Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ СОЗДАНИЯ КУЛЬТУРНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ КМА (НА ПРИМЕРЕ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКА)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ СОЗДАНИЯ КУЛЬТУРНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ КМА (НА ПРИМЕРЕ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКА)"



На правах рукописи Егоров Владимир Геннадьевич

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ СОЗДАНИЯ КУЛЬТУРНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ КМА (НА ПРИМЕРЕ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКА)

03.00.16 — Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Курск-2005

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова» на кафедре экологии и охраны природы

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Стифеев Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Пигорев Игорь Яковлевич

кандидат сельскохозяйственных наук, Выводцев Василий Дмитриевич

Ведущая организация - Орловский государственный аграрный университет

Зашита состоится «ДУ ъ 2005 года в » часов

в аУд- главного корпуса на заседании диссертационного совета Д 220.040.01 при ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова» по адресу: 305021, г. Курск, ул. К. Маркса, 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова».

Автореферат разослан « $/0у> МЛА 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета * В.П. Герасименко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В результате ведения открытых горных работ в бассейне КМА образовано свыше 30 внешних отвалов н шламо-хранилиш, занимающих более 30 тыс. га плодородных почв, на большей части которых ранее располагались пахотные угодья. Формирующиеся отвалы вскрышных пород являются бесплодными, в них прерван основной поток круговорота вещества и энергии. Техногенный ландшафт, образованный в результате открытых разработок железной руды неустойчив к процессам водной и ветровой эрозии, что приводит к загрязнению природной среды, снижению продуктивности и качества продукции близлежащих агроценозов. Исследования, проводимые в настоящее время на территории КМА, направлены на поиск путей использования нарушенных территорий в народном хозяйстве региона.

В этой связи нами изучались вопросы, связанные с созданием устойчивости техногенных ландшафтов КМА и улучшением санитарно-гигиенической ситуации, сложившейся в регионе функционирования Михайловского горно-обогатительного комбината.

Состояние изученности проблемы. Проблемы функционирования Михайловского железорудного месторождения являются сложными и многогранными. Исследованиями ученых A.M. Бурыкина, А.И. Сти-феева, И.Я. Пи го рева, В.И. Прозорова, A.B. Гол овасти (совой, М.В. Сергеева и др. разработаны приемы биологической рекультивации отвалов вскрышных пород, изучены вопросы формирования естественных фитоиеиозов и создания отдельных искусственных фитоценозов, определены эрозионные процессы техногенных ландшафтов и разработаны меры борьбы с ними. Вместе с тем, несмотря на изученность вопроса, требуется дальнейшее расширение ассортимента травянистых и древес-но-кустарниковых видов для озеленения и придания устойчивости техногенных ландшафтов. Требуется изучение качества получаемой на отвалах продукции и возможность использования ее в народном хозяйстве. Не изучены закономерности роста и развития созданных на отвалах МГОКа древесных культур, вступивших в фазу формирования древостоя. Все вышеизложенное и предопределило цели и задачи наших исследований.

Цели it задачи исследований. Целью наших исследований являлось изучение процессов естественного зарастания отвалов вскрышных пород МГОКа травянистой и древес но-кустари и ко вой растительностью и использование полученных данных для создания культурных фитоценозов на техногенных ландшафтах КМА.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

■ .Исследовать естественную пород МГОКа.

э растительность-отвалов-вс^ры шных

ЦН'6 /ИСХА фонд і dysnoM литературы

ц і аудіон лите иг

ІгЛГШ

2. Исследовать возможность произрастания на вскрышных породах новых видов трав и кустарников.

3. Изучить рост и развитие древесно-кустарниковых насаждений на отвалах отсыпанных технической смесью пород.

4. Обосновать проектное решение по облесению отвала Кг 5 Михайловского ГОКа.

Научная новизна исследований. Выявлены возможности возделывания на вскрышных породах новых видов трав и кустарников (пай-зы, козлятника, боярышника и шиповника), изучено формирование корневой и надземной частей трав и плодово-ягодных кустарников. Определено качество продукции фитоценозов. Впервые проведена оценка роста и развития, созданных на отвалах МГОКа древесных насаждений вступивших в фазу формирования древостоя и разработана схема создания древесно-кустарниковых насаждений в техногенных ландшафтах Михайловского ГОКа.

Практическая значимость работы. Установленные возможности роста и развития перспективных травянистых растений и древесно-кустарниковых пород на отвалах Михайловского ГОКа могут быть использованы при создании фитоценозов в техногенных ландшафтах КМА, что позволит улучшить их устойчивость н состояние окружающей среды.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на научно-практической конференции Курского отделения Докучаевского общества почвоведов (Курск, 2003 г.), межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 90-летию Воронежского аграрного университета им. К.Д. Глинки (Воронеж, 2003 г.), всероссийской научно-практической конференции "Агроэкологические проблемы Центрального Черноземья" (Курск, 2004 г.), всероссийской научно-практической конференции "Проблемы развития сельского хозяйства Центрального Черноземья" (Курск, 2005 г.), международной научно-практической конференции "Экология фундаментальная и прикладная" (Екатеринбург, 2005 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи.

