературных источников показывает, что восстанов-

ление нарушенного загрязнением экологического равновесия лан-двафтов самой природой в короткие сроки становится невозможным, а в ряде случаев процесс загрязнения среды приводит к необратимым последствиям. Особую остроту эта проблема приобретает при радиоактивном загрязнении территорий в результате аварий на объектах атомной индустрии (Ю.А.Израэль, 1980: В.А.Андреев, 1990; Г.В. Бастраков, Д.Н.Чучин, В.Т.Демихов, 1993 г.: А.И.Писаренко, В.П.Сидоров. Ф.А,Тихомиров, 1994; В.А.Ипатьев, И.М.Булавик, 1934; В.Ф.Багинский, Б.К.Поджаров,

A.М.Кожевников, 1994; Г.tí. Козубов, А.Н.Таскаев, 1994 и др.).

Наиболее результативным направлением экологизации техногенных ландшафтов, загрязненных токсичными физически и химически активными веществами, в мировой практике признано повышение лесистости региона путем создания защитных лесонасаждений, освоения бросовых земель и яесовосстановления (М.Е.Васильев 1965, А.В.Альбенский, 1974; Г.А.Зайцев, Л.В.Моторина, 197?; Ф.В.Кишснков. В.И.Шоиин 1980; М.Ю.Смирнова, 1983; Я.В.Панков, Ф.И.Иванов, В.Н.Данько, 1991; В.П.Тарасенко,

B.И.Моиин, З.Н.Маркина, 1994. 1996 и др.).

Разработанные трудами ученых рада поколений вопросы теории искусственного лесовыравивания (А.П.Молчанов, 1893; 8.Ф.Морозов, Í930; Б.Д.Огиевский, 1912; Г.Н.Высоцкий, 1983; Н.И.Сус, 1948; Д.В.Воробьев, 1959; А.Р.Родин, 1980; А.И.Гшса-ренко, М.Д.Мерзленко, 1990; Г.Й.Редько, И.В.Трещевский, 1986; В.М.Обновленский, 1957;, В.А.Ноыогаева, 1970; Е.С.Кретов, 1977; И.И.Дроздов 1992 и др.) и достигнутый технический уровень лесохозяйственного производства позволяют успешно создавать лесные культуры в различных лесозкологических условиях. Однако в условиях радиоактивного загрязнения земель, где пребывание людей связано с риском облучения, применение известных методов и способов восстановления и разведения леса без их экологической оценки невозможно (И.И.Марадудин, 1990; Л.Я.Навойчик, И.М.Булавик, 1990 С.И.Цай, В.А.Дольский, 1990; Е.С.Мурахтанов, 1991; П.С.Пастернак, П.П.Подкур, Н.Д.Кучма, 1990; В.П.Тарасенко, В.И.Шоиин, 1975, Л.И.Рахтеенко, 1975; В.П.Сидоров, А.А.Пророков, 1996 и др.). Возникла необходимость пересмотра лесокультурного процесса с целью выявления возможности использования существующих технических средств, способов облесения и разработки новых технологий для экологизации радиоактивно загрязненных территорий.

2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

В программу исследований включены четыре вопроса: .1) Разработка основных положений концепции экологизации радиоактивно загрязненных территорий путем оптимизации их лесистости; 2) Экологическая оценка технических средств и способов производства лесных культур для радиоактивно загрязненных территорий; 3) Разработка процесса создания лесных культур для радиоактивно загрязненных территорий; 4) Анализ издержек загрязнения окружающей среды и экономическая оценка технологических вариантов производства лесных культур для радиоактивно загрязненных территорий. Эти вопросы разрабатывались для наиболее распространенных лесорастительннх условий западной части лапой полосы смеианннх лесов и прилегающих к ней теневых широколиственных лесов России.

Основные положения концепции экологизации радиоактивно загрязненных территорий определены на основе метода системного анализа окружающей среды в соответствии с законодательными актами страны и концепцией ведения лесного хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения.

