Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности мелиорации промышленных отвалов Курской магнитной аномалии культурами сосны

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Особенности мелиорации промышленных отвалов Курской магнитной аномалии культурами сосны"

На правах рукописи

ТРЕЩЕВСКАЯ Светлана Викторовна

ОСОБЕННОСТИ МЕЛИОРАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТВАЛОВ КУРСКОЙ МАГНИТНОЙ АНОМАЛИИ КУЛЬТУРАМИ СОСНЫ

06.03.03 — Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов, лесные пожары и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 8 паН 2015

Волгоград - 2015

005560547

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Панков Яков Владимирович

Официальные онпоненты: Ивонин Владимир Михайлович доктор

сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», кафедра «Лесоводство и лесные мелиорации» Новочеркасского инженерно-мелиоративного института им.А. К. Кортунова, профессор

Абакумова Людмила Ивановна кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт», отдел лесной мелиорации и лесохозяйственных проблем засушливой зоны, старший научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова»

Защита состоится 23 апреля в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.007.01 на базе ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт» по адресу: 400062, г. Волгоград, пр. Университетский, 97.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт» на сайте www.vnialmi.ru.

Автореферат разослан «-/с?» 2015 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета, к.с.-х.н. / Колмукиди Светлана Валерьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Антропогенная деятельность, включая горнодобывающую промышленность, приводит к формированию техногенных комплексов, которые характеризуются экстремальными условиями для жизни всего живого. Техногенные нагрузки обусловливают развитие эрозии, дефляции и других экзогенных процессов. Уровень антропогенного воздействия не соответствует экологическому потенциалу ландшафтов. 40 тыс. га нарушенных земель находится в бассейне Курской магнитной аномалии (КМА), который является одним из самых значительных железорудных бассейнов мира.

Снизить негативное влияние на природу можно с помощью лесной рекультивации, направленной на восстановление утраченного состояния природных комплексов. Важную роль выполняет подбор лесомелиоративного ассортимента и создание защитных лесных насаждений с учетом свойств древесно-кустарниковых пород.

В связи с тем, что до 70 % вскрышных пород в бассейне КМА представлены песками и песчано-меловыми смесями, основной породой при облесении промышленных отвалов является сосна обыкновенная (Ртив вПуевйгв Ь.). Однако эти вскрышные породы без предварительного улучшения являются малопригодными для выращивания долговечных сосновых насаждений, несмотря на то, что сосна является малотребовательной к почвенно-грунтовым условиям породой.

Проблема повышения устойчивости и долговечности насаждений - одна из важных и сложных при облесении нарушенных земель. Все большее внимание необходимо уделять повышению продуктивности насаждений путем изменения лесорастительных условий.

Работа является составной частью научных исследований кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации Воронежской государственной лесотехнической академии по Федеральной целевой программе «Интеграция науки и высшего лесотехнического образования. Инновационная деятельность на предприятиях лесного комплекса» (№ госрегистрации 01.2.00103888), а также хоздоговорным темам с Лебединским и Стойленским горно-обогатительными комбинатами (ГОК) КМА.

Цель исследований - изучение особенностей формирования устойчивых и долговечных сосновых насаждений на техногенно нарушенных землях Курской магнитной аномалии для возвращения их в хозяйственный оборот с наименьшими затратами.

Задачи исследований заключались в следующем:

- изучить лесорастительные условия техногенно нарушенных земель Курской магнитной аномалии при разных способах их улучшения и выявить динамику состояния и роста сосновых насаждений, произрастающих на двух- и трехком-понентных техноземах;

- изучить процесс естественного возобновления сосны обыкновенной в разных лесорастительных условиях;

- обосновать создание смешанных сосновых насаждений как способа улучшения лесорастительных условий;

- изучить влияние древесных пород на рост и состояние сосны обыкновенной в смешанных сосновых насаждениях;

- произвести эколого-экономическую оценку применения сосны обыкновенной при лесной рекультивации нарушенных земель;

- разработать рекомендации по формированию сосновых насаждений на техногенно нарушенных землях.

Научная новизна исследований заключается в выявленной динамике роста, состояния и естественного возобновления сосновых насаждений в разных ле-сорастительных условиях нарушенных земель, а также в обосновании целесообразности создания смешанных насаждений как способа улучшения лесорасти-тельных условий.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость результатов исследований заключается в том, что выявлены особенности роста, состояния и продуктивности чистых и смешанных сосновых насаждений на техногенно нарушенных землях в зависимости от разных способов улучшения лесо-растительных условий. Выявленные особенности позволяют создавать более устойчивые и продуктивные защитные лесные насаждения с целью выполнения ими своего назначения.

Практическая значимость работы выражается в возможности использования ее результатов в проектировании лесомелиоративных мероприятий для возврата техногенно нарушенных земель в хозяйственный оборот путем осуществления лесной рекультивации и создания новых культурных ландшафтов. Результаты исследований используются природоохранными организациями при составлении проектов по биологической рекультивации техногенных ландшафтов, научными организациями - при проведении почвенно-экологического мониторинга, а также применяются в учебном процессе при чтении курса «Рекультивация ландшафтов» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 250100 — «Лесное дело».

