Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Лесокультурное закрепление отвалов промышленных отходов на примене Кингисеппского ПО "Фосфорит"

ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Лесокультурное закрепление отвалов промышленных отходов на примене Кингисеппского ПО "Фосфорит""

РГ8 ОД

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

САМКОВ Юрик Ефимович

ЛЕСОКУЛЫУРНОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОТВАЛОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ НА ПРИМЕРЕ КИНГИСЕППСКОГО ПО "ФОСФОРИТ"

Об.03.01. - ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ, СЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО И ОЗЕЛЕНЕНИЕ ГОРОДОВ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа была выполнена е лаборатории лесовосствновления Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства (СПбНИИЛХ).

Научный руководитель - доктор биологических наук,

профессор Е.Л.МАСЛАКОВ

Официальные оппоненты:- доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Л.С.ЗАСТЕНСКИЙ - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент М.Л.БРАНОВИЦКИЙ Ведущая организация: - Комитет по лесу Ленинградской области

Федеральной службы России по лесу

Защита состоится СЛ-ЬЭ^^ 1993 г. в // часов на заседании специализированного совета К 063.50.01 в Санкт-Петербургской лвсо'гехкйческой академии (Институтский пер., 5, главное ^ здание, зал заседаний). '

Автореферат разослан »/«Г» ■М-О-Л/.1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, канд.с.

А.П.ЕВДОКИМОВ

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с глобальным ухудшением природной среда, вызванным, в частности, увеличением объемов отвалов разнообразных отходов и их негативным влиянием на экологическое равновесие ландшафта, остро встает вопрос о биологической рекультивации данных объектов. Большие открытые массивы отходов вообще не должны иметь место при эксплуатации различных объектов.

Биологическое закрепление территорий промышленных отходов -хвостохранилищ и отвалов фосфогипса - является одной из наиболее важных проблем производства фосфорных удобрений. При этом подразумевается создание фитоценозов, способных закрепить отвалы, улучшить экологическую обстановку местности, возвратить в хозяйственный оборот изъятые территории, облагородить ландшафт.

Анализ литературы показал, что в практике лесной рекультивации отвалов фосфогипса и хвостохранилищ не изучены или слабо освещены следующие вопросы:

1) биологическая продуктивность и ферментативная активность субстрата;

2) особенности роста самосева и лесных культур в онто- и сингенезе, включая закономерности роста по высоте и диаметру, формирование корневых систем растений и микориз на них,'фито- и энтомологическое состояние насаждений;

3) методы непосредственного облесения отвалов, включая использование прогрессивных видов посадочного материала.

Отмеченное показывает, что рекультивация складов промышленных отходов находится в стадии поисковых работ.

Цель работы заключается в обосновании и внедрении методов и технологии лесной рекультивации территорий промышленных отходов - хвостохранилищ и отвалов фосфогипса - Кингисеппского производственного объединения (ПО) "Фосфорит" Ленинградской области. Результаты могут быть использованы при биологическом закреплении отвалов промышленных отходов как в условиях Северо-Запада Российской Федерации (РФ), так и в других регионах.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые были исследованы биоэкологические особенности хвостохранилищ и отвалов фосфогипса в условиях Северо-Запада РФ, выявлены закономерности естественного зарастания указанных территорий, апробирован ряд древесно-кустарниковых пород и трав для закрепления отвалов, и изучены особенности их роста и развития. Получены численные значения и дана биоэкологическая оценка влияния на рост и разви-

тие лесных культур 'основных"агротехнических приемов (использование' растений разных' биологических видов и .видов посадочного материала," закладка культур различной "густоты ив разные сроки, подкормка минеральными удобрениями, механическая защита), предложена новая технология. лесной рекультивации, отвалов отходов с учетом их экологических- особенностей, производственных требований и.перспективных видов посадочного материала.

Обоснованность'и достоверность результатов исследований подтверждается ' значительным объемом- экспериментальных, данных, обработанных на-ЭВМ с помощью стандартных и оригинальных прог-рам, разработанных- автором, что позволило' повысить точность вычислений и избежать ошибок, связанных с необходимостью обработки большого количества цифрового материала.•

Практическая -ценность работы состоит в том, что была разработана технология -создания и выращивания насаждений и закладка на ее-основе опытных-лесных .'культур на. отвалах-промышленных отходов с. учетом экологических условий среда и производственных требований предприятия. • ■

Апробация работы..Результаты исследований были представлены на ряде республиканских, всесоюзных и международной научно-тех-нтческих конференций' ,(Пушкино, 1988, 1990; Уфа, 1989, 1991; Го- . мель,. 1990; Иврно-Франковск, 1990; Ленинград, 1990; Архангельск, 1991), .а также, экспонировались на ВДНХ СССР (Москва, 1990).

Личный вклад.-Основные организационные и практические работы по составлению программы и методики исследований, постановке опытов, обработке и анализу материалов выполнены автором.

