Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Восстановление почвенно-растительного покрова нарушенных земель Белоруссии

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Восстановление почвенно-растительного покрова нарушенных земель Белоруссии"

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ )СУДАРСТВЕННУЙ 1ЩПЛГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.И.ГЕРЦЕНА

На правах рукописи •

УДК 622.822+631.618] (476)

МАЦКО ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ БЕЛОРУССИИ

11.00.11 - охрана окружавдей среды и рациональное

использование природных ресурсов

11.00.01 - физическая география, геофизика и

геохимия ландшафтов ,

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ленинград - 1988

Работа выполнена в Институте геохимии и геофизики ЛН БССР

Научный руководитель - кандидат географичесштх наук ' А.А.ХОМИЧ

Официальные оппоненты - доктор биологических наук '

■ Т.А.РОМАНОВА •

. - кандидат географических наук,

доцент С.Ф.СУШКОВ '

Ведущая организация - Государственный научно-исследовательский институт земельных ресурсов Гоcarpoпрома СССР

Защита состоится " 4^ " 1988 г. в " " ча-

" / " сов на заседании Специализированного Совета К 113.05.09 по присуждению ученой степени кандидата наук в Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени Государственном педагогическом инсти туте им.А.И.Герцена (І9ІІ86, Ленинград, наб. р.Мойки, 48, корп. ауд. Г7 ) , .

, С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке института. .

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просьба пристать по указанному адресу ученому секретарю Спецсовета. '■

Автореферат разослан " & " 1988 г.

• Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат географических наук,

Доцент _ Л.Г.К03Л0ВА

Актуальность темы. Рекультивация как система мэр по иосста-влеіпію пряродно-хозяйствзшгогэ потенциала нарушенных горкодоби-щей промышленностью земель прчнадле.тат к числу наиболее важных дач рационального природопользования. Исследование предпосылок, сстэновления иаругаешгих ландшафтов является задачей физико-гао-афяческой. Работы, посвященные проблема рекультивацій, нередко правлены на изучение лишь одного из компонентов ландшафта. Про-дятсл и комплексные исследования, объектом которых слукит опре-лошгай тіш парунекных земель в условиях конкретного природного гиона. Недостаточно ясен механизм самовосстаноаления раститвль-сти к почв постпромышленннх земель, изучению которого в БССР по-ященн лишь единичные работы. Поэтоглу ограничена возможность раз-ботки надежной теории биологической рекультивации. Представляет, что данное исследование, направленное на выяшгение путей вос-ановления почвенно-растительного покрова горнопромышленных ланд-фтоп, будет актуальніш дая БССР, площадь разнотшшж нарушенных мель которой составляет около 200 тыс. га. ' ‘

Ичль и яатачи гяботн. Целью работы явилось изучение механиз- ’ естественной регенерации почвенно-растительного покрова пост--омншлешшх земель БССР и определение на этой основе наиболее шюиальннх путей формнровашш почв и культурфитоценозов на реку-тпвируег/птх земля;'. Реализация данной цели потребовала решений едугапгх задач:

1) дать морро-длтогэпную характеристику разнотипных нарулен-

х зет.тель Белоруссии; '■

2) провести сравнительный анализ состава и свойств субстра-в постпрог.глионшсс земель п ненарушенных почв республики; уставить на этоЛ основе тенденции почпообраоозатгя на постпрогчален-х территориям в гатпспмости от ил гкповоЛ принапле.глостд, ланд-J'Tiíoíi приуроченности п возраста;

3) птевить заг.онсмерность сукцессия растительного покрова и ■

•обешгости ее пронглоиття в разнотипных элементарных ландшафтах' pnroi:!’:'”-зг'ель Белоруссии; "•

1) сягстолить пригодные яроддсс,,т::іі гчбора ептт.тышх варятся бт-тонпоскс;’ рзтсультигаїта с іупі.п ускоренного фогмарозаппл одо] огчогг: почвенного покропз и эко^оппесгл сбалансировэшшх .сгптрлып'тс сообгесгз. ■

"чгпг'ХУ!. 'Т?кт^чос:гл!! материал для написания дтссортьтон-!'[ р?бохч собран аг.горой в холе ркспрлито’тн:: к ляб^ртгортрг?-

исследований, проведенных в течение 1982-1987 гг. Кроме того, 1 работе использованы литературные источники.

Объектами исследования явились разновозрастные карьерно-о! вальные комплексы, образовавшиеся в результате открытой добычи нерудных полезных ископаемых, а также выработанные торфяники. \ учено около 90 объектов, расположенных во всех ландшафтных про! нциях республики.