Методология и методы исследований. Методология исследований базируется на системном подходе к их проведению. Использовались типовые методики, применяемые в почвоведении, лесовосстановлении, таксации и лесоводстве.

На защиту выносятся следующие положения:

- лесопригодность техногенно нарушенных земель Курской магнитной аномалии и способы их улучшения при лесомелиорации культурами сосны;

- естественное возобновление сосны обыкновенной в разных лесорасти-тельных условиях;

- особенности роста и эффективность создания смешанных сосновых насаждений как средства улучшения лесорастительных условий и качества рекультивации нарушенных земель;

- эколого-экономическая оценка формирования смешанных сосновых насаждений, обеспечивающих восстановление техногенно нарушенных земель.

Достоверность полученных результатов обеспечивается мониторингом и значительным объемом проведенных исследований, использованием современных методик, математической обработкой данных с использованием компьютерных программ для решения поставленных задач.

Личный вклад. Автором разработаны программа и методика исследований, осуществлен сбор, обработка полевого материала и его анализ, сделаны выводы, на основе которых даны рекомендации производству по улучшению лесо-растительных условий и формированию смешанных сосновых насаждений для быстрейшего восстановления техногенных ландшафтов.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на ежегодных научных конференциях в ВГЛТА (2010, 2013, 2014); Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию Воронежской школы рекультиваторщиков (Воронеж, 2009); Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (Санкт-Петербург, 2011); Международной молодежной конференции «Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель» (Воронеж, 2012); Международной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика» (Воронеж, 2013).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 13 научных работ общим объемом 6,62 п.л., личное участие автора - 2,14 п.л., в том числе 1 рекомендации, 12 статей, из них 5 статей - в журналах, рекомендованных ВАК Ми-нобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 7 глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 165 страницах, содержит 22 таблицы, 31 рисунок, библиографический список из 215 наименований, в том числе 9 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Представлен литературный обзор вопросов, касающихся использования сосны обыкновенной при мелиорации песчаных почв как в зональных условиях (Бобров Е. Г., 1978; Кулик, К. Н., 2004, Манаенков А. С., 2001, Гаель А. Г. и Смирнова Л. Ф., 1999; Кретинин В. М., 2009; Зюзь Н. С., 1990 и др.), так и при облесении отвалов в техногенных ландшафтах (Зайцев Г. А., Моторина Л. В., Данько В. Н, 1977; Баранник Л. П.,1969, 1974, 1978; Гаврюшенко А. А. и Добровольская Е. В., 2013; Панков Я. В., 1996,2000; Анрющенко П. Ф., 1979, 2005 и др.).

Было установлено, что проблема рекультивации техногенно нарушенных ландшафтов с применением сосны обыкновенной решена не полностью.

2 ПРОГРАММА, ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Направление исследований обусловлено современным состоянием проблемы и предусматривает применение сосны обыкновенной для создания устойчивых и продуктивных насаждений с использованием различных способов улучшения лесорастительных условий.

Объектами исследований явились нарушенные земли Курской магнитной аномалии и сформированные на отвале Березовый лог Лебединского горнообогатительного комбината сосновые фитоценозы.

Работы на пробных площадях, а также анализы по определению гранулометрического состава и агрохимических свойств субстратов выполнялись по общепринятым в практике таксации, лесоводства, лесных культур и почвоведения методикам.

Статистическая обработка данных выполнялась на ЭВМ с использованием пакета прикладных программ EXCEL, STATISTICA с установлением средней величины, ошибок, точности и достоверности опыта. Применялся однофакторный дисперсионный и корреляционно-регрессионный анализ.

Выполнен следующий основной объем работ: заложена 21 постоянная пробная площадь и 9 временных; выкопан 21 разрез в техноземах; отобраны 189 почвенных образцов; заложено 42 площадки для изучения живого напочвенного покрова и 126 - для изучения естественного возобновления сосны.

3 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Климатические особенности района исследований вполне благоприятны для развития биоценозов, характерных для лесостепной и степной зон. Наряду с ростом отрицательного антропогенного влияния на природные комплексы проводится комплекс мероприятий по его ликвидации и предупреждению, в том числе лесная рекультивация, приводящая к созданию новых антропогенных ландшафтов, не имеющих аналогов в природе.

4 ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И ИХ ДИНАМИКА ПОД ВЛИЯНИЕМ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

При выращивании культур сосны на отвалах КМА применяли разные способы улучшения лесорастительных условий: формирование двухкомпонентных техноземов с поверхностным нанесением на песок плодородного слоя мощностью от 30 до 125 см; формирование трехкомпонентных техноземов с погребенным плодородным слоем мощностью 30-50 см под слоем песка или песчано-меловой смеси такой же мощности. Плодородный слой представляет собой смесь гумуси-рованных горизонтов чернозема типичного, снятых и складированных в бурты в процессе проведения горнотехнических работ.