Экологическая оценка и изучение качества работы лесо-культурных машин (ЛМД-81 и МЛУ-1) и орудий СПКЛ-УО, ГШ-1 и КЛБ-1,7). а также новых конструкций СЛМД-21, ЛМД-31 и ПЛД-60) производились в условиях нераскорчеванннх вырубок. Оценка работы машин и орудий выполнялась в соответствии с отраслевыми методиками (ГОСТ 18149-72, ОСТ 70.16.2-74, ОСТ 70.16.4-76). Качество их работы характеризовалось по величине допущенных пропусков, их причин, нага посадки, положении стволика саженцев, глубине и плотности заделки корней и другим показателям.

Экологическая оценка технических средств давалась по положительному эффекту - повышении качества работы, ослаблению радиационного воздействия на культивируемые растения, обеспечении радиационной безопасности обслуживавшего персонала, смягчению отрицательных последствий на окружавшую среду.

Изучение условий роста и состояния лесных культур производилось на шести участках (28,8 га) опытно-производственных культур ели, сосны и дуба, заложенных различными способами (12 вариантов) на свежих вырубках в лесхозах Брянской и Смоленской областей. Объекты расположены в свежих простых и сложных

суборях и переходных к ним здафотопах характерных для региона.

Культуры включали следующие варианты:

A) По выявлению способов обработки почвы:

1) Нарезка борозд плугом ПКЛ—70 с обработкой пластов культиватором КЛБ-1,7 всвал и глубокое безотвальное рыхление почвы лесопосадочной машины ЛМД-81 при посадке саженцев:

2) Нарезка борозд плугом ПК/1—70;

3) Глубокое безотвальное рыхление почвы лесопосадочной машиной ЛМД-81 в процессе посадки саженцев:

4) Нарезка широких мелких борозд устройством типа ПЛП—135;

5) Нарезка борозд плугом ПКЛ-70 в 2 следа;

6) Сплошная корчевка пней и создание микроповышений плугом 11Ш-1;

7) Посадка саженцев под меч в необработанную почву.

Б) По виду посадочного материала:

1) Сеянцы однолетние С дуб);

2) Сеянцы двухлетние Сель);

3) Саженцы ели четырехлетние (2+2).

B) По способу посадки:

1) Механизированная посадка леса маминой ЛМД-81;

2) Посадка леса вручную под меч Колесова.

При изучении условий роста лесных культур описывались рельеф, живой напочвенный покров по методике лесотипологичес-ких исследований. На вариантах обработки почвы исследовалось ее уплотнение на глубине 0-5, 10-15 и 20-25 см с помощью полевого плотномера МАДИ и насыщенность живыми корнями и органическими остатками растений по методу Н.А.Качинского.

Состояние и рост культур изучались в 4-5'-летнем возрасте по общепринятой методике. Определялись сохранность, густота стояния, высота стволика, его диаметр у основания, текущий прирост по высоте и размер крон. По пробным площадям характеризовалось естественное возобновление пород. Зстанавливались критерий качества культур по методу А.Й.Писаренко и М.Д.Мерзленко, энергия роста по В.В.Огиевскому и отношение текущего прироста к среднему.

Разработка процесса создания лесных культур для радиоактивно загрязненных условий выполнена на методологической основе, рассматривающей весь лесокультурный процесс как единое целое от моделирования типое культур до окончания формирования насаждения. При разработке типов культур особое внимание уде-

лялось подбору пород, размещении посадочных мест, первоначальной густоте с учетом штотности загрязнения, прогноза ее снижения и др. факторов при условии формирования долговечных, устойчивых к пожарам насаждений, минимизации затрат труда и получения чистой лесопродукции. Применительно к ним разрабатывались технологические схемы производства культур в трех вариантах: достигнутого в практике, наилучшего достижимого на современном этапе и соответствующего оптимуму в перспективе.

Анализ издержек загрязнения окружающей среды, экономическая оценка технологии создания лесных культур и новой техники выполнены с использованием литературных источников и методики определения экономической эффективности НИР в лесном хозяйстве.