- Теоретико-методическая основа исследования. Теоретической основой работы стала концепция сопряженных элементарных ландша<| тов (Подкнов, 1956; Глазовская, 1964; Перельман, 1975). Изучени элементарных ландшафтов (небольших по площади выделов, однородн В морфологическом отношении, с единым типом увлажнения и сходно направленностью биогеохимических процессов) является наиболее п шлемам’уровней! исследования нарушенных земель - объектов, отли чающихся .высокой морфологической контрастностью и отсутствием н начальных .этапах их существования биоценозов и почвенных индиви дуумов. Ддя решения задач работы привлечен методический аппарат различных природоведческих наук: ландшафтоведения, геоботаники, почвоведения и других.

Научная■новизна выполненной работы заключается в том, что впервые для территории Белоруссии на основе данных, характеризующих качественные и количественные показатели регенерационных фитоценозов и почвенных индивидуумов, выявлены особенности меха; низма сачозатастания горнопромышленных пустошей и установлены ^енденпдз? по2вообразования_на постпро№^енних_су;бст£ат£ж в условиях элементарных ландшафтов различных типов.

Практическая значимость и реализация работы. Результаты работы могут быть использованы при выборе и обосновании направлений рекультивации нарушенных территорий, а также .разработке конкретных рекомендаций, направленных на совершенствование методов биологической'рекультивации: Материалы диссертации нашли применение при разработке "Детальной схемы инженерной запиты Гомельской системы населенных кест от опасных геологических процессов".

■Апробация работа. Основные положения диссертация ж глотка. з 6 опубликованных работах общим объемом 1,5 п.л., на ряде научных совещаний: 5-ой научной .ке?4кгрентйта колодах ученых ИГиГ АН БССР (’Минск, 1983), 5-ой научной конференции "Актуальные проблемы охрани, рационального использования и воспроизводства природных ресурсов" .(Минск, 1985), 7-ой Всесоюзной конфе- .

>енции по мелиоративной географии (Ровно, 1986), научно-практиче-;кой конференции "Пути рационального использования удобрений и по-«шения плодородия почв" (Минск, 1986), Всесоюзной конференции мо-:одых ученых "Географические системы: проблемы функционирования, . ^ юделирования и управления" (Казань, 1987). ’

Структура и объем -работы. Диссертация состоит из введения, че-нрех глав и заключения, общим объемом 143 страницы машинописного .. екста. Работа иллюстрируется рисунками, фотографиями и 34 табли-,ами, 28 из которых объединены в приложения к диссертации. Список спользованной литературы включает 258 наименований.

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ • .

Изучение самовосстановления -растительного покрова нарушенных емель. Существующий опыт изучения естественного возобновивши ра-тительного покрова постпромышленных земель (Моторина, 1974; Коле-ников и др., 1976; Федотов, 1985 и др.) показывает, что на отдель-нх их участках, находящихся в условиях оптимального водного и ми-ерального обеспечения, могут в сравнительно короткие сроки сфор-ироваться устойчивые и продуктивные фитоценозы. Однако в большин-гве случаев процессы естественной регенерации почвенно-раститоль- ■ ого покрова нарушенных земель протекают медленно. Растительные руппировки примитивны по структуре, малоустойчивы и, как следст-. ие, обладают низкой хозяйственной ценностью.

Современные подходы к рекультивации нарушенных земель. Основ-

ым путем восстановления природно-хозяйственного потенциала нару-

ешшх земель является биологическая рекультивация (Моторина, Овинников, 1975; Жшпкевич, Жилко, 1978 п др.). Современные ее мето-ы могут быть объединены в три группы: . •

1) агрономические (лесоводческие) - подбор и размещение сель-

нехозяйственных и лесных культур;

2) агротехнические (лесотехнические) - способы обработки суб-

тратов и ухода за культурами; ,

.3) мелиоративные - способы регулирования водного режима и фи-ико-химических свойств субстратов, ■ .

ак правило, описываемые в литературе и применяемые на практике етодч биологической рекультивации тлеют стереотипный, нередко -пето технологический характер. Между тем очевидно, что даже в ределах одного природного региона восстановление нарушенных с в— эль различных типов требует применения разных методов в различных

сочетаниях. Кроме того, определенные коррективы в выбор методов биологической рекультивации должен вносить учет ее природных пре посылок - вероятного пути развития почвенно-растительного покрог каждой восстанавливаемой территории. Отсюда вытекает необходимость разработки, наряду с универсальными, таких методов рекультивации, которые позволили бы учитывать и использовать при создании почвенно-растительного покрова индивидуальные особенности кс нкретных нарушенных ландшафтов.