Реализация результатов исследований-. Рекомендации включены в научный отчет по теме, -которая-выполнялась на основании хоздоговора с Кингисеппским ПО "Фосфорит"Проведенные исследования позволили разработать технологию-создания лесных культур на хво-стохранилищах и отвалах фосфогипса и.-заложить на их откосах 5 га искусственных насаждений.

Содержание и структура работы. Диссертация изложена на 192 страницах машинописного текста, в.ней содержится 18 таблиц, 18 рисунков и -12-приложений. Список использованной литературы включает 223 наименования отечественных-и 43 иностранных авторов.

Работа состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций.

2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ" Программа исследований. Исследованиями предусматривалось: I) изучить как лесорастительную среду биоэкологические ус-

ловия на ■ хвостохранилищах-и 'отвалах фосфогшса -'агрохимические особенности, биологическую продуктивность и. ферментативную активность ■ субстратов,,' гидротермические 'особенности, эрозионные процессы, характер естественного'зарастания; ^

2) подобрать ассортимент растений'для облесения отвалов;

3) заложить опытные лесные культуры'на отвалах- и исследовать закономерности их роста и■состояния на фоне различных агротехнических' мероприятий; . . - - ■

4) разработать основные элементы- технологии лесной рекультивации отвалов с учетом их специфики. - - : ,

Объекты и методика исследований. Программа- работ была реализована в течение 1986-1992 гг. Изучением были'охвачены хвосто-хранилища-и-отвалы фосфогипса" Кингисеппского ПО "Фосфорит"., ' .

Водный и температурный режим-определялись'путем наблюдений на откосах отвалов различных экспозиций по общепринятым методикам (Наставления гидрометеорологическим станциям' и постам, 1985;. А.А.Роде, 1965). ' " '

Эрозионные процессы изучались путем регулярных визуальных наблюдений за состоянием поверхности отвалов в течение 6 лет.'

Агрохимические свойства отходов выявлялись посредством анализа материалов описания' технологического процесса переработки рудного сырья на предприятии, а,также определения -фибико-химиче-ских характеристик-субстрата по общепринятым-методикам -(Е.В.Ари-нушкина, 1970; Н.А.Качинский, ,1958)'. ,/ - '

Биологическая продуктивность , и ферментативная■ активность' (инвертазная и фосфатазная) субстратов изучались на основе отбора образцов субстрата с учетом срока 'и глубины.их хранения, ■ экспозиции откосов, а.также-степени развития растительности на-от-■ валах и действия минеральных, удобрений,' для" чего'использовались ' известные • методики (Н.Н.Белос'тоцкий,, А'.А.Бирцева, А'.В.Жигунов, ■ ' 1984; Ф.Х.Хазиёв,, 1976, 1982;'Т.А.Щербакова,. 1983) • /

Обоснование ассортимента 'древесно-кустарнщсовых пород и , трав для лесной, рекультивации освостохранилищ и отвалов фосфогипса предполагало изучений т сингенеза растительных" группировок - на отвалах, закладку - опытных - лесных культур из пород, наиболее ■ подходящих по своим биологическим свойствам для произрастания на указанных объектах и,способных закрепить их'поверхность, включая использование растений-а'боригенрв и .интродукцию- .в техногенные ландшафты ряда дрёвбсншь'пород. Кроме того; учитывались результаты, анализа публикащй по данному вопросу. ^ -

Исследование естественного зарастания отвалов проводилось по методикам (Ю.Н.Нешатаев, 1987; А.С.Родионова, Г.П.Минкевич, 1983).

В качестве посадочного материала при закладке опытных лесных культур использовались семена, I-4-летние сеянцы и саженцы с обнаженной (ОКС) и закрытой (ПМЗК) корневыми системами с объемом кома 0,2, 0,4 и 1,0 л, черенки длиной 0,1-0,5 м, I-3-летние черенковые саженцы ОКС и ПМЗК, хлысты длиной до 1,5 м.

Для 'выявления действия минеральных удобрений на рост и состояние культур использовались кристаллы и аммиачная селитра с повышенными дозами внесения (N^qP-^qK^ и n150). Удобрения вносились равномерно по площади ручным способом.

Рост и1 состояние опытных лесных культур исследовались по общепринятым методикам (Е.Л.Маслаков, М.Ф.Мойко, И.А.Маркова и др., 1978; В.В.Огиевский, А.А.Хиров, 1964).

Строение корневых систем на примере сосны обыкновенной исследовалось методом скелета (М.И.Калинин, 1983; В.А.Колесников, 1972). Исследование микоризности саженцев сосны проводилось по методике В.И.Шубина (1973).

Фито- и энтомологическая оценка опытных лесных культур и. самосева на отвалах проводилась по известным методикам (Е.Г.Мо- _ золевская, O.A. Катаев, Э.С.Соколова, 1984; В.К.Мороз, 1964).