3. ПРИРОДНЫЕ И РАДИАЩШННО-ЭКОЛОШЕШЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИИ

Природные и радиационно-зкологические условия района исследований, наиболее сильно пострадавшего в результате чернобыльской катастрофы западного региона России (на,примере Брянской и смежных областей), широко представлены в, литературных источниках (Б.В.Гроздов, 1966; Е.С.Мурахтанов и др. 1994; А.Д.Булохов, 1989; Г.Т.Воробьев, 1993 и др.). Согласно лесо-растительному районированию С.Ф.Курнаева (1982), он включает западную часть южной полосы смешанных лесов и прилегающие к ней широколиственные теневые леса, и характеризуется благоприятными для лесовыращивания почвенно-климатическими условиями. В настоящее время здесь сложилась напряженная радиацион-но-экологическая обстановка, которая требует принятия безотлагательных мер по его экологизации.

4. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИИ КОНЦЕПЦИИ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ ТЕРРИТОРИИ ОПТИМИЗАЦИЕЙ ЛЕСИСТОСТИ

Официальные источники информации и литературные данные свидетельствуют о том, что последствия чернобыльской катастрофы на многие годы нарушили социально-экологическую обстановку и хозяйственную деятельность в загрязненных регионах. При этом в числе наиболее доступных направлений экологизации нарушенных территорий признается повышение их лесистости территорий.

Масштабность выпадений радионуклидов, недостаточная изученность происходящих процессов и долговременный характер проблемы свидетельствуют о необходимости разработки концепции экологизации радиоактивно загрязненных регионов повышением их лесистости. Целью такого подхода является ограничение миграции радионуклидов, восстановление продуктивности загрязненных территорий и использование выведенных из оборота земельных угодий по другому назначению. В число важнейших определяющих принципов концепции включены: приоритет радиационной безопасности человека; ограничение горизонтальной и вертикальной миграции радионуклидов; последовательность планирования объектов облесения; минимизация сроков достижения экологического эффекта; социальная и экономическая целесообразность.

Учет закономерно протекающего распада радиоактивных веществ и неоднородности условий позволяет прогнозировать радиа-ционно-зкологическую обстановку и сделать процесс экологизации территорий управляемым. Наиболее резкое абсолютное снижение содержания радионуклидов в наиболее загрязненных участках приводит к важному выводу - освоение радиоактивно загрязненных территорий на первом этапе разработки специальных машин и технологий следует начинать с менее загрязненных участков.

Анализ пространственной радиационной, лесоэкологической и хозяйственной неоднородности территорий с учетом приведенных принципов позволил составить матричную и пространственную схемы освоения объектов экологизации. В соответствии с ними облесение участков намечается проводить в последовательности: от менее загрязненных - к более загрязненным, от более богатых условий - к бедным, от мест наибольшего сосредоточения людей -к менее доступным, а также с учетом других факторов.

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ДЛЯ РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

В функциональном отношении лесокультурные технические средства нацелены на обеспечение качества работы и условий труда. На радиоактивно загрязненных площадях эти требования возрастают, а условия их реализации осложняются. Это повывает интерес к экологической оценке технических средств.

Известно, что почвообрабатывающие орудия (плуги, культи-

ваторы) при обработке легких почв способствуют развитию дефляции, на тяжелых - эрозионных процессов. Однако при бороздова-нии вместе с верхним слоем почвы в междурядия удаляются и радионуклиды, что при посадке культур в дно борозды ослабляет радиационное воздействие на саженцы. В изучаемых условиях лесные плуги ПКЛ-70, ПЛ-1 и ПЛД-60 при работе на нераскорчеван-ных вырубках с количеством пней 450-950 ят/га допускают пропуски в пределах 11,4 - 26,77..

Лесопосадочные машины сошникового типа (МЛУ-1, ЛМД-81, ЛМД-21 и ЛМД-91) существенного отрицательного влияния на окружающую среду не оказывают. 0 зависимости от природно-производ-ствениых условий они допускают от 16,5 до 41,32 пропусков. Основным их недостатком является отсутствие надежной противорадиационной защиты рабочих мест. Здесь перспективны посадочные автоматы МЛА~1М, ПЛА-1М и желудевая сеялка С8У-1, управляемые из кабины энергетической системой. Культиватор КЛБ-1,7 на вырубках с количеством пней 680-930 ат/га при двухкратном уходе оставляет необработанными 11,2 - 15,8% саженцев, ннализ обеспеченности радиационной защитой технических средств привел к необходимости разработки соответствующей шкалы их оценки.