Анализ существующего опыта работ по изучению нарушенных земель и их рекультивации показывает, что:

1. Почвенно-растительный покров самооарастающих нарушенных земель не всегда рассматривается как составная часть и ключевое звено неоландшафта, что затрудняет выяснение общего механизма рг генерации почв и растительности.

2. Современные методы биологической рекультивации имеют по-

компонентный характер и применяются зачастую без учета природа а (ландшафтных) предпосылок рекультивации. .

Глава 2. МОРФО-ЛИТОГЕННЫЕ ТИПЫ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЗПЬ .

Из всего многообразия нарушенных земель в БССР, по масштабе п стелет! нарушенное™ наиболее выделяются объекты, связанные с добычей полезных ископаегоис открытым способом. В.А.Прокопенл (1975) выделяет в пределах Белоруссии четыре типа постпромнгален-ных земель. Изучение объектов рекультивации применительно к целг данной работы привело к необходимости подразделения карбонатных выработок на 2 группы. Таким образом, нарушенные зег.пи. реоиублш объединяются наш в 5 основных групп:

1) карьеры по добыче песчаных и песчано-гравийных материале

2) карьеры глинистого сырья;

3) карьеры по добыче мела и мергеля;

4) доломитовые карьеры;

5) выработанные торфяники.

Особенности техногенного -рельефа иршутиогтнх земель. Площадт отработанных посчано-£рави'1них; карьеров колеблется от нескольким до 100 и болео га. Чаще всего они представляют собой выемки глубиной 5-25 м, обычно одноуступнме, с неровным дном, останцами не выработанной порода, крутыми, эродированными бортами. Небольшие отвали размещаются вблизи карьера, реке - в выработанном нроотрг стве. Карьеры не обводнены, за'исключением тюс’ор'ждоний, прилю^г

к к поймам рек или террасам.

Рельеф природно-техногенных комплексов, образовавшихся в ре-льтате добычи глинистого_сырья, цредсташшет собой бессистемное редование неглубоких (2-10 м) мульдообразных, обычно обводнен-х выработок, внутренних и внешних отвалов, отдельных ненарушен-х участков. Площадь таких образований редко превышает 2-10 га.

Меловые карьеры имеют окрутлуи или овальную форму, крутые (до °), сильно эродированные борта и глубину 10-50 м. Обычно они з'а-лнеш вскрытым! грунтовыми водами. Отвали размещаются так вблизи рьера.так и на значительном расстоянии от него. Огог имеют платоразную или гребневидную форму и достигают высоты 10 м. Площадь растеризуемых объектов, включая отвалы, составляет 50-100 га.

Борта доломитовых карьеров почти отвесны и сложены полезным копаемым и покровными отложениями. Вскрышными породами частично сятся отработанные пространства, частично они складируются во ' ешние отвалы. Одни из них спланированы, другие представляют coït многоярусные насыпи высотой до 55 м. Карьеры обводнены.

Рельеф внЕаботанннх_торфяотков является слабоволнистым. Всло-твие его гипсометрической неоднородности и различной степени ушенности отдельные участки подвергаются периодическому затопле-ю. Мощность невыработанного торфяного горизонта колеблется от I до 1,5 м и составляет обычно 0,2-0,3 м.

Механический состав субстратов, определяющий уровень плодоро-я и направление почвообразовательного процесса, дифференцирован Фракциям в зависимости от типа нарушенной территории (табл.1). *

Таблица I

Механический состав субстратов нарушенных земель, %

! Ф т) а к ц и и. мм

Тип нарушегешх земель і Скелет, Фізич.песок, ! Физич.глина

! I >0.01 ! <0.01

стание и песчано-гравий-е карьеры 0-32,59 32,15-97,40 1.98-67,44

инистые карьеры 0,12-11,40 4,93-51,25 21,74-94,14.

ловые карьеры 0,55-12,86 11,80-84,63 14,33-78,26

ломптовые карьеры 2,49-21,81 46,51-67,52 25,50-42,11

В целом механический состав грунтосмесей не препятствует био-■ги'ірской рекультивации. Исключение составляют отдельные унастіп

- b -

отвалов доломитовых выработок, отличающиеся повышенным удельным в сом скелетной фракции, а также некоторые глинистые (крайне тяжелы механический состав) и песчано-гравийные (повышенное содержание л гких фракций) карьеры. •

Агрохимические свойства субстратов нарушенных земель являйте важнейшим показателем начального этапа почвообразования и возмоян сти их биологического освоения. Различия в агрохимических парамет рах объектов рекультивации определяются механически.! и веществен!'.: составом пород, а также возрастом постпромышленных территорий и р дом других факторов (табл. 2).

Таблица 2

Агрохимические свойства субстратов нарушенных земель Тип нарушенных ! pH ! Гумус, ! НО,