Личный вклад автора состоит в разработке научной гипотезы и программы исследований под руководством научного руководителя доктора с.-х. наук, профессора А.И. Стифеева. Все научные исследования, расчеты, обобщение и анализ экспериментального материала, выполнены лично автором.

Положения, выносимые на защиту:

1. Оценка естественного травостоя молодых отвалов МГОКа из лессовидных суглинков и глины келловея.

2. Возможность искусственного возделывания культурных трав и плодово-ягодных кустарников на отвалах вскрышных пород МГОКа и определение качества продукции.

3. Состояние искусственных посадок древесно-кустарниковой растительности на породах и технических смесях.

4. Разработка проектного решения по облесению отвала № 5 МГОКа.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 148 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка литературы, включающего 197 наименований, в том числе 27 на иностранных языках, содержит 10 рисунков, 23 таблицы, 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объекты и методики исследований

Объектом наших исследований являлись горные породы - лессовидные суглинки, глина келловея и технические смеси пород, отсыпанные в отвалы МГОКа. Лессовидные суглинки содержат 0,59 % органического вещества, 11,0 мг/кг щелоч ногидролизуемого азота, 93 мг/кг подвижного фосфора, 181 мг/кг подвижного калия, имеют благоприятную реакцию почвенного раствора (рН 6,9). Глина келловея содержит 1,85 % органического вещества, 14,0 мг/кг шелоч ногидролизуемого азота, 402 мг/кг подвижного калия, 76 мг/кг подвижного фосфора. Технические смеси, образованные при перемешивании вскрышных пород в результате извлечения из карьера и валового складирования в отвалы имеют преимущественно среднесуглинистый гранулометрический состав, содержание подвижного фосфора 22-133 мг/кг, подвижного калия 56-320 мг/кг, органического вещества 0,12-2,0 %, рН почвенного раствора 6,2-7,1.

В соответствии с поставленными задачами нами проводились агрохимические исследования вскрышных пород МГОКа, включающие: определение гидролитической кислотности по Г. Каппену, рН солевой вытяжки, подвижного фосфора и калия по Чирикову в модификации ЦИНАО, азота щелочногидролизуемого по Корнфнлду, органического вещества по Тюрину в модификации ЦИНАО, суммы поглощенных оснований Са1+ и Мй .

При изучении естественного зарастания отвалов, оценке посевов культурных трав, посадок плодово-ягодных кустарников и исследовании лесных культур применялись общепринятые методики биогеоцено-тических и лесохозяйственных исследований (А.А. Корчагин, 1964;

B.B. Огиевский, A.A. Хиров, 1964; A.A. Молчанов, B.B. Смирнов, 1967; П.Д. Ярошенко, 1969; Л.Г. РаменскнЙ, 1971; А.Г. Воронов, 1973; Программа и методика изучения техногенных биогеоценозов, 1978; Указания ло проведению изысканий и проектированию биологической рекультивации земель лесохозяйственного направления, 1981; Б.А. Доспехов, 1985; Ю.Н. Нешатаев, 1987). Растения определялись соответственно "Флоре европейской части СССР" (П.Ф. Маевский, 1964). Видовая номенклатура скорректирована по С.К. Черепанову (1981).

Посев культурных трав производился вручную, рядовым способом. Норма высева семян трав: клевер гибридный - 15 кг/га, козлятник восточный - 30 кг/га, эспарцет песчаный - 120 кг/га, пайза - 18 кг/га, кострец безостый — 30 кг/га. Схема опыта: 1. Лессовидные суглинки; 2. Лессовидные суглинки + NM; 3. Глина келловея; 4. Глина келловея + Nw. Варианты опыта размешались методом полной рендомизации. По-вторность опытов 6-ти кратная. Площадь делянки составляла 10 м2. В качестве азотного удобрения использовалась аммиачная селитра. Оценку продуктивности культурных трав проводили методом сплошного скашивания делянок.

Изучение корневой системы культурных трав и плодово-ягодных кустарников проводилось по Н.З. Станкову (1964).

Определение содержания тяжелых металлов в биомассе культурных трав и плодах плодово-ягодных кустарников проводилось атомно-абсорбционным методом.

Плодово-ягодные кустарники высаживали по 80 саженцев на каждом типе отвалов.

Математическую обработку результатов исследований проводили методом дисперсионного анализа с использованием ЭВМ.