Изучение условий роста и состояния 4-5-летних культур ели, созданных на свежих вырубках, в условиях свежей субори свидетельствует о сохранении следов воздействия обработки почвы. Спловная корчевка и нарезка плужных борозд уплотняют ее на 25-29%. Безотвальное глубокое рыхление рабочими органами машины ЛМД-81 при посадке разрыхляет почву в сравнении с плужными бороздами (ПКЛ-70) на 41%. Сохраняется разрыхленность (79,7%) пластов, выполненных этим же плугом.

Последствия обработки почвы проявляются и на развитии живого напочвенного покрова вырубок (табл. 1). В рядах культур с глубоким безотвальным рыхлением почвы и по бороздам с разделкой пластов культиватором вевал и последующим глубоким рыхлением наблюдается снижение количества видов лесных растений (до 46,7%) и возрастание численности видов крупностебелышх сорняков (до 40%). Сплоиная раскорчевка вырубок существенно подавляет их зарастание. Проективное покрытие здесь составляет 25-33%, замедлен рост надземных частей (9-17% по массе), обеднены флористический состав и обилие, распространяются вегетативные растения. Ухудиение условий роста растений на раскорчеванных вырубках прослеживается по насыщению верхнего 30-см

Таблица 1

Развитие травянистой растительности в 6-летних культурах ели на вырубке в условиях ВС2-3 при различных способах обработки почвы и на заброшенном поле. Объект 3511.

Варианты Место наблюдения Распределение видов, нт Проективное покрытие, 7. Обилие Масса иадземн. части растений

по экологическим группам

всего ит/мА2 гг г/мл2 "П

лесные луговые сорные

1. Нераскорчеванная вырубка, глубокое безотвальное рыхление. между-рядия 31 20 3 100 60 100 340 100

ряды 25 11 -1 10 100 45 75 371 109

2. Нераскорчеванная вырубка, борозды плугом ПКЛ--70 с разделкой пластов культиватором КЛБ-1,7, глубокое безотвальное рыхление ряды 30 14 1 9 100 64 107 353 104

3. Раскорчеванная вырубка, обработка почвы плугом 111-1 между-рядия 11 7 г 2 33 12 20 57 17

ряды 7 5 1 1 25 8 13 32 9

4. Заброшенное поле - 23 3 4 15 100 31 52 586 172

слоя почвы живыми корнями и растительными остатками. Наиболее высокая населенность живыми корнями наблюдается в междурядиях и рядах культур по глубокому безотвальному рыхлению почвы, минимальная (28,42 от содержания на нераскорчеванной вырубке) -по пластам, выполненным плугом ПВ1-1. При этом на ненарушенной почве содержание корней в верхнем 10-см слое составляет 74,2-??,322 от их объема в 30-см слое. Тогда как в том же слое в рядах по пластам П1-1 их только 38.02. Еще более значительны расхождения по содержанию в почве отнерних негумифици-рованных и гумифицированных растительных остатков. Все это свидетельствует о высоких лесоэкологических свойствах свежих нераскорчеванных вырубок и вариантов обработки, не нарушающих естественное сложение почвы.

Изучение роста и состояния б-летних культур ели на нераскорчеванной вырубке в суборях временного переувлажнения при загрязнении до 5 Ки/кмл2 по Сь'-137 вскрыло существенное преимущество в росте по высоте саженцев по глубокому безотвальному рыхлению почвы, а также по плужным бороздам ПКЛ-70 с разделкой пластов культиватором КЛБ-1.7 и глубоким безотвальным рыхлением. Сплошная корчевка пней с созданием микроповышений плугом ПШ-1 преимуществ в росте не обеспечивает. Общая оценка культур по критерии качества культур (н.й.Писаренко, М.Д. Мерзленко) свидетельствует об удовлетворительном состоянии (Кк в пределах 3,02 - 3,54) рассмотренных вариантов.