Эффективность работ по лесной рекультивации обычно выявляется по Методике определения экономической эффективности рекультивации нарушенных земель (1986). Однако рекультивация отвалов промышленных отходов не должна оцениваться с позиций экономического эффекта (Я.В.Панков, Ф.Е.Иванов,В.Н.Данько, 19Э1). Лесные посадки на данных объектах предназначаются не для хозяйственного использования, а имеют, главным образом, средозащитное и социальное-гигиеническое значение.

Очевидно, что любую рекультивацию ландшафта было бы методологически правильнее назвать социальной (Р.Э,Вески, 1991) и имеющей своей целью получение социально-экологического эффекта (Л.П.Капелькина, 1991), не поддающегося точной всеохватывающей денежной оценке.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Еиоэкологическая характеристика объектов исследований. Сочетание основных элементов климата в районе исследований является в целом благоприятным для произрастания древесно-кустарнико-вой растительности и трав

Песок хвостохранилищ складируется в виде т.н. хвостов в результате намыва пульпы после флотации местных фосфоритов.

Фосфогипс является отходом производства фосфорной кислоты. Исходным сырьем служат апатиты Мурманской области.

Тело хвостохранилшц и отвалов фосфогипса сложено породами соответственно серого и белого цвета мелких и тонких фракций. Площадь хвостохранилшц - 588 га, объем - 100 млн т песка, площадь отвалов фосфогипса - 138 га с 30 млн т фосфогипса.

Максимальная влагоемкость песка хвостохранилищ составляет 24-25 %, фосфогипса - 90-95 %.

Гидротермический режим на отвалах отходов в течение вегетационного периода характеризуется низкой обеспеченностью корнео-битаемого слоя субстратов влагой (исключение - северные откосы фосфогипса), повышенной температурой этого слоя и воздуха у поверхности отвалов.

Установлено, что реакция среды (рН на хвостохранилище равен 6,2-6,8, на отвалах фосфогипса - 5,1-5,4) и гидролитическая кислотность (соответственно 0,2-0,6 и 2,0-2,7 ммоль/ЮО г) исследуемых субстратов не препятствуют росту растений, а низкое содержание органики (соответственно до I I и до 2,5 и подвижных " форм основных элементов питания (по существующим шкалам пище-обеспеченности) ограничивают его. На процесс накопления гумуса положительно влияет наличие растительности и внесение минеральных удобрений. Однако действие последних ослабляется вымыванием элементов питания из верхнего слоя субстрата.

В результате микробиологической деятельности и заселения формирующейся подстилки почвенной фауной на 10-12-летних отвалах начал формироваться гумусовый горизонт, представляющий собой прерывистый слой мощностью 0,5-1,5 см.

Некоторые особенности отвалов благоприятны для произрастания растений на них (рыхлость сложения, хорошая аэрация, отсутствие застойного увлажнения),.

Пески хвостохранилищ и фосфогипс отличаются низкой биологической продуктивностью и ферментативной активностью. Указанные показатели резко падали с увеличением глубины взятия образца. Нижний корнеобитаемый горизонт субстратов в отвалах (15-20 см) по продуктивности сравним со вновь поступающими в отвалы отходами, которые обладают свойствами ингибиторов.

Пионерные породы образуют как одновидовые, так и многовидовые популяции, что зависит от состава заносимых с окружающих

территорий семян. Проективное покрытие основания откосов растительностью не превышает 30 % на хвостохранилищах и 50-60 % на отвалах фосфогипса со снижением его к вершине.

В, настоящее время на отвалах можно выделить начальные стадии растительных сукцессий.

На первой стадии редкий растительный покров образуется лишь в самой нижней части откосов и состоит из неприхотливых растений --вейника наземного, хвоща полевого, мыльнянки лекарственной, донника белого, луговика извилистого, полыни обыкновенной, яст-ребинки луговой и др.

В первые же годы проявляются зональные черты растительности: появляется дикранум морщинистый, ива трехтычинковая, береза повислая и другие породы, характерные для лесной зоны. 1-2-летние экземпляры, как правило, погибают. Видовой состав представлен в основном микотрофными видами (95 %). Растения распространены по площади неравномерно. Достаточно выраженной мелиорирующей функцией обладают ивы (трехтычинковая, ломкая), произрастающие даже на наиболее крутых участках.

Следующая стадия имеет место на 10-летних отвалах и старше _ после начала плодоношения поселившихся деревьев. Отмечается формирование более сложных сообществ (около 50 ботанических видов).

Особенности роста культур на откосах различных экспозиций. На откосах хвостохранилища 3-летние культуры сосен-интродуцентов (с. веймутова и с. горная).в связи с использованием 1-летних сеянцев ОКС имели невысокую сохранность (соответственно 78 и 68 %). Сосна обыкновенная имела удовлетворительную приживаемость (66 %) со стабильным приростом по диаметру и высоте. На откосах отвалов фосфогипса сосна обыкновенная и веймутова имели сохранность 91 % и 90 %, а сосна горная - только 34 %.