Естественное зарастание евежеотсыпанных отвалов КМА

Всего на обследованных 2-летних отвалах отсыпанных лессовидными суглинками и глиной келловея обнаружено 30 видов травянистых растений относящихся к 12 семействам. Древесные виды на отвалах данного возраста не обнаружены. На 2-летних отвалах, отсыпанных лессовидными суглинками, насчитывается 23 вида растений из 9 семейств. Наиболее многочисленны растения семейства астровые - 9 видов, мятлнковые и капустные - по 3 вида. Наибольшая встречаемость отмечена у мать-и-мачехи обыкновенной — 77 %, одуванчика лекарственного - 60 клевера лугового - 54 % и тысячелистника обыкновенного — 50 %. На 2-летних отвалах, отсыпанных глиной келловея, насчитывается 26 видов растений из 11 семейств (наиболее многочисленны семейства астровые — 9 видов, мятлнковые и сельдерейные — по 3 вида). Наибольшая встречаемость отмечена у мать-и-мачехи обыкно-

венной - 80%, клевера лугового - 65% и одуванчика лекарственного — 50%.

Проведенные исследования показали, что на 2-летних отвалах вскрышных пород МГОКа преобладают смешанные растительные группировки с бедным видовым составом и низким проективным покрытием. На отвалах лессовидных суглинков в среднем насчитывается 37 растений на 1 мг, на отвалах глины келловея - 9. Видовая насыщенность отвалов лессовидных суглинках составляет 5 вндов/м2, глины келловея — 3 ви-да/м2. В микропонижениях отвалов, с хорошим увлажнением субстрата формируются заросли тростника обыкновенного, клевера ползучего, мать-и-мачехи, репейника войлочного, площадью микрогруппировок от 5 до 20 м2 с проективным покрытием достигающим 100%.

Фитоценозы, формирующиеся на 2-летних отвалах, продуцируют незначительную биомассу, в которой преобладает надземная составляющая (62,4 - 68,5 % от обшей биомассы), что свидетельствует о низкой устойчивости формирующихся растительных сообществ. На лессовидных суглинках общая биологическая продуктивность естественных фитоценозовзатри года наблюдений составила 236,4 г/м2 (в том числе подземной массы в слое 0-40 см — 88,9 г/м1), на глине келловея — 108,5 г/м2 (в том числе подземной массы в слое 0-40 см - 34,2 г/м1).

На основании проведенного описания естественной растительности молодых отвалов вскрышных пород МГОКа можно отметить следующее: формирующиеся на отвалах растительные сообщества имеют низкие показатели видовой насыщенности и проективного покрытия. Растения в пределах сообществ размешены крайне неравномерно, кроме того, отмечается высокая неравномерность в распределении видов на отвалах.

Лабораторный опыте посевом трав

С целью выяснения возможности произрастания подобранного ассортимента трав на основных вскрышных породах Михайловского железорудного месторождения в 2002-2004 гг. нами были заложены лабораторные опыты с использованием вегетативных сосудов объемом 2 дм . Анализ полученных данных (табл. 1) показывает, что наибольшая продуктивность на лессовидных суглинках отмечается у клевера гибридного, как в варианте с азотным удобрением, так и без него (3,62 и 2,98 г/сосуд соответственно). Немного меньшая продуктивность (соответственно 3,12 и 2,47 г/сосуд) отмечена у эспарцета песчаного. В целом, на данной вскрышной породе у большинства трав наблюдаются удовлетворительные показатели продуктивности, за исключением козлятника восточного, продуктивность которого на удобренном фоне составила 0,79 г/сосуд.

Таблица ] - Продуктивность трав лабораторного опыта, г/сосуд (сухая масса, среднее за 2002-2004 гг.)

Вариант Культура

Клевер Козлятник Эспарцет ПаЙза Кострец

Лессовидные суглинки 2,98 0,61 2,47 1,95 2,23

-/+ N6« 3,62 0,79 3,12 2,64 2,68

Глина келловея 1,68 0,42 1,52 0,88 1,22

-/+ N1» 2.01 0,51 1.81 1,22 1,50

1ІСР от. г/сосуя 0.2! 0.06 0.23 0,27 0,19

На глине келловея отмечается более низкая продуктивность трав. У клевера гибридного ока уменьшилась почти в два раза и составила 1,68 г/сосуд в варианте без внесения удобрения и 2,01 г/сосуд в варианте с внесением Наименьшая продуктивность среди культурных трав отмечается у козлятника восточного - 0,42 г/сосуд (бет удобрения), и 0,51 г/сосуд на удобренном фоне.

Из проведенного опыта следует, что наиболее перспективными видами трав являются клевер гибридный, эспарцет песчаный, кострец безостый и пайза.