4.1 Характеристика гранулометрического состава субстратов двух- и трехкомпонентных техноземов

Лесопригодность вскрышных пород во многом зависит от гранулометрического состава вскрышных пород, слагающих отвалы. В двухкомпонентных техноземах за 39 лет перераспределение в содержании отдельных фракций не повлекло

за собой изменение гранулометрического состава нанесенного плодородного слоя. Он представляет собой тяжелый суглинок иловато-крупно-пылеватый. В трехкомпонентных техноземах за 33 года постилающий и верхний мульчирующий песчано-меловой субстрат из связного песка превратился в рыхлый песок, а погребенный суглинок из тяжелого суглинка - в супесь.

Изменения в гранулометрическом составе субстратов объясняются интенсивностью процесса лессивирования, который во многом связан с характером растительности. Как видно из таблицы 1, верхний плодородный слой двухкомпо-нентных техноземов интенсивно зарастает травянистой растительностью. Растения сплошь (на опушке) и очень обильно (под пологом) покрывают поверхность субстрата. Всего было учтено 32 вида трав, относящихся к 13 семействам. Несмотря на небогатый флористический состав (всего 11 видов), степень проективного покрытия под пологом соснового насаждения составляет 75 %, чего нельзя сказать о трехкомпонентных техноземах с верхним песчаным слоем, на которых изреженный растительный покров способствует более интенсивному протеканию процесса лессивирования.

Таблица 1 - Обилие живого напочвенного покрова в разных

лесорастительных условиях нарушенных земель, 2014 г.

Характер лесорастительных условий Опытный участок Количество видов травянистых растений Обилие по шкале Друде Степень проективного покрытия, %

Двухкомпонентный технозем с поверхностным плодородным слоем опушка 32 Soc (сплошь) 100

под пологом соснового насаждения 11 Сор3(очень обильно) 75

Трехкомпонентный технозем с погребенным плодородным слоем под пологом соснового насаждения 9 Сор'(довольно обильно) 35

4.2 Характеристика агрохимических свойств субстратов в разных лесорастительных условиях

В процессе существования естественных и искусственных фитоценозов изменяются лесорастительные условия, в частности агрохимические свойства субстратов по сравнению с исходными. Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что травянистый покров на опушке соснового насаждения в меньшей степени обогащает почву органикой, чем опад в сосновых насаждениях. Содержание гумуса в плодородном слое, нанесенном в процессе поверхностного землевания, за 39 лет увеличилось в 1,8 раза, в поверхностном слое песчано-меловой смеси трехкомпонентных техноземов, несмотря на более бедный травянистый покров - в 5,9 раз за 33 года. Отсутствие видов, относящихся к семейству Бобовые, способствует небольшому увеличению содержания общего азота - до 0,32 %.

Таблица 2 - Агрохимические свойства субстратов двух- и трехкомпонентных техноземов

Характер лесорасти-тельных условий Субстрат рн солевой Гумус, % Азот общий, % Млегкогид. Р2О5 К20 Са2+

мг/кг мг-экв/100 г почвы

Двухкомпо-нентный технозем с поверхностным плодородным слоем В период формирования технозема (1977 г.)

насыпной плодородный слой 7,2 3,50 - 1,90 1,00 10,30 18,73 6,71

подстилающий песок 7,6 0,40 - 0 0,75 2,80 2,35 0,55

Возраст соснового насаждения 39 лет (2013 г.)

насыпной плодородный слой 7,1 6,22 0,32 - 57,00 152,33 30,33 2,1

подстилающий песок 8,1 0,32 0,02 - 1,59 20,00 4,50 0,50

Трехкомпо-нентный технозем с погребенным плодородным слоем В период формирования технозема (1981 г.)

песчано-меловая смесь 8,9 (вод.) 0,09 следы - 0,40 1,00 2,40 0

погребенный суглинок 7,4 (вод.) 2,42 0,10 - 0,70 10,00 28,00 2,40

Возраст соснового насаждения 33 года (2013 г.)

песчано-меловая смесь 8,1 0,53 0,05 - 0,57 1,90 3,17 0,67

погребенный суглинок 7,4 1,84 0,09 - 0,52 5,97 20,58 1,79

Содержание фосфора, аккумулирующегося в верхней части профиля, под насаждением с богатым напочвенным покровом на двухкомпонентных технозе-мах увеличилось в 57 раз за 39 лет, тогда как на песчано-меловой смеси, которая слабо зарастает травянистой растительностью - всего в 1,4 раза за 33 года; содержание кальция - соответственно в 1,6 и 1,3 раз.