Из лиственных пород хорошо адаптировались к условиям хвос-тохранилищ тополь берлинский, ива трехтычинковая и ее форма ива шаровидная, акация желтая. В"табл. I показаны характеристики их роста в условиях сильной ветровой эрозии и неблагоприятных гидротермических свойств субстрата.

Высокая сохранность тополя за 4 года произрастания (95 %) обусловлена его биологическими особенностями, а также технологией посадки (корневая шейка заглублялась на 20 см), что способствовало уменьшению потерь от дефицита влаги в верхних горизонтах песка и образованию адвентивных побегов.

Хорошей приживаемостью и сохранностью обладала ива трехты-

Таблица I.

Характеристика 4-летних культур пионерных пород на восточном откосе хвостохранилища

Порода диаметр корневой шей ки, мм Высота ствола, Прирост в высоту по годам, см Число побегов Сохранность,

см I 2 3 4 шт %

Посадка 2-летними черенковыми саженцами ОКС

Тополь 39 371 17 96 98 67 2 95

берлинский 54

Ива 20 202 21 76 84 4 99

шаровидная

юсадка 2-летними сеянцами-аборигенами ОКС.

Ива трех- 24 166 22 49 21 54 7 93

тычинковая

Посадка черенками

Ива 18 223 22 137 43 21 4 77

шаровидная 52 37 82

Ива трех- 15 151 24 48 12

тычинковая

Посадка 2-летними сеянцами ОКС

Акация 19 96 9 II 17 24 I 92

желтая

чинковая в случае использования черенков длиной 0,5 м, заготов-- ленных из 1-2-летних побегов самосева (82 %).

Особенности роста акации, посаженной 2-летними сеянцами , ОКС, в первые годы аналогичны другим микотрофным растениям (сос-* новые, ивовые): приживаемость у основания откосов Еыше, чем на их вершине (97 и 78 % соответственно), приросты по диаметру и высоте с каждым годом увеличиваются. Однолетние сеянцы ОКС приживались слабо (45 %) вследствие засыпания песком.

В условиях отвалов фосфогипса сеянцы ОКС лучше растут на северных и восточных откосах и на участках; покрытых естественной растительностью. Из хвойных интенсивнее растет сосна обыкновенная. Интенсивность роста акации была невысокой, однако ценность данной породы в большей степени определяется ее мелиорирующими свойствами. Ива трехтычинковая, посаженная черенками длиной, 20 см, показала хорошую приживаемость (77 %).

В поствегетационный период культуры осенней посадки не успевают закрепиться и, по сравнению с весенними, в большей степени подвержены эрозионным процессам.

Рост культур при использовании ПМЗК. ПМЗК как перспективный посадочный материал является оптимальным средством лесной рекультивации техногенных объектов с неблагоприятными свойствами, так как при' этом не требуется плодородная почва и трудоемкое сплошное или дискретное ее нанесение на поверхность отвалов; од-

новременно обеспечивается адаптация молодых культур к местным урловиям с высоким лесоводственным и экономическим эффектом. Благодаря ШЗК культуры проходят фазу медленного роста в питомнике, где условия среды благоприятны, а вопросы механизации во многом решены.

На северных откосах хвостохранилища и отвалов фосфогипса саженцами ШЗК с объемом кома 0,4 л был посажен ряд древесных, пород (табл. 2.).

Таблица 2.

Характеристика 3-летних культур с использованием ШЗК

Порода Диаметр корневой шейки, мм Высота ствола, см Прирост в высоту по годам, см Диаметр кроны, см Сохранность, %

I 2 ■ 3

Сосна 13 Хвое 61 ¡тохраз силище 12 47 89

обыкновенн.

Сосна 8 17 7 2 5 19 98

сибирская •

Лиственница 7 27 5 3 I 18 43

сибирская

Береза 6 48 II 12 12 15 81

карельская Отвал фосфогипса

Сосна II 54 7 6 9 33 88

обыкновенн.

Ель 12 57 II 17 12 32 94

европейская

Лиственница 5 47 8 10 9 19 79

сибирская

Береза 8 48 8 10 14 28 94

карельская

Результаты показывают, что культуры как хвойных, так лиственных пород с использованием ШЗК имеют хорошие показатели роста и сохранности. Исключение составляют культуры лиственницы сибирской на хвостохранилице, что говорит о запрете на использование ее для рекультивации данных отвалов.

На отвалах различных экспозиций на рост сосны влияет расположение на откосе. У основания откосов ее стволики прямые, крона хорошо развита, деревья характеризуются высокими темпами роста. На середине откоса сосна имеет меньший прирост, стволики искривлены, экземпляры, отставшие в росте, засыпаются песком.