Мелкоделяночный опыт с посевом трав

Анализ данных продуктивности трав в первый год жизни на 2-летних отвалах лессовидных суглинков МГОКа (табл. 2) показал, что, наибольшая продуктивность отмечена у клевера гибридного, которая составляла от 36,1 до 44,3 ц/га на чистой породе и от 43,2 до 53,9 ц/га на удобренном фоне. На втором месте по урожайности находится эспарцет песчаный, его продуктивность изменялась от 30,8 до 36,3 и/га на чистой породе и от 38,6 до 46,1 ц/га на фоне Ым-

Биологическая продуктивность трав на 2-х летних отвалах глины келловея была ниже, чем на отвалах лессовидных суглинков. Продуктивность клевера гибридного изменялась от 21,0 до 25,3 ц/га (на чистой породе) и от 26,2 до 31,1 ц/га (на удобренном фоне). Биологическая продуктивность козлятника восточного была ниже, чем у остальных трав и в среднем за три года составила 5,4 ц/га на чистой породе и 6,5 ц/га на удобренном фоне.

Таблица 2 - Продуктивность трав 1-го гола жизни в посевах на лессовидных суглинках ло годам (о/га сена)*

Годы Культура

Клевер Козлятник Эспарцет Пайза Кострец

2002 39.8 48,4 м 10.6 2М 38,6 18.6 24,7 25,4 33,0

2003 36.1 43.2 19 9,5 33.2 41.5 27.9 37,8 32.7 39,1

2004 МЛ 53,9 £5 11.2 2Ы 46,1 2М 32,6 28.5 36,3

Среднее за три года 40.1 48,5 10.4 Ш. 42,1 215 31,7 ?8,9 36,1

•в числителе — на чистой порше, в знаменателе - на удобренном фоне.

Формирование культурных фитоценозов на 2-летних отвалах МГОКа имеет свои особенности. Проведенное изучение биологической продуктивности культурных трав первого года жизни показало преобладание надземной вегетативной массы над корневой.

Основная часть корневой системы культурных трав развивается в слое 0 — 10 см (более 70 %). Наибольшая глубина проникновения корневой системы наблюдается у клевера гибридного, как на лессовидных суглинках, так и на глине келловея, при этом в слое породы 0 - 20 см ее располагается до 90 %. Корневая система клевера гибридного и эспарцета песчаного распространяется на большую глубину, чем у злаковых трав. Так у клевера гибридного глубина проникновения корневой системы на лессовидных суглинках превысила 60 см, а на глине келловея она составила 40 см. У эспарцета песчаного корневая система на глине келловея достигала глубины 30 см, а на лессовидных суглинках - 40 см.

Изучение корневой системы трав показало, что на 2-летних отвалах глины келловея МГОКа образование клубеньков на корнях бобовых трав не происходит. На 2-летних отвалах лессовидных суглинков образование клубеньков отмечено только у эспарцета песчаного. В среднем за три года на чистой породе на одном растении образовывалось 7 клубеньков диаметром от 2 до 3 мм. В варианте с внесением азотного удобрения их количество в среднем составило 15 штук на одном растении. В обоих вариантах они имели светло-серую окраску, и наибольшее их количество располагалось на глубине 8—14 см.

Следует отметить, что клевер гибридный, эспарцет песчаный, кострец безостый и пайза являются перспективными травами для создания культурных фитоценозов на техногенных отвалах МГОКа. Накап-

ливаемый бобовыми травами симбиотический азот способствует повышению плодородия вскрышных пород МГОКа.

Применение в качестве минеральной подкормки азотного удобрения в дозе 60 кг/га д.в. способствует увеличению продуктивности культурных трав в среднем на 20-35 %.

Химический состав растений, возделываемых на отвалах Михайловского ГОКа

Исследования показали, что фитомасса растений, произрастающих в условиях техногенных ландшафтов КМА, в значительной степени обогащена ионами тяжелых металлов (табл. 3). Проведенные исследования показали, что среди изучаемых тяжелых металлов четко прослеживается положительная связь между внесением азотного удобрения и количеством металла в фнтомассе растений для цинка, кадмия, частично свинца и кобальта. Содержание железа, напротив, при применении минерального удобрения, как правило, снижается.