Обработка почвы плугом ПКЛ-70 без разделки пластов с последующей посадкой саженцев и сеянцев ели и дуба в дно борозды в сложной субори с временно переувлажненной почвой преимуществ в росте культурам не обеспечивает (табл. 2.). Лучшие результаты здесь показывает глубокое безотвальное рыхление почвы с посадкой саженцев (2^2) машиной ЛЙД-31. Оценка культур по критерию качества указывает на неудовлетворительное состояние посадок сеянцев ели и дуба под неч в дно борозд, выполненных плугом ПКЛ-70 (Кк = 1,71 и 1,82), и удовлетворительное -при посадке саженцев маминой с глубоким рыхлением (Кк = 2,12) и сеянцев в необработанную почву под меч (Кк = 2,20). Незамедлительное осветление культур, исключающее их заглушение, повышает критерий качества соответственно до удовлетворительного и хорощего состояния. Это указывает на их надежность и целесообразность дальнейшего выращивания.

Результаты изучения роста 6-летних культур ели в сложной

Таблица 2

Состояние и рост 5-летних культур ели и дуба в зависимости от способов создания на нераскорчеванной вырубке в условиях СВ2-3. Объект 12К. Фрагмент.

Показатели, ед. изм. Варианты культур и значения показателей

1.Без обр. почвы, саженцы Е С 2+2) ЛМД-81 2. Без обр. почвы, сеянцы Е (2) под неч 3.Борозды НКЛ-70. саженцы Е (2-12) под меч 4.Борозды ПКЛ-70, сеянцы Д (1) под меч

Размещение посадочных мест, м. 1,7 и 4,3 (3,0) X 0,? (1,0) 1.7 и 4,3 (3,0) X 0,7 3,5 X 0,7 3,5 X 0,7

Посадочный материал, лет. саженцы 2+2 сеянцы 2 саженцы 2+2 сеянцы 1

Сохранность, У. 91,5 81.3 75,8 59,7

Высота. 5-летних, культур (М+ш). си в XX к варианту 1 110,2 ± 2.5 100,0 79,4 + 1,8 "72,0 76.8 + 1.6 "63,2 47,1 + 1.8 "42,7

Коэф.дост.различ. (1), сравниваемые варианты - 10,0 1 - 2 11,3 1 - 3 12,2 2-4

Энергия роста культур по В.В.Огиевскому

3-х летних 4-х летних 5-и летних 34.2 39,В 48.3 66,8 63,9 49,6 36.0 36.1 39,6 57,6 47,6 53,4

Диаметр у поверхности почвы (М+и), мм 25,6 + 0,9 16,6 + 0,7 20,3 + 0,9 13,1 + 0,5

Густота листвен, пород, тыс шт/га 8.0 8,0 5,0 5,0

Критерий качества 2,12 2,20 1,73 1,82

Показатель на -дегности 3,01 3,02 2,61 2,75

временно переувлажненной субори, заложенных посадкой крупномерных саженцеЕ (2 + 2! под меч по пластам, образованным плугом ПКЛ-70 и машиной ЛМД-81 в необработанную почву, свидетельствуют о существенно замедленном = 3,5) росте ели по микроновынениям. Раскопки корневых систем саженцев ручной посадки показали их сжатость в плоскости лезвия меча и загиб центрального корня почти у 85% экземпляров.

Состояние и рост 5-летних культур сосны и ели при мелком бороздовании в условиях свежей простой и сложной суборей на нераскорчеванных вырубках свидетельствует о вполне удовлетворительном их качестве.

Общая оценка способов создания культур по показателям качества, зависимым от производственного процесса, и технологичности производственного процесса показывает, что ведущее место занимает вариант создания культур посадкой саженцев машиной ЛМД-81 без предварительной обработки почвы, позволявщий механизировать весь технологический процесс. Наиболее близок к нему вариант бороздования плугом ПКЛ-70 с разделкой пластов культиватором КЛБ-1,7 и посадкой саженцев машиной ЛМД-81.

6. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ДЛЯ РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Радиоактивное загрязнение территорий осложняет процесс создания защитных насаждений и искусственного восстановления леса. Лесонасаждения в этих условиях по своему составу и структуре должны соответствовать новому целевому назначении, отличаться устойчивостью к разрушающим факторам (огню, ветру и др.), и минимальными затратами труда. Это предъявляет особые требования к разработке типов лесных культур.