Несмотря на более низкие результаты биотестирования, рост сосны на хвостохранилище имеет некоторое преимущество по сравнению с ее ростом на отвалах фосфогипса.

В отличие от хвостохранилищ, где самосев ели практически не

встречался и, на основании выявленных эдафических особенностей хвостохранилищ, ее не применяли, на отвалах фосфогипса обнаружился хороший рост ели с применением ПМЗК. Высота 3-летних куль- . тур еж составила 57.2 - 8.7 см при сохранности 94 %.

Для оценки роста сосны обыкновенной в качестве одного из вариантов на юго-восточном откосе хвостохранилища № I в июле 1985 г. были созданы опытные культуры 2-летними сеянцами ПМЗК. Посадка производилась ручным способом. Объем кома - I л. Время посадки и условия произрастания на отвалах вследствие значительной подверженности откосов южной и восточной экспозиций процессам дефляции и инсоляции являются экстремальными.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что показатели роста самосева и культур сосны, произрастающих на откосах хвостохранилищ, практически одинаковы, однако в последних наблю--дался меньший прирост в высоту из-за выраженной послепосадочной депрессии.

По состоянию на 20.10.91 сохранность культур составила 91 %. За время, прошедшее с момента закладки культур, на их площади образовался травяной покров (проективное покрытие составляет 7080 %) из мятлика однолетнего, ястребинки луговой, осота полевого и других видов.

На отдельных экземплярах сосны в 5-летнем возрасте появились шишки; образование генеративных органов в раннем возрасте свидетельствует о неблагоприятных условиях произрастания. Однако согласно ОСТ 56-92-87 "Культуры лесные. Оценка качества", исследуемые культуры по густоте и высоте соответствуют I классу качества.

Дифференциация деревьев в древостое обычно подчиняется ранговому распределению, которое устойчиво во времени (Е.Л.Масла-ков, 1980, 1984). Изучение динамики ранговой структуры самосева и культур сосны на складах промышленных отходов показало, что к 5-6-летнему возрасту ранговый статус деревьев стабилизируется.

С продвижением вверх по откосу (см. рис.) высота и прирост деревьев по всем наблюдаемым годам роста уменьшаются, но ранговая структура локально сохраняется, что указывает на влияние на рост культур как генотипа, так и эдафотопа.

Результаты факторного анализа показывают, что из-множества показателей роста культур сосны наиболее значимой является их высота. При анализе фактора I установлено, что ранговая структура популяции формируется в начале роста деревьев; существует вы-

сокая корреляция показателей роста в первые годы с последующими. 2-й фактор интерпретировать труднее: отмечается высокая положительная связь размеров кроны и отрицательная связь высот деревьев в разные годы их жизни, которая с возрастом, однако увеличивается. Очевидно, что большие размеры кроны в первые годы, а значит, и охвоенность, влекут за собой более интенсивную транс-пирацию, а данных условиях этот процесс лимитирован.

Рис. Ход роста сосны обыкновенной в ряду культур на хвосто-хранилшце (слева направо - от основания откоса к его вершине)

Параметры брикета оказывают влияние на приживаемость растений. Сохранность 3-лэтних культур сосны обыкновенной, созданных саженцами ШЗК с объемом кома 1,0 л и 0,2 л, составила соответственно 93 и 28 %. Сохранившиеся растения имели одинаковые темпы роста.

Влияние минеральных удобрений. На участке культур, где вносились удобрбния, отмечалось хорошее развитие ассимиляционного аппарата растений, лучший прирост стволов по диаметру и более интенсивное зарастание травянистой растительностью по сравнению с вариантом без удобрения. Хвоя сосны на удобренном варианте, где перед посадкой пленка с брикетов снималась, наиболее развита и составляет 113 % по длине и 126 % по массе от контроля (самосев). Максимальное увеличение линейных размеров хвои сосны обык-

новенной наблюдается в первый год действия удобрений. Применение удобрений не оказало существенного влияния на высоту растений в первые годы* Однако очевидно, что рост культур в будущем ожидается более интенсивным.

2-летние сеянцы ОКС березы повислой, боярышника сибирского, аронии черноплодной, розы морщинистой также хорошо развивались на откосах отвалов, обогащая флористический состав ценоза, не повреждались животными, на действие минеральных удобрений (П150 по д.в.) заметно реагировали на второй-третий год.

Формирование корневых систем. Данные раскопок показывают, что в условиях песчаных грунтов хвостохранилища сосна формирует мощные корневые системы, которые можно отнести к поверхностно-стержневому типу (П.К.Красильников, 1970). Это позволяет не только приспособиться к достаточно высокой плотности субстрата (1,4 г/см3), но и эффективно использовать условия местопроизрастания, характеризующиеся концентрацией элементов питания в верхнем слое * субстрата (Л.В.Етеревская, 1989).