Таблица 3 - Содержание тяжелых металлов в культурных травах на отвалах МГОКа, мг/кг(среднее 2002-2004 гг.) *

Элемент Порода

Лессовидные с углинки Глина келловея

о. Щ 0> 5 £ Р о; і ё Сц «э С о <-> 1 § я ^ с. а о 5 £ ь к і=: г* У о. « с X I £ І

Си МІ 5.54 7.52 8.42 4.02 3.53 3.84 3.15 3.03 3.63 9.67 7.33 1М2 11.5 5.75 8.04 5.37 4.86 4.77

2л 23.3 26.3 26.3 32.6 24.6 28,3 22.6 23.3 21.3 22.6 36.7 40.0 39.3 46,7 38.7 40,3 34.0 36.3 32.3 38,0

РЬ 1,10 2,15 2Ш 3.33 ш 1.52 от 1,07 Щ 1.51 ЬІІ 2,74 4.81 4,95 4.02 4.18 1.28 1.72 1.46 2.55

са 0.16 0.25 £Ш 0.22 £Ш 0.23 0.10 0,15 0.12 0.18 ОМ 0.61 0.30 0,42 0.32 0,45 £22 0.37 0.15 0.23

N1 121 Мб 1.93 2.25 1.25 0.95 1Л 1.03 0.75 0,90 1,75 2.% 2.80 1.45 1.46 ш 1.56 1.03 1.03

Ре 276 230 302 280 210 178 222 255 222 200 314 245 332 311 240 207 258 270 235 296

Со 0.77 0.95 0.99 1.07 0.91 0.87 0.74 0.63 0.64 0.85 0.92 1.13 1.06 1.16 1.03 1.24 0.92 0.95 0.70 1.04

*е числителе - на чистой породе, в знаменателе — на удобренном фоне.

Согласно нормативам (Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) некоторых химических элементов в кормах для сельскохозяйственных животных, 1987), для отдельных химических элементов допускается следующий максимально допустимый уровень их содержания в грубых и сочных кормах, мг/кг: медь — 30, цинк — 50, свинец - 5,0, кадмий - 0,3, никель - 3,0, железо - 100, кобальт - 1,0. Из данных табл. 3 видно, что содержание меди, цинка, свинца, никеля в фитомассе культурных трав не превышает допустимого уровня. Кадмий, в пределах, превышающих нормативы, обнаружен в растениях только на глине келловея — в растениях клевера и эспарцета на чистой породе и в растениях клевера, козлятника, эспарцета и пайзы при внесении минерального удобрения. Содержание кобальта, превышающее нормативы, на лессовидных суглинках отмечено у козлятника в варианте с применением азотного удобрения, на глине келловея — у козлятника и эспарцета во всех вариантах опыта, у костреца и клевера - при внесении минерального удобрения. Железо превышает нормативы по своему содержанию в фитомассе культурных трав в 1,8 — 3,3 раза на всех вариантах опыта.

При проведении биологической рекультивации нарушенных земель необходимо строго следить за качеством продукции, получаемой с этих территорий. Для использования трав в качестве корма сельскохозяйственным животным требуется тщательное определение их качества.

Естественное возобновление ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ кустарников на отвалах МГОКа

Результаты исследований показали, что чаще всего облепиха произрастает в виде отдельных групп, состоящих из довольно мощных кустов, средняя высота которых в возрасте 7 — 8 лет составляет 1,8 м. Женские экземпляры облепихи круши нов идной ежегодно обильно плодоносят. Шиповник имеет более низкую встречаемость. В целом на поверхности отвала отмечено всего две м(перегруппировки с его произрастанием.

Проведенное нами изучение корневой системы плодовых кустарников показало, что свыше 70 % корневой массы облепихи сосредоточено в верхнем 10 см слое. У шиповника в слое 0-10 см находится 63,5 % корневой массы, что на 6,5% меньше, чем у облепихи. Кроме того, на корнях растений облепихи отмечено образование большого количества актином и цетов, в среднем около 400 штук на одном растении. Исследования корнеотпрысковой способности кустарников облепихи и шиповника показали, что наибольшее количество корневых отпрысков имеет облепиха. Причем максимальное удаление порослевых кустиков от материнского растения у облепихи составляет 3,4 м, у шиповника — 0,9 м.

Образование поросли за пределами куста у плодово-ягодных кустарников способствует повышению устойчивости этих растений в природных сообществах.

Средняя продуктивность облепихи с одного растения за три года составила 4,2 кг, шиповника- 0,18 кг соответственно.

Исследованиями установлено, что облепиха обладает высокой экологической пластичностью, способностью давать корневые отпрыски (которые уже в первый год достигают высоты 14 - 25 см), переносить частичное оголение корневой системы, что обуславливает высокие лесомелиоративные свойства облепихи и позволяет успешно использовать ее для создания культурных фитоценозов. Корневища шиповника, разрастаясь в стороны, дают корнеотпрысковые побеги и кусты, которые впоследствии образуют микрогруппировки. По всей подземной длине корневищ образуются придаточные корни, что способствует закреплению склонов отвалов от водкой и ветровой эрозии.

Экспериментальные посадки плодово-ягодных кустарников на отвалах МГОКа

Проведенные исследования показали, что наилучшая приживаемость среди плодово-ягодных кустарников на лессовидных суглинках наблюдается у облепихи — 97,5 % (табл. 4), на глине келловея у шиповника — 90 %. Самые низкие показатели приживаемости из всех опробованных в экспериментальных посадках плодово-ягодных кустарников наблюдаются у боярышника — 76,3 % на глине келловея и 81,3 % на лессовидных суглинках.