Формирование трехкомпонентных техноземов с опесчаненым верхним слоем приводит к заметному улучшению водно-физических свойств и водного режима корнеобитаемого слоя, что важно для сосны, двухкомпонентных с значительной мощностью верхнего плодородного слоя - к обогащению ризосферы минеральными элементами, что очень важно для травянистых мелиорантов и древесных мезотрофов. Однако последние характеризуются высокой твердостью (44 кг/см2) и неблагоприятными водными свойствами (МГ - 10,0 %, ВЗ - 15,0 %), а влага является основным лимитирующим фактором в условиях техногенно нарушенных земель.

5 ВЛИЯНИЕ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННЫХ ЗЕМЛЯХ

5.1 Состояние и рост сосны обыкновенной в разных лесорастительных

условиях

Изучение состояния и роста сосновых насаждений в зависимости от лесорастительных условий позволяет более полно оценить лесопригодность территории, а также хозяйственную и мелиоративную эффективность насаждений. Сохранность сосны в возрасте 39 лет на двухкомпонентных техноземах с поверхностным плодородным слоем мощностью 30-40 см составляет 30,4 %, 100-125 см - 35,5 %, а на трехкомпонентном техноземе - 46,0 % в 33-летнем возрасте, что в 1,3-1,5 раза выше по сравнению с предыдущими вариантами.

Известно, что при более развитой корневой системе насаждения формируются более устойчивыми и долговечными. На мощном плодородном слое физиологическая деятельность хвои обеспечивает более интенсивное формирование подземной части (рисунок 1). При малой мощности плодородного слоя неизбежно наступает период, когда недостаточно развитая корневая система не обеспечивает нормальные физиологические функции сосны, начнется снижение роста, а затем и усыхание насаждений.

1200 1 ООО 800 еоо

400 2001 О

11...iI if-MH.i;i Подземная Общая

Биомасса

Рисунок 1 - Биомасса 9-летней сосны на двухкомпонентных техноземах при мощности поверхностного плодородного слоя 40 и 125 см

В возрасте 39 лет сосна на двухкомпонентных техноземах с поверхностным плодородным слоем 30-40 см растет по III классу бонитета, имея среднюю высоту 12,0 м (рисунок 2). При более мощном плодородном слое к этому возрасту формируются высокобонитетные насаждения со средней высотой 16,2 м. На трехком-понентном техноземе сосна имеет высоту в 33-летнем возрасте 13,5 м и растет по

Рисунок 2 - Зависимость высоты сосновых насаждений от возраста в разных лесорастительных условиях нарушенных земель: 1 - двухкомпонентный технозем с поверхностным плодородным слоем 30-40 см; 2 - двухкомпонентный технозем с поверхностным плодородным слоем 100-125 см; 3 - трехкомпонент-ный технозем с погребенным плодородным слоем

Согласно особенностям лесорастительных условий, зависимость высоты сосны от возраста выражается уравнениями:

1. у = 0,0004 х2 + 0,2949 х - 0,4462; Я2 = 0,996

2. у = 0,0056 х2 + 0,231 х - 0,7206; Я2 = 0,9952

3. у = 0,0064 х2+ 0,1591 х-0,3533; Я2 = 0,9989

5.2 Естественное возобновление сосны при разных способах улучшения лесорастительных условий

Мероприятия по улучшению лесорастительных условий способствуют более успешному возобновлению сосны. Подрост на разных типах гехноземов, согласно шкале профессора Нестерова В.Г., характеризуется как густой - в опушечной части насаждений и редкий (не более 2000 шт./га) - под пологом.

Сосна, произрастая в широком интервале кислотности, предпочитает кислую или слабокислую реакцию среды. Это является одной из причин более высокого (в 1,1-2,3 раза) количества подроста на трехкомпонентном техноземе. В этих же условиях средняя высота сосенок больше в 1,1-1,2 раза (таблица 3).

В разных лесорастительных условиях меняется соотношение подроста разного возраста. На двухкомпонентных техноземах с поверхностным плодородным слоем 40 см 8-летний подрост составляет 40,0 % от общего количества, а более молодой, 4-летний, всего 13,5 %. На трехкомпонентном техноземе с погребенным плодородным слоем - наоборот, количество 4-летнего подроста значительно

больше - 28, 3 % от общего количества. Это свидетельствует о том, что лесорас-тительные условия трехкомпонентных техноземов со временем улучшаются.

Таблица 3 - Показатели состояния и роста подроста сосны в разных

лесорастительных условиях нарушенных земель

Характер лесорастительных условий Высота, см Р, % Диаметр, см Р,%

тах тт Мср±т шах тт Мср±т

2-компон. технозем с поверх, плод, слоем 30-40 см 122,0 30,0 72,6±2,6 3,6 2,6 0,5 1,3±0,06 4,6

2-компон. технозем с поверх, плод, слоем 100-125 см 125,0 25,0 70,4±0,8 1,1 2,8 0,6 1,5±0,05 3,3

3-компон. технозем с погребен, плод, слоем 130,5 35,1 82,3±2,1 2,6 3,0 0,6 1,6±0,05 3,1

В условиях нарушенных земель чистые сосновые насаждения часто повреждаются низовыми пожарами, обусловленными антропогенным фактором. На гарях, окруженных искусственными биогеоценозами, восстановление растительности происходит более медленными темпами. В элювиальной части откоса отвала на двухкомпонентных техноземах подрост сосны отсутствует. В среднем по откосу количество подроста составляет 0,13 шт./м2. Более высокими биометрическими показателями характеризуются сосенки в транзитно-аккумулятивной части откоса, где в условиях лучшего увлажнения они достигают высоты 94,0 см в возрасте 5 лет, что в 1,3 раза больше, чем в элювиально-транзитной части.