Стержневые корни отчетливо выражены у всех модельных деревьев, в том числе и у самосева, но развиты слабо. К пятому году жизни культур они проникают на глубину 45-50 см, однако дальше не развиваются по причине высокой плотности и сухости грунта, а также в связи с использованием атмосферных осадков, включая конденсационную влагу (Г.И.Климов, Н.А.Бродская, 1980).

У саженцев "Брикет" часто имеются загибы горизонтальных корней вокруг, стержневых. После выхода из полиэтиленовой оболочки брикета' эти корни сохраняют первоначальную горизонтальную ориентацию и высокие темпы роста (до 40-45 см в год). На удобренном участке сформировались более развитые корневые системы.

Изучение микоризности. Средний балл микоризности сосны на участках без удобрения и с удобрением составляет соответственно 2,6 и 2,3. Микоризы распределяются по корневым системам растений достаточно равномерно,'что является следствием относительной однородности физико-химических свойств грунта. Меньшее количество микориз в поверхностном ю-сантиметровом слое объясняется его частым пересыханием в летний период.

Активное развитие грибов-микоризообразователей отмечалось на участке уже со второго-третьего года жизни культур.

Болезни и повреждения растений. Фитопатологический анализ погибших сеянцев и саженцев показал, что гибель их не связана с болезнями. На сосне сибирской, березе повислой и карельской,

тополе берлинском, иве шаровидной, акации желтой, аронии черноплодной, розе морщинистой болезней не обнаружено.

На самосеве сосны обнаружен сосновый вертун (возбудитель -Melampsora pinitorgua), в культурах - склерофомоз (возбудитель -Solerophoma pithya) и ржавчина (возбудитель - Coleosporium fus-BilaginiB);.поражены единичные побеги.

На листьях осины (самосев) была обнаружена парша (возбудитель - Venturia trémula). Болезнь развита в сильной степени.

Повреждений культур хвойных и лиственных пород насекомими на хвостохранилищах и отвалах фосфогипса не обнаружено. Появление вредителей на участках возможно с увеличением возраста и площади культур, но в ближайшие годы маловероятно.

4, ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ И ВЫРАЩИВАНИЯ КУЛЬТУР

Использование средств механической, как и химической, защиты является весьма трудоемкой операцией и существенно затрудняет условия эксплуатации хвостохранилищ. По этой причине речь может идти о биологических методах закрепления откосов. К тому же установка щитов на'откосах хвостохранилищ положительного эф|)екта не дала.

В связи с возможностью утилизации отходов лесная рекультивация хвостохранилищ и отвалов фосфогипса должна осуществляться без нанесения плодородного слоя.

Создание растительного покрова на отвалах рекомендуется производить по типу биологической активации бедной почвы (использование быстрорастущих, почвоулучшающих пород, ПМЗК, удобрений).

Временные, быстрорастущие й зачастую улучшающие свойства субстрата породы используются в виде кулис для создания благоприятных условий на раннем этапе развития фитоценозов и их роль со временем существенно снижается. Основными являются долговременные посадки деревьев и кустарников.

Организация лесокультурных работ и ухода за' насаждениями заключается в следующем.

Закладка кулис. Откосы отвалов в первую очередь закрепляются пионерными породами (ивой трехтычинковой, ее формой ивой шаровидной, тополем'берлинским, акацией желтой) из 5 рядов по периметру отвалов: у основания, на середине откоса и на его вершине.

В качестве Посадочного материала используются черенки длиной 0,1-0,5 y/iií хлысты длиной до 1,5 м (ивы), 2-3-летние сеянцы, саженцы и черенковые саженцы ПМЗК и ОКС из теплично-питомнического комплекса и растения (или части их вегетативных органов)

местного происхождения.

В связи с рыхлостью субстрата подготовка почвы не производится, а только маркируется любыми подручными средствами. Посадка ручная под меч Колесова, лопату или с помощью другого посадочного инструмента.

Сроки посадки для черенков и ОКС - сразу же после оттаивания верхнего слоя песка до начала его пересыхания (апрель-первая половина мая) и поздней осенью (октябрь). Предпочтение отдается весенним посадкам, так как они в меньшей степени подвергаются эрозии и солифдюкции.

Расстояние в ряду 1 0,3-0,5 м в зависимости от размеров посадочного материала и вида растений, ширина междурядий - 2,0-2,5 м в зависимости от крутизны откосов.

Особенности лесокультурных работ на отвалах фосфогипса заключаются в том, что гидротермический режим здесь более благоприятный по сравнению с условиями на хвостохранилищах. Отрицательным моментом следует считать большую крутизну откосов. В связи с этим, наряду с известными достоинствами ПМЗК применительно к . условиям отвалов промышленных отходов, определились преимущества.

ОКС, которые были реализованы при создании опытных лесных куль» тур на отвалах фосфогипса - малый размер и масса указанного вида I посадочного материала. Из всех видов ПМЗК предпочтение отдается брикетам небольшого объема (до 0,4 л).