Таблица 4 - Показатели приживаемости и сохранности плодово-ягодных кустарников на отвалах МГОКа {за 2002 - 2004 гг.)

Порода Лессовидные суглинки Глина келловея

Приживаемость, % Сохранность, % Приживаемость, % Сохранное? ь,%

2003 г. 2004 г. 2003 г. 2004 г.

Облепиха 97.5 93,8 93,8 87,5 81,3 80.0

Шиповник 96,3 90,0 87,5 90,0 82.5 81.3

Боярышник 81,3 73,8 72,5 76,3 63,8 60,0

В конце октября 2004 г. нами производилось изучение корневой системы плодово-ягодных кустарников. Исследования показали, что на отвале лессовидных суглинков корневая система наиболее развита у шиповника - масса сухих корней одного растения составляет 12

в среднем 168,4 г. В го же самое время наибольшая глубина проникновения корневой системы отмечена у боярышника - в слое породы 3040 см находится 1,6% от общего веса корне/}, у облепихи и шиповника в этом слое породы корней не обнаружено.

Наибольшая глубина проникновения корневой системы на глине келловея отмечена также у боярышника - в слое породы 30-40 см находится примерно 1,1 % от обшей массы корней. Наибольшая масса корней на глине келловея образуется у шиповника '143,7 г/растение. В результате изучения корневой системы плодовых кустарников было установлено, что на корнях у облепихи, произрастающей на отвалах лессовидных суглинков, образуются азотофикси-рующие актиномицеты. На одном растении их количество составляет в среднем 80 штук размером до 5 мм.

В начале ноября 2004 г. в посадках плодово-ягодных кустарников проводилось определение массы листового опада. Плодовые кустарники способствуют накоплению на поверхности отвалов от 1,4 до 3 центнеров органической массы на 1 га. Наибольшее ее количество поступает на лессовидных суглинках, в посадках боярышника — более 3 и/га. Меньше всего органического опада остается в посадках шиповника - около 1,8 ц/га на лессовидных суглинках и 1,4 ц/га на глине келловея. Опавшие листья и мелкие веточки играют роль мульчирующего слоя, способствуя более экономному расходованию влаги за счет снижения испарения. Кроме того, растительный опад является ведущим фактором в накоплении органики, так как в процессе его разложения образуется гумус.

Результаты исследований посадок древесных культур

Отвал № 5 отсыпан конвейерным способом технической смесью пород. Площадь отвала составляет 480,3 га. Начиная с 1987 года по 1994 год, на отвале создано 164,4 га лесных насаждений. Для исследования культур различных древесных пород было заложено 8 пробных площадок.

Таксационные показатели лесных культур на нетоксичных грунто-смесях отвала №5 (табл. 5), свидетельствуют о том, что наилучшие показатели роста и развития отмечены у сосны и акации, худшие • у рябины. Сохранность акции в совместных посадкой с сонной и березой была примерно одинаковой и составила, соответственно, 70,5 и 72,9 %. Сохранность акации в чистых посадках была выше 75,9 — 80,0 %.

В чистых 17-летних культурах сосны средняя высота растений ставила 3,6 м, сохранность насаждений — 73,8 %. В смешанных посадках сосны и акации 12-летнего возраста сохранность сосны увеличилась до 79,7 %, что свидетельствует о более благоприятных условиях

Таблица 5 - Таксономическое описание древесных насаждений на отвале №5 Михайловского ГОКа, 2004 г.

к X X £ е о X ч®

ч Е С, С * Э и и л X V а «Г X 1 а £ § о. о с: Вид посалоч! материала С £ о. о Ш 2 а « к X э а. О й а X X а к о и

1 4рАк2рС 2,5x0,75 с Ак СНг СЖ2»} 12 2,2 5,5 79,7 70,5

2 5рАкЗрБ 3x0,75 Ак В СЖэ+2 сн. 10 3,6 4.0 72,9 79.0

3 )0рАк 2.5x0,5 Ак СЖ}+5 12 7.7 75.9

4 10рАк 2.5x1 Ак сж^* 10 5,8 80,0

5 4рСЗрРб 2x0,5 С Рб снг СН: 17 3,3 1,5 69,6 57,8

6 ЮрРб 2x0.5 Рб СН, 17 2,0 59.8

7 5рСЗрИв 2x0,5 С Ив СН! черенки 17 5,5 4,0 74,0 78,7

$ !0рС 2x0,5 С СНг 17 3,6 73,8

Условные обозначения: Ак -акаций, Б - береза, Ив - ива, Рб - рябина, С - сосна; 4р -количество рядов; СН;-сеянцы двухлетки, СЖ1»1 -саженцы четырехлетки.