Анализ лесорастительных условий, биологических и экологических особенностей пород и особенностей формирования коренных насаждений, а также положений концепции экологизации радиоактивно загрязненных территорий, указывает на необходимость введения при лесоразведении в состав культур кустарников. Это позволит, с одной стороны, повысить первоначальную густоту культур и ускорить их ввод в эксплуатацию, а с другой - снизить густоту древостоя на этапе формирования насаждения в результате выхода древесных пород в верхний ярус. В связи с этим отпадает необходимость в рубках ухода, что крайне важно в

условиях жесткого радиоактивного загрязнения.

В боровых и суборевых условиях с увеличением радиоактивного загрязнения предусматривается снижение доли участия сосны в древостое с 827. до 25-38%. В составе насаждений увеличивается доля зимнеголых пород, отличающихся повышенной устойчивостью к радиоактивному воздействию.

В зависимости от природно-производственных условий и степени радиационного загрязнения создание культур возможно посевом леса с помощью наземных устройств и летательных аппаратов, посадкой сеянцев, крупномерных саженцев и черенков. Каждый из приведенных методов имеет свои достоинства и недостатки. Производство лесных культур методом посадки крупномерных саженцев с использованием многооперационных машин сводит процесс к двум операциям - посадке саженцев и лесоводственному уходу, проводимому через довольно продолжительный период времени . когда плотность загрязнения снизится. Это позволит "выиграть время" для совершенствования процесса экологизации загрязненных земель, что дает преимущества этому методу.

Анализ вариантов производства культур для экологизации радиоактивно загрязненных территорий позволяет выделить четыре технологические направления: 1) Лесоразведение на землях сельскохозяйственного пользования при создания защитных насаждений; 2) Рекультивация сельскохозяйственных угодий высокой плотности загрязнения; 3) Восстановление леса на вырубках; 4) Облесение горельников. В пределах этих направлений предусматриваются три основные технологические варианты: достигнутый, наилучший достижимый на современном этапе развития техники и соответствующий оптимуму.

Создание лесных культур на площадях сельхозпользования отличается лучшими возможностями механизации операций и сложностью формирования искусственных насаждений при лесоразведении. Оптимальный вариант предусматривает две операции - обработку почвы и посадку крупномерных саженцев. Рекультивация угодий с очень высокой плотностью загрязнения предусматривает удаление грунта и посадку крупномерного посадочного материала. Перспективной технологией восстановления леса в условиях высокой плотности загрязнения предусматривается не менее четырех операций: подготовка площади, удаление верхнего слоя грунта, посадка саженцев и уход за молодняками. Наиоолее трудным объектом облесения являются лесные гари, где зола и недожог

представляют собой открытые источники излучения, резко повышающие радиационную опасность. Наиболее технологичным решением их облесения $тляется аэросев в ближайшую весну после пожара. Применительно к технологическим вариантам разработана система машин.

7. АНАЛИЗ ИЗДЕРЖЕК ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРНЙАЮЩЕИ СРЕДЫ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЙ СОЗДАНИЙ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ДЛЯ РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ УСЛОВИЙ

Под экономическим ущербом, наносимым окружающей среде загрязнением, понимаются выраженные в стоимостной форме фактические и возможные убытки, причиняемые обществу загрязнением окружающей среды, или дополнительные затраты на ликвидации, . компенсацию и профилактику этих убытков (О.Ф.Балацкий, 0.Г.Мельник. 1984; Ю.А.Израэль, 1984; и др.).

Издержки на предотвращение отрицательных последствий радиоактивного загрязнения территорий в результате миграции ра-дионулидов и издержки на ликвидацию этих последствий путем облесения земель рассматриваются в качестве экономического результата как снижение ущерба. При равном экологическом результате более высокий экономический эффект обеспечивают менее затратные экологически обоснованные технологии. Это подтверждает определение экономического эффекта новой лесопосадочной машины ЛМД-91 . Годовой экономический эффект от использования этой машины составляет 35,1 млн. руб, что при балансовой стоимости 38,5 млн.руб позволяет в течение года окупить затраты на ее приобретение (табл. 3). Применение мамины ЛМД-91, совмещающей глубокое безотвальное рыхление почвы, создание микроповыиений в виде грядки и посадку крупномерных саженцев,на посадке леса снижает затраты труда на 56 У.. Это свидетельствует о ее высоком социально-экономическом эффекте.