Создание основных насаждений. Основные посадки рекомендуется создавать через 1-2 года из хвойных и лиственных пород, что позволяет в кратчайшие сроки сформировать устойчивые насаждения. Наряду с сосной обыкновенной, березой повислой в культуры вводятся сосна сибирская, горная и веймутова, тополь ленинградский, береза карельская, боярышник сибирский, арония, роза морщинистая. В условиях фосфогипса также могут произрастать ель европейская, лиственница сибирская.

Подготовка почвы, посадочный материал и посадка растений такие же, как и при создании кулис. При использовании ПМЗК, помещенного в полиэтиленовую пленку, перед посадкой ее снимают.

Для основных насаждений рекомендуется следующая схема размещения растений: расстояние в ряду - 0,5-0,7 м, ширина междурядий - 2,0-3,0 м.

В связи с возможностью утилизации отходов основная площадь отвалов (плакор) должна закрепляться временными, недорогими методами,- посадкой некоторых видов ив (трехтычинковой и ее формы

шаровидной, .серой и козьей -'только на отвалах фосфогипса). Возможен посев "в междурядьях трав, (люпина многолетнего, ежи сборной, Польши обыкновенной).. 1

Агротехнические мероприятия.■С целью снижения антропогенного воздействия на поверхность отвалов агротехнические мероприятия осуществляются с первого года' создания культурценозов в минимальных объемах. '

, ' .Подсев .трав (люпина",'донника, ежи, .тимофеевки) в междурядьях - лесных культур • содействует . улучшению свойств . почвогрунта, снижает -эрозию, препятствует развитию сорных растений.

■ -Скашивание сорняков. (вейника наземного, мятлика однолетне--го, хвоща полевого) необходимо в первые два-три года только в нижней трети' откосов в местах применения удобрений.

• Минеральные-удобрения вносятся в повышенных.дозах или %50Р12оК?5 по д. в."). равномерно-по поверхности. Сроки подкормки ,Май. В'кулисах; ,в связи с хорошей, адаптацией внедряемых пионерных пород к условиям, местопроизрастания, минеральные удобре-ния-нё используются."' ;

Для стимулирования роста'пионерных пород в кулисах и сниже- -Ш1я конкуренции с их стороны на основные посадки на второй-тре--тий.грд после закладки кулис производится посадка на пень рядов . культур, ив и ив-аборигенов, непосредственно угрожающих культурам * основных пород.

По мере, необходимости производится дополнение культур и от-.капывание или отряхивание засыпанных экземпляров хвойных пород.

Лесоводственный уход за насаждениями не проводится в связи с дополнительным и,' как правило, - отрицательным, воздействием на поверхность отвалов, (нарушение растительного покрова, засыпание 'ниже расположенных посадок и самосева' или обнажение их корневой ..системы,.провоцирование или усиление эрозии).

•' ВЫВОДЫ И'РЕКОМЕНДАЦИИ \ Анализ приведенных данных позволяет заключить следующее.

, I- Возвышенное Открытое пространство хвостохранилищ и отвалов фосфогипса,, тонкие - фракции субстратов, сильное пересыхание чих верхнего слоя обусловливают выраженную ветровую и водную эрозию; что вывивает загрязнение'окружавдей среды.

' 2. , Слабое распространение естественной растительности не обеспечивает предотвращения этого явления. - ' Незначительное содержание доступной для растений влаги, эрозия," бедность субстратов элементами питания являются основны-

I ' . "

ми причинами, сдерживающими естественное. зарастание и создание искусственных-насаждений на'отвалах. ' '. .

4.-Реакция среды субстратов не. препятствуют'росту, растений.

5. Биологическая продуктивность и ферментативная активность , субстратов крайне низкая, что свидетельствует о низком их плодо- '

' родии и о слабых процессах почвообразования на объектах в настоящее время. ' . -

6. С целью сохранения ценного субстрата для последующей переработки, снижения вредного воздействия промышленных отходов на • окружающую среду и для закрепления их поверхности следует создавать искусственные насавдения из древесных и травянистых видов, обладающих достаточной экологической пластичностью.

7. Лесные культуры сосны и других пород создают на отвалах . обстановку лесной среды. '

. 8. Для создания наиболее устойчивых культур предпочтение . следует отдавать ПМЗК.

9. Рост древесных и кустарниковых пород на отвалах соответ--ствует показателям роста и развития деревьев в начальный' период их жизни в обычных; культурах.

10. Ранговая, структура насаждений фррмируется в самых начальных фазах его развития. Между начальными и, последующими

к показателями роста растений существует высокая- корреляционная 'связь. К возрасту 5 лет ранговый статус деревьев, в насаждении' , -стабилизируется.

11. В условиях хвостохранилищ сосна формирует корневые системы поверхностно-стержневого типа. При слабом росте стержневых корней наибольшее развитие получают боковые шнуровидные корни горизонтальной ориентации средней степени разветвленности, рас-' туше в поверхностных слоях песка.