Большое влияние на естественное возобновление сосны оказывает расстояние до материнского насаждения. На ближнем 5-метровом участке зарегистрировано 53,1 % всего количества самосева и подроста. По мере удаления на 10 и 30 м оно снижается соответственно в 2,8 и 4,2 раза. Анализ возрастного состава показал, что на протяжении всей 30-метровой бермы от 50 до 100 % составляет самосев в возрасте 3 лет (рисунок 3).

Количество самосева и подроста, %

Рисунок 3 - Возрастной состав самосева и подроста на разном расстоянии от материнского насаждения в условиях двухкомпонентных техноземов

6 ИЗМЕНЕНИЕ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ СМЕШАННЫХ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

6.1 Влияние лиственных пород на изменение лесорастительных условий техногенно нарушенных земель

Под влиянием лиственных пород изменяются агрохимические свойства техноземов (таблица 4). Наибольшее содержание органического вещества обнаружено в техноземе под чистым сосновым насаждением - 6,22 %. Это в 1,1-2,1 раза больше, чем в смешанных сосновых насаждениях, что объясняется наличием более богатого напочвенного покрова, развивающегося под пологом чистого соснового насаждения. Максимальное количество азота, также как и органического вещества, обнаружено в техноземе под чистым насаждением сосны и под сложным смешанным с участием трех видов кустарников (0,32-0,30 %) благодаря богатому напочвенному покрову в первом случае, и количеству лиственных пород, достигающем 50 % - во втором.

Таблица 4 - Агрохимические свойства плодородного слоя (20 см) под

39-40-летними сосновыми насаждениями, 2013-2014 гг.

Схема смешения рНсол Гумус, % Азот общий, % Р2О5 | к2о Н+ | Са2+ | Mg2+

мг/кг мг-экв/100 г почвы

С-С-С-Кар 7,40 4,09 0,22 105 149 0,35 14,6 1,0

С-С-С-Жим 7,37 2,91 0,16 82 103 0,33 12,7 0,7

С+Кар- С+Свид- С+Жим 7,22 5,80 0,30 90 130 0,43 25,1 1,8

С-С-С-С-С 7,10 6,22 0,32 57 152 0,56 30,3 2,1

Карагана способствует накоплению фосфора и калия в техноземах. В сосновом насаждении с долей ее участия 25 % содержание этих элементов составляет соответственно 105 и 149 мг/кг.

Жимолость татарская в меньшей степени по сравнению с другими кустарниками влияет на обогащение технозема органическим веществом и элементами минерального питания. На изменение лесорастительных условий большее влияние оказывает как видовой состав кустарников в смешанных сосновых насаждениях, так и их количество. Кустарники, вводимые в количестве 50 %, максимально улучшают лесорастительные условия техногенно нарушенных земель.

6.2 Влияние древесных пород на рост и состояние сосны обыкновенной в смешанных сосновых насаждениях

Опыт выращивания смешанных насаждений показывает, что для совместного произрастания следует подбирать древесные породы не только в соответствии с условиями произрастания, но и друг с другом.

Сосна обыкновенная в насаждении, созданном по схеме С-С-С-Кар, в возрасте 39 лет растет по II классу бонитета, имея среднюю высоту 13,0 м и средний диаметр 13,5 см. В чистом насаждении средняя высота сосны в элювиально-транзитной части откоса составляет 12,0 м, а в элювиальной - 9,0 м, что в 1,1 и 1,4 раза меньше, чем в смешанном насаждении. Сосна растет соответственно по III-IV классам бонитета (таблица 5).

Таблица 5 - Показатели состояния и роста сосны (возраст 39 лет) в разных

частях откоса отвала, 2013 г.

Схема смешения Часть откоса Показатели

Нср., см Дер., см средний прирост по высоте, см бонитет число стволов на 1 га запас, м3/га

С-С-С-Кар элювиально-транзитная 1300,0±0,60 13,50±0,04 33,33^0,29 II 1825 94

С-С-С-Жим 1000,0±0,55 17,00±0,08 25,64^0,23 III 1800 85

С+Кар-С+Свид-С+Жим 1500,0±6,01 15,00±6,01 38,46^0,33 I 1200 100

С-С-С-С-С элювиально-транзитная 1200,0±0,64 11,50±0,06 38,50±0,39 III 2432 111

элювиальная 900±0,56 12,40±0,10 23,08± IV 2247 95

Наилучшими биометрическими показателями характеризуется сосна в смешанных насаждениях, в которых доля кустарников достигает 50 %. Здесь сосна растет по I классу бонитета, ее средняя высота достигает максимальной величины - 15,0 м. Вводимые в большом количестве кустарники улучшают агрохимические свойства субстратов отвалов, а также подавляют развитие травянистой растительности, благодаря чему высота сосны превышает высоту в смешанном с караганой насаждении в 1,2 раза, с жимолостью татарской - в 1,5 раза и в чистом насаждении - в 1,3 раза (рисунок 4). £