Результаты экономической оценки технических средств и технологических схем позволили определить наиболее оптимальные технологические решения. При искусственном лесовосста-новлении и рекультивации земельных угодий в изучаемых условиях перспективны наименее трудозатратнне технологии, основанные на использовании технических средств, совмещающих несколько операций и работающих в автоматическом режиме.

Таблица 3

Годовой экономический эффект от внедрения мавины ЛМЛ-91 при создании лесных культур на радиоактивно загрязненной площади

Варианты, операции. значения показателей

Наименование базовый новый

показателей создание Шъ посадка маминой МЛН-1 итого рыхление, создание грядки и посадка мавиной ЛМД-91 к базовому вар.

тыс.руб /пог.км

Удельные кап. вложения 170,06 350,42 520,48 261,57 50,2

Приведенные кап.вложения. 25,51 52,56 78,07 39,23

Сумма приведенных затрат

а) на единицу наработки 99,82 168,82 268,64 133,43

б) на годовой объем 25953,2 43893,2 69846,4 34691,8 49,6

Годовой экономический эффект 35154,6

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Ведущая роль в реиении проблемы экологизации территорий, загрязненных выпадениями радиоактивных осадков, отводится лесу, представляющему собой экосистему с наиболее высокими средообразущими и средорегулирующими свойствами, характеризующуюся сложной комплексной организацией, динамическим равновесием, устойчивостью, авторегуляцией, наибольшей продуктивностью органической массы и продолжительностью жизненного периода основного компонента - древостоя.

2. Стратегическая цель концепции экологизации радиоактивно загрязненных регионов путем повышения их лесистости состоит в ослаблении миграции радионуклидов и восстановлении продуктивности радиоактивно загрязненных земель в результате ис-

пользования угодий по другому целевому назначению. В число определяющих принципов концепции входят: приоритет радиационной безопасности человека, ограничение горизонтальной и вертикальной миграции радионуклидов, последовательность облесения объектов загрязнения, минимизация сроков достижения экологического эффекта, экологическая и экономическая целесообразность технических реиений. Повышение лесистости предполагается путем создания защитных насаждений , своевременного лесо-посстановления и рекультивации загрязненных земель.

Закономерность распада радионуклидов, заключающаяся в наиболее резком абсолютном снижении их содержания на участках с высокой плотностью загрязнения и незначительном - при низкой, лосоэкологическая неоднородность территорий указывают на целесообразность облесения объектов экологизации в последовательности: от менее загрязненных - к более загрязненным, от более богатых условий - к бедным, от мест наибольиего сосредоточения людей - к наименее доступным.

3. Применение существующих технических средств для производства лесных культур в условиях радиоактивного загрязнения зависит от их лесоводственной и экологической значимости и обеспеченности защитой обслуживающего персонала от радиационных воздействий. Навесные почвообрабатывающие орудия и лесопосадочные машины, управляемые из радиационно защищенной кабины, могут применяться в условиях повышенного загрязнения. Лесопосадочные машины, обслуживаемые рабочими, применимы при загрязнении до 5 Ки/кмА2 по Сз—137.

4. Лесные плуги ПКЛ-70, ПЛ-1, и ПЛД-60, культиватор КЛБ-1,? и лесопосадочные машины ЛМД-81, МЛ9-1, ЛМД-31 и.ЛКД-21 в свежих суборях на свежих нераскорчеванных вырубках по причинам наличия пней и порубочных остатков неизбежно допускают пропуски: при обработке почва в среднем до 15 - 27%, на посадке леса в среднем до 18 - 257., на дходе в местах саженцев - до 16,0%, которые должны учитываться при создании культур.

5. Влияние сплошной корчевки пней и глубокого бороздова-ния в суборевых условиях в четырех-патилетних культурах прослеживается в уплотнении почвы, обеднении флористического состава, уменьшении обилия, массы надземной части живого напочвенного покрова, снижении насыщенности верхних слоев почвы живыми корнями и органическими остатками растений. Глубокое бе-

зотвальное рыхление почвы лемехами-рыхлителями лесопосадочной машины ЛЙД-81 заметно улучшает условия роста культур.