произрастания для сосны. Самая низкая сохранность культур сосны была в смешенных 17-летних посадках с рябиной и составила 69,6%.

В смешанных 17-летних культурах сосны и рябины отмечается угнетение рябины сосной. Сохранность сосны составила 69,6 %, рябины - 57,8 %, средняя высота сосны - 3,3 м, рябины — 1,5 м. Высота рябины в смешанных посадках была несколько ниже (на 0,5 м), чем в чистых по составу культурах. Это свидетельствует о взаимной конкуренции древесной растительности за источники питания и влагу.

Наилучшие характеристики при совместном произрастании отмечены у акации и сосны, акации и березы, сосны и ивы, менее удачное сочетание культур сосны и рябины.

Результаты проведенных нами исследований свидетельствуют о том, что облесение техногенных ландшафтов КМА является перспективным видом биологической рекультивации, позволяющей придать им устойчивость и уменьшить негативное влияние отвалов на окружающую природную среду.

Разработка проектного решения по облесен ню отвала № 5 МГОКа

На основании проведенных исследований нами был разработан план облесения конвейерного отвала № 5 на площади 315,9 га в соответствии с действующими нормативно-техническими документами. Рекомендуемые виды насаждений:

1.Схема 1 — Противоэрозионные насаждения на откосах отвала из кустарников биогруппами.

2.Схема 2-Насаждения лесохозяйственного назначения,

3.Схема 3 - Насаждения рекреационного назначения во влажных местоположениях микропонижений отвала.

Ассортимент предлагаемых древесно-кустарниковых пород включает 12 видов (табл. б). Приведенный набор древесно-кустарниковых пород, рекомендуемых для облесения отвала Ла 5, позволяет исполнителям работ осуществлять альтернативный выбор при формировании схем смешения в производственных условиях. Защитные лесные насаждения создаются смешанного состава, как более устойчивые в биологическом отношении и менее опасные в пожарном.

Проектируется ручная посадка растений без подготовки почвы. При посадке рекомендуется использовать 2-летние сеянцы и черенки древесно-кустарниковых пород. Размещение растений производится исходя из оптимального количества посадочных мест на единицу площади. При этом на I га высаживается от 2,0 до 5,332 тыс. шт. сеянцев. Предусмотрено дополнение, которое проводится на второй год после посадки в размере 30 % от числа ранее высаженных растений. Уход за лесными культурами проектируется в зависимости от условий местопроизрастания проектируемых видов лесонасаждений. Во всех схемах предусмотрен 2-4-кратный ручной уход. Потребность в посадочном материале с учетом дополнения составляет 1 972 359 шт.

Таблица 6 - Ведомость проектируемых лесонасаждений на отвале № 5 Михайловского ГОКа

№ схемы Схема смешения, размещение растений Название древесно-кустарннковых пород Количество посадочных мест на 1 га, шт. Площадь облесения, га Потребность в посадочном материале, шт.

1 к-к-к-к 5x5 м Облепиха крушиновидкая (шиповник колючий) 2000 50,1 100200

Итого; 2000 50,1 100200

2 к-Сп-Гп-Гп-Сп-к 2,5x0,75 м Береза повислая (сосна обыкновенная) Акация белая, (рябина обыкновенная, клен татарский) Шиповник колючий (боярышник кровзвокрасный) 1777 1 777 1777 240,6 427 546 427 546 427 546 .

Итого: 5 331 240,6 1 282 63$

3 Сп-Гп-Сп-Гп 2,5x0,75 м Ива плакучая Ольха серая Черемуха обыкновенная Тополь белый 1333 1333 1333 1333 25,2 33 591 33 591 33 591 33 59!

Итого: 5 332 25,2 134 364

Всего: 315,9 1 517202

Стоимость мероприятий определена в ценах по состоянию на 4 квартал 2004 года и составляет в целом 145475,62 тыс. руб.. в том числе налог на добавленную стоимость - 22 191,2 тыс. руб. Стоимость создания 1 га колеблется от 67,08 до 565,3 тыс. руб.

ВЫВОДЫ

1.Состояние изученности вопроса создания искусственных фито-ценозов на техногенных ландшафтах свидетельствует о том, что их формирование во многом зависит от поч венно-кл иматических условий территорий, химического состава вскрышных пород, извлекаемых на дневную поверхность и биологических свойств растений.

2.Формирующиеся на молодых отвалах глины келловея и лессовидных суглинков фитоцеиозы естественной травянистой растительности характеризуются бедным видовым составом, низкой биологической продуктивностью и проективным покрытием, незначительным воздействием на субстратную среду.