се" 16 "I О 14 ^

I I ■ I

С С+Кар С+Жим С+Кар+Свид+Жим

Смешение пород

Рисунок 4 - Средняя высота сосны в чистых и смешанных насаждениях

Таким образом, для выращивания чистых сосновых насаждений лучшими лесорастительными условиями обладают двухкомпонентные техноземы с насыпным плодородным слоем мощностью 100-125 см и трехкомпонентные техноземы

с погребенным плодородным слоем. Для выращивания смешанных насаждений подходят двухкомпонентные техноземы с насыпным плодородным слоем мощностью 30-40 см, о чем свидетельствуют данные таблицы 6.

Таблица 6 - Показатели состояния и роста сосны обыкновенной в разных

лесорастительных условиях, 2013 г.

Вид технозема (характер лесорастительных условий) Возраст сосны, лет Схема смешения Показатели

сохранность, % Нср., см Дер., см средний прирост по высоте, см бонитет число стволов на 1 га запас, м3 /га

2-компон. тех-нозем с поверх. плод, слоем 30-40 см 39 с-с-с-с 30,4 1200,0Vb0, 64 11,50±0, 06 38,5±0,39 III 2432 111

с-с-с- Кар - 1300,0±0, 60 13,50±0, 04 зз,ззу=о, 29 II 1825 94

С-С-С-Жим - 1000,0±0, 55 17,00±0, 08 25,64Ш), 23 III 1800 85

С+Кар-С+Свид С+Жим - 1500,0±6, 01 15,00±6, 01 38,46\±0, 33 I 1200 130

2-компон. тех-нозем с поверх. плод, слоем 30-40 см 39 С-С-С-С 35,5 1620,0±6, 05 16,30±0, 07 40,1 ±0,16 I 2840 245

3-компон. тех-нозем с погребен. плод, слоем 33 С-С-С-С 46,0 1355,0±0, 50 18,20±0, 40 38,3±0,15 I 3680 317

7 ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ ПРИ ОБЛЕСЕНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТВАЛОВ

При эколого-экономической оценке использования сосны при рекультивации техногенно нарушенных земель целесообразно сравнить доходы и затраты на лесную рекультивацию, которой предшествуют разные горнотехнические этапы: поверхностное нанесение плодородного слоя мощностью 30-40 см и формирование трехслойных субстратов с погребенным плодородным слоем. Из таблицы 7 видно, что в первом случае они в два раза ниже и составляют соответственно 1800,0 и 3600,0 тыс. руб. Учитывая разную стоимость посадочного материала, общие затраты на выращивание чистого и смешанного насаждений в первом случае равны 3613,17 тыс. руб., во втором - 1811,52 тыс. руб., что в 2 раза меньше.

При определении эколого-экономического эффекта сосновых насаждений следует учитывать санитарно-гигиеническое, почвоулучшающее и противоэрози-онное значение защитных насаждений. Общий эффект от обогащения воздуха кислородом в первом случае равен 60,04 тыс. руб., во втором - 109,16 тыс. руб. в год.

Таблица 7 - Эколого-экономическая эффективность сосновых насаждений в

разных лесорастительных условиях (расчет на 1 га)

Показатели Единицы измерения Характер лесорастительных условий

двухкомпонентный технозем с поверхностным плодородным слоем (смешанное насаждение сосны) трехкомпонентный технозем с погребенным плодородным слоем (чистое насаждение сосны)

1. Затраты на нанесение и разравнивание субстратов при слоистом сложении тыс. руб. 1800,00 3600,00

2. Затраты на биологический этап рекультивации тыс. руб. 11,52 13,17

3. Общие затраты на выращивание насаждений тыс. руб. 1811,52 3613,17

4. Ежегодный эффект от обогащения воздуха кислородом тыс. руб. 60,04 109,16

5. Ежегодный эффект от почвоулучшающей роли насаждений тыс. руб. 7,56 1,13

6. Ежегодный эффект от противоэрозионной роли насаждений тыс. руб. 6,70 0,11

7. Общий эффект от насаждений тыс. руб. 74,30 110,40

8. Экономическая эффективность - 0,04 0,03

9. Срок окупаемости затрат лет 24,4 32,7

Для определения эффективности почвоулучшающего воздействия защитных насаждений целесообразно рассчитать стоимость гумуса и основных питательных элементов (ИРК), которыми обогащают техноземы чистые и смешанные сосновые насаждения, и сравнить ее со стоимостью органических и минеральных удобрений. Общий эффект за 1 год от почвоулучшающей роли смешанного соснового насаждения составляет 7,56 тыс. руб., чистого - 1,13 тыс. руб.