6. На вырубках в свежих суборях и переходных к ним эдафо-топах наиволее высокие показатели роста, развития и сохранности культурам ели обеспечивают; по оораоотке почвы - глубокое безотвальное рыхление почвы, а также бороздование (ПКЛ-70) с последующей разделкой пластов (КЛБ-1,7) и глубоким безотвальным рыхлением СЛМД-81); по виду посадочного материала -крупномерные саженцы; по способу закладки культур - машинная посадка. Сплошная корчевка, создание микроповышений плугами ПКЛ-70 и П1-1 и глубокое бороздование по лесоводственным и технологическим особенностям неприемлемы. При наличии задерне-ния и при рекультивации земельных угодий с высоким содержанием радионуклидов целесообразно мелкое бороздование.

По общей оценке способов создания лесных культур согласно критерию качества и технологичности процесса наиболее результативным является способ, основанный на глубоком безотвальном рыхлении почвы с одновременной посадкой крупномерных саженцев по схеме сдвоенного расположения рядов при их размещении в последовательности через 1,7 и 4,5 м и расстоянии в ряду 1,0 м, обеспечивающем достаточную густоту (3,3 тыс/га), равномерность размещения и технологичность процесса.

7. Технологический процесс создания искусственных лесонасаждений для экологизации радиоактивно загрязненных территорий, нацеленный на выращивание долговечных древостоев повышенной устойчивости к разрушающим факторам при минимальных затратах людских ресурсов, предусматривает:

- на стадии моделирования типов культур - увеличение в составе насаждения доли участия долговечных пород и снижение хвойных, уменьшение густоты посадки леса при лесовосстаиовле-нии и введение кустарников при лесоразведении;

- на стадии производства культур - преимущественное использование крупномерного посадочного материала, механизации технологического процесса, применение многооперационных машин, работающих в автоматическом режиме и безопасность труда;

- на стадии формирования насаждений - минимальное изрежи-ванио древостоя.

8. Издержки предотвращения миграции радионуклидов и ликвидации последствий радиоактивного загрязнения природных сред являются экономическим результатом снижения ущерба. Б связи с

этим первые технологические разработки производства лесных культур при экологизации загрязненных территорий экономически оправданы. Внедрение в лесокультурный процесс новой многооперационной машины ЛМД-91 позволяет снизить затраты труда на 37,02, денежных средств - не менее чем в два раза и существенно повышает экономическую эффективность технологий.

В итоге, выаеизложенное прозволило разработать и рекомендовать для экологизации радиоактивно загрязненных территорий в изучаемых условиях приведенные в технологических картах варианты производства лесных культур. Освоение и внедрение их на начальном этапе целесообразно выполнять на объектах с более низкой плотностью радиоактивного загрязнения .

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Мурахтанов Е.С., Поляков 10.Н, Основные принципы экологизации загрязненных радионуклидами территорий путем лесной рекультивации // Вопросы лесоведения и лесоводства: Сб. науч. трудов БТИ вып. 2 - Брянск: РИО ЦНТЙ. 1994. - С. 26-28.

2. Мурахтанов Е.С., Поляков Ю.Н. Концепция экологизации радиоактивно загразненннх земель методами лесной рекультивации.// Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. Матер, науч.-практ. конф. БТИ. - Брянск, 1995. - С. 127-129.

3. Поляков Н.Е., Давиденко B.C., Поляков Ю.Н. Технология восстановления ценных насаждений производством лесных культур на вырубках производных древостоев, загрязненных радионуклидами.// Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. Матер, науч. - практ. конф. - Брянск. 1995. - С. 138-140.

4. Поляков Ю.Н. Экологизация радиационно загрязненных земель методами лесной рекультивации. - Брянск, 1995. - 72 с.

5. Поляков Ю.Н. Пути снижения радиационного облучения рабочих на загрязненных радионуклидами территориях при лесовос-становлении и лесной рекультивации. //Вопросы лесоведения и лесоводства Сб.науч.тр. БТИ. Вып.4.- Брянск, ЦНТЙ, 1996. - 52с.

6. Мурахтанов Е.С., Поляков Ю.Н. Основные направления экологизации радиационно загрязненных территорий//Чернобыль:10 лет спустя. Итоги и перспективы. Материалы Всероссийской науч. практ. конф. - Брянск, 1996.- С.42-43.