3. Результаты лабораторных и мелкоделяночных опытов свидетельствуют о том, что наиболее перспективными травянистыми растениями для возделывания на основных вскрышных породах МГОКа являются: клевер гибридный, эспарцет песчаный, пайза, кострец безостый. На лессовидных суглинках урожайность сухой массы этих трав в среднем за три года на не удобренном фоне составила, соответственно: 40,1, 33,4, 23,5 и 28,9 ц/га; на глине келловея - 23,2, 20,3, 10,6 и 16,1 ц/га.

4. Химический анализ трав, произрастающих на отвалах вскрышных пород МГОКа показал, что содержание в них тяжелых металлов во многом определяется их биологическими свойствами. По совокупности больше всего тяжелых металлов (железа, меди, кобальта, никеля, цинка, свинца, кадмия) на всех типах отвалов накапливается в фитомассе козлятника восточного, причем в наибольшей степени в надземной массе этот вид содержит (по убывающей) железо, цинк, медь. По сравнению с остальными травами, растения костреца безостого в целом накапливают меньшее количество тяжелых металлов. Установлено, что содержание в отдельных растениях кадмия и кобальта превышает ПДК, а содержание железа в 1,8-3,3 раза выше ПДК во всех растительных образцах.

5. Установлена возможность произрастания на вскрышных породах плодово-ягодных кустарников: облепихи, шиповника, боярышника. Их рост и развитие во многом определялись биологическими особенностями растений и физико-химическими свойствами субстрата произра-

стания. Наилучшие показатели приживаемости, прироста побегов, развития корневой системы отмечены у облепихи и шиповника.

6. Описание искусственных посадок древес но-кустарниковой растительности на отвалах МГОКа показало, что наибольший практический интерес представляют облепиха круши но в ид на я, шиповник обыкновенный, акация белая, сосна обыкновенная и береза повислая. Их приживаемость, рост и развитие аналогично таковым, произрастающим на прилегающих ненарушенных почвах.

7. Результаты экспериментальных данных по травянистым и дре-весно-кусгарниковым породам позволили разработать способы формирования культурфитоценозов, связанные с облесением горных пород следующими культурами: сосна обыкновенная, облепиха крушиновид-ная, шиповник колючий, акация белая, ива плакучая, береза повислая, рябина обыкновенная, боярышник кроваво-красный, что позволит создать зеленые зоны на территории промышленного узла Михайловского железорудного месторождения и улучшить окружающую природную среду.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Горнорудным предприятиям КМА по мере завершения формирования отвалов вскрышных пород осуществлять их облесение древес-но-кустарниковым и культурами, включающими: сосну, облепиху, акацию, иву, березу, шиповник.

2. На откосах отвалов крутизной до 25° следует высаживать вручную биогруппами корнеотпрысковые противоэрозионные культуры, состоящие из облепихи и шиповника.

3. Использование травянистых фитоценозов для скармливания домашним животным должно производится после обязательного определения в их составе тяжелых металлов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Егоров В.Г. Агрохимические свойства вскрышных пород Михайловского ГОКа - как субстрат формирования фитоценозов / В.Г, Егоров И Вклад молодых ученых в развитие аграрной науки в начале XXI века: мат-лы межрегион, науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов, посвященной 90-летию Воронежского аграрного университета им. К.Д. Глинки (Воронеж, 21-23 мач 2003 г.). — Воронеж: Изд-оо ВГАУ,2003.-С. 67-69.

2. Стифеев А.И. Аспекты ландшафтного земледелия при рекультивации нарушенных земель / А.И. Стифеев, В.Г. Егоров, Е.В. Герасименко, Ю.В. Фильма ко в // Проблемы повышения плодородия почв и продуктивности с.-х. культур в адаптивно-ландшафтном земледелии: тез. докл. науч.-практ. конф. Курского отделения Докучаевского общества почвоведов (январь 2003 г., г. Курск). - Курск: ЮМЭКС, 2003. -С. 60-62.

3. Егоров В.Г. Аспекты эколого-хозяйствёиного использования фитоценозов техногенных ландшафтов КМА / В.Г. Егоров // Агроэколо-гические проблемы Центрального Черноземья: мат-лы всерос. науч.-практ. конф. (Курск, 24-27 февраля 2004 г.). - Курск: Изд-во КГСХА, 2004.-Ч. I.-C. 120-122.

4. Стифеев А.И. Облесение - оптимальное направление биологической рекультивации техногенных ландшафтов Курской магнитной аномалии / А.И. Стифеев, A.A. Стифеев, М.И. Лукьянчикова, В.Г. Егоров, Ю.В. Фильчаков // Экология фундаментальная и прикладная: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. (Екатеринбург, 3-4 февраля, 2005 г.). -Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2005. - С. 324-326.

Формат £0*84 1/16. Бумага дли множительных аппаратов. Печать на копировальном аппарате КГСХА. Усл.печл. 1,0, Уч-Нідл. 1,0, Тираж 100 экз.