С 1 га необлесенных откосов разной экспозиции в среднем сносится 119,54 т/га плодородного слоя и 131, 58 т/га песка. Общий эффект от противоэрозионной роли смешанного соснового насаждения составляет 6,70 тыс. руб., чистого - 0,11 тыс. руб.

Срок окупаемости затрат при создании насаждений сосны в смешении с ка-раганой на двухкомпонентных техноземах составляет 24,4 года, при создании чистых сосновых насаждений на трехкомпонентных техноземах - 32,7 года, т.е. в 1,3 раза меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований и полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Основными способами улучшения лесорастительных условий для выращивания сосновых насаждений являются: формирование двухкомпонентных технозе-мов с поверхностным землеванием плодородным слоем мощностью 30-125 см, приводящее к обогащению ризосферы минеральной пищей; формирование трехкомпо-нентных техноземов с погребенным плодородным слоем мощностью 30-50 см под слоем песка или песчано-меловой смеси такой же мощности, приводящее к улучшению водно-физических свойств и водного режима корнеобитаемого слоя.

2. В первые 7-10 лет мощность поверхностного плодородного слоя не оказывает существенного влияния на сохранность, рост и продуктивность сосновых насаждений. В 36-39 лет на маломощном плодородном слое сосна растет по III классу бонитета, в варианте с мощностью плодородного слоя 100-125 см - по I классу. Преимущество имеет насаждение сосны на трехкомпонентном техноземе, которое в возрасте 30-33 лет имеет сохранность в 1,5-1,3 раза, а запас - в 3,4-1,5 раза выше по сравнению с предыдущими вариантами.

3. Естественное возобновление сосны необходимо сочетать с искусственным способом создания лесных насаждений, т.к. под пологом насаждений во всех лесорастительных условиях оно оценивается как плохое, в опушечной части - хорошее. На трехкомпонентных техноземах подроста в 1,1-2,3 раза больше по сравнению с двухкомпонентными в связи с благоприятными водно-физическими свойствами верхнего опесчаненого слоя. По мере удаления на расстояние 30 м от материнского насаждения количество самосева и подроста снижается в 4,2 раза по сравнению с ближним 5-метровым участком.

4. Чистые и смешанные сосновые насаждения по-разному влияют на изменение лесорастительных условий нарушенных земель, в частности на агрохимические свойства техноземов. Наибольшее содержание гумуса, общего азота, калия и кальция обнаружено в поверхностном слое двухкомпонентных техноземов под чистым сосновым насаждением, которое выше, чем в смешанных насаждениях соответственно в 1,1-2,4 раза в связи с богатым напочвенным покровом. В смешанных насаждениях кустарники, вводимые в количестве 50 %, максимально улучшают ле-сорастительные условия техногенно нарушенных земель. Содержание гумуса увеличивается в 1,4-2,0 раза, азота - в 1,4-1,9 раз и кальция - в 1,7-2,0 раза.

5. Лучшими показателями состояния и роста характеризуется сосна в смешанных насаждениях, в которых доля кустарников достигает 50 %. Здесь сосна растет по I классу бонитета, ее средняя высота достигает максимальной величины - 15,0 м, что превышает высоту сосны в насаждении с долей кустарников 25 % в 1,2-1,5 раза и в чистом сосновом насаждении - в 1,3 раза.

6. Для выращивания чистых сосновых насаждений подходят трехкомпонент-ные техноземы с погребенным плодородным слоем, на которых сосна в 33-летнем возрасте растет по I классу бонитета. Однако затраты на их создание в 2 раза выше по сравнению со смешанными насаждениями на двухкомпонентных техноземах за счет затрат на нанесение и разравнивание субстратов при трехслойном сложении.

7. Эколого-экономический эффект от санитарно-гигиенической, почво-улучшающей и противоэрозионной роли смешанных насаждений ниже в 1,5 раза по сравнению с чистыми насаждениями за счет меньшего обогащения воздуха кислородом. Однако, учитывая высокую почвоулучшающую и противоэрозион-ную роль смешанных сосновых насаждений, которая выше соответственно в 6,7 и 60,9 раз по сравнению с чистыми, предпочтение следует отдавать более устойчивым и эффективным смешанным сосновым насаждениям на двухкомпонентных техноземах с поверхностным плодородным слоем мощностью 30 см, срок окупаемости затрат на создание которых в 1,3 раза меньше.

Все вышеизложенное позволяет сделать следующие рекомендации производству:

1. Улучшать лесорастительные условия песчаных отвалов для выращивания сосновых насаждений путем формирования двухкомпонентных техноземов с поверхностным плодородным слоем мощностью 30 см.

2. При лесной рекультивации техногенно нарушенных земель предпочтение отдавать смешанным насаждениям, которые более устойчивы, чем чистые, полнее используют почвенно-грунтовые ресурсы среды.