12. В настоящее время фитопатологическое состояние лесных культур на хвостохранилшцах и отвалах фосфогипса хорошее.

13. Введение в кулисы ив и закрепление ими основной терри-. тории отвалов создает предпосылки получения ценного. сырья для', корзиноплетения.

При лесной рекультивации откосов отвалов следует ориентиро- , ваться на реализацию следующих лесоводственно-технологических' мер:

1) содействие естественному зарастанию,

2) исключение нанесения на поверхность плодородного слоя,

3) исключение механизированной обработки почвогрунта,

4) создание буферных полос из ивовых,

5) создание смешанных насаждений,

6) преимущественное использование крупномерного посадочного материала ,

7) размещение рядов культур по горизонталям,

8) -производство лесных культур ранней весной,

9) увеличение начальной густоты культур,

10) дифференцированное применение минеральных удобрений. Предлагаемые методы лесной рекультивации отвалов промышленных отходов позволят закрепить откосы доступными средствами и тем самым обеспечить устойчивость отвалов, их локализацию, введение в хозяйственный оборот значительных площадей, создание деятельных биоценозов, оздоровление окружающей среды, улучшение постиндустриального ландшафта.

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пардаев Т.А., Самков Ю.Е. Определение оптимального состава грунтосмесей для выращивания лесных культур на нарушенных землях ПО "'Фосфорит" методом биотестирования субстратов// Молодые ученые - лесному хозяйству. Материалы 2 науч.- практ. конф. молодых ученых и асп. (25-27 октября 1988 г., г. Пушкино). -Пушкино: ВНИИЛМ, 1989. С. 35-36. - -

2. Самков Ю.Е., Огиевский Д.В., Пардаев Т.А. О естественном зарастании хвостохранилищ объединения "Фосфорит"// Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов: Тез. науч. конф., чЛ. - Уфа: БНЦ УрО АН СССР, 1989. С. 62.

3. Мойко М.Ф., Огиевский Д.В., Самков Ю.Е. Рост самосева и культур сосны на отвалах промышленных отходов//' Лесоустройство, таксация и аэрометоды: Сб. науч. тр. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1989. - С. I54-I6I.

4. Мойко М.Ф., Огиевский Д.В., Пардаев Т.А., Самков Ю.Е. Естественное зарастание отвалов фосфогипса Кингисеппского ПО "Фосфорит" и их лесная рекультивация//Система ведения лЮового госг подарства в г1рських умовах Карпат: Респ. наук.-техн. конф. 2325 травня 1990 р. Тези доповздей.- 1вано-Франк1вськ, 1990. - С. 243-244.

5. Маслаков Е.Л., Мойко М.Ф., Огиевский Д.В., Пардаев Т.Д., Самков Ю.Е. Технология лесной рекультивации складов промышленных отходов Кингисеппского ПО "Фосфорит". - М.: Госкомлес СССР, 1990. 6 с.

J

6. Самков D.E., Огиевский Д.В., Пардаев Т.А. Технология лесной рекультивации отвалов промышленных отходов Кингисеппского ПО "Фосфорит"//Интенсификвция лесного хозяйства в Западном регионе СССР. Конф. молодых ученых Западного отделения ВАСХНИЛ (Гомель, 15-16 марта 1990 г.). Тез. докл. - Гомель, 1990. С. II3-II5.

7. Отчет "Разработка методов и технологии лесной рекультивации нарушенных горно-техническими разработками земель с использованием посадочного материала "Брикет" (заключительный). Шифр "Рекультивация".- Л.: ЛенНШЛХ, 1990. - 180 с. (на правах рукописи)

8. Самков D.E., Мойко М.Ф., Старостин В.А., Маслаков Е.Л. Биоэкологические особенности некоторых видов ив и их использование в лесной рекультиввции//Материалы отчетной сессии по итогам научно-исследовательских работ за 1990 год. - Архангельск, АИЛиЛХ, 1991. - С. 91-93.

9. Маслаков Е.Л., Огиевский Д.В., Самков D.E. Биоэкологическая оценка лесной рекультивации хвостохранилищ Кингисеппского ПО "Фосфорит" как способа снижения их отрицательного влияния на окружающую среду//Экономические и социально-правовые принципы

• экологической безопасности: Сб. науч. тр. - Л.: СЗПИ, 1991. - С. II8-I22.

!_ 10. Самков D.E. Лесокультурное освоение отвалов промышленных отходов (в печати).

II. Коротаев A.A., Самков D.E. Формирование корневых систем в культурах сосны обыкновенной на отвалах промышленных отходов// Технология создания и экологические аспекты выращивания высокопродуктивных лесных культур: Сб. науч. тр. - Л: ЛвнНШЛХ, 1992. - С. 83-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Просьба принять участие в обсуждении диссертации или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, по адресу: I940I8, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Лесотехническая академия, Ученый Совет.