3. Вводить в сосновые насаждения до 50 % караганы древовидной, которая максимально улучшает лесорастительные условия техногенно нарушенных земель.

4. С целью уменьшения трудозатрат увеличить ширину междурядий до 3,0 м, доведя количество посадочных мест до 3,3 тыс. шт./га.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

1. Панков, Я. В. Опыт использования сосны обыкновенной при рекультивации промышленных отвалов Курской магнитной аномалии / Я.В. Панков, Э. И. Трещевская, С. В. Трещевская // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. - 2012. - № 76 (02). - С. 370-382. - Режим доступа:Ьйр://с].kubagro.ru /2012/02/р<Ш31.

2. Трещевская, Э. И. Орографические особенности и развитие эрозии на нарушенных землях Курской магнитной аномалии / Э. И. Трещевская, Т. А. Ма-линина, С. В. Трещевская // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - СПб., 2012. - Вып. 201. - С. 70-77.

3. Трещевская, Э. И. Характеристика субстратов в промышленных отвалах Курской магнитной аномалии после землевания / Э. И. Трещевская, Е. Н. Тихонова, С. В. Трещевская // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. -2012. - №83 (09). - С. 305-316,- Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/09/pdf/22.

4. Трещевская, Э. И. Формирование слоистых субстратов при лесной рекультивации нарушенных земель Курской магнитной аномалии / Э. И. Трещевская, С. В. Трещевская, К. В. Бобрешов // Регион: системы, экономика, управление. - 2012. -№ 4 (19). - С. 132-137.

5. Трещевская, Э. И. Сосновые насаждения в разных лесорастительных условиях нарушенных земель / Э. И. Трещевская, С. В. Трещевская, К. В. Боб-решов // Лесотехнический журнал. - 2014. - № 3 (15). - С. 76-84.

Рекомендации:

6. Рекомендации по повышению плодородия песков и песчано-меловых смесей при лесной рекультивации отвалов Курской магнитной аномалии / Э. И. Трещевская [и др.]. - Воронеж ; Губкин : Воронежский ЦНТИ-филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, 2012. - 18 с.

Статьи в других изданиях:

7. Трещевская, Э. И. Воронежской школе рекультиваторщиков - 40 лет / Э. И. Трещевская, Е. Н. Тихонова, С. В. Трещевская, Е. С. Алферова // Современные проблемы оптимизации зональных и нарушенных земель : материалы международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию Воронежской школы рекультиваторщиков, 21-24 октября 2009 г. / ВГЛТА. - Воронеж, 2009. - С. 89-95.

8. Трещевская, Э. И. Перспективы лесной рекультивации техногенных ландшафтов ЦЧР с использованием сосны обыкновенной / Э. И. Трещевская, С. В. Трещевская // Леса степной зоны европейской части России и ведение хозяйства в них : сборник статей, посвященных 60-летию филиала ФГУ ВНИИЛМ Южно-Европейской НИЛОС. - Пушкино : ВНИИЛМ, 2009. - С. 140-144.

9. Трещевская, Э. И. Естественное возобновление в культурах на нарушенных землях Курской магнитной аномалии / Э. И. Трещевская, С. В. Трещеская, К. Г. Шамирян // Лес. Наука. Молодежь - 2009 : материалы по итогам научно-исследовательских работ молодых ученых ВГЛТА за 2008-2009. гг. / ВГЛТА - Воронеж, 2009. - Т. 1.-С. 115-118.

10. Трещевская, С. В. Лесная рекультивация - основной способ восстановления отвально-техногенных ландшафтов Курской магнитной аномалии / С. В. Трещевская // Проблемы и перспективы развития лесомелиораций и лесного хозяйства в Южном федеральном округе - Новочеркасск : НГМА, 2010. - С. 206210.

11. Трещевская, С. В. Видовое разнообразие древесных пород и кустарников при лесной рекультивации техногенных ландшафтов Курской магнитной аномалии / С. В. Трещевская, Э. И. Трещевская, К. В. Бобрешов // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка : материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, 10-11 ноября 2011 года / СПб ГЛТУ. - СПб., 2011. - С. 144-147.

12. Трещевская, С. В. Использование сосны обыкновенной для создания защитных насаждений на отвалах Курской магнитной аномалии / С. В. Трещевская, К. В. Бобрешов, Э. И. Трещевская // Лесотехнический журнал. - 2012. - № 4 (8).-С. 151-155.

13. Трещевская, С. В. Опыт выращивания рекультивационных сосновых насаждений на нарушенных землях Курской магнитной аномалии / С. В. Трещевская, Э. И. Трещевская, К. В. Бобрешов // Актуальные направления научных исследований XXI века : теория и практика : материалы международной НПК. - Воронеж : ВГЛТА, 2013. - С. 228-232.

Подписано в печать 25.02.2015 Формат 60*90/16 Объем 1 п.л. Усл. печ. л. 1.

Тираж 100 экз. Заказ 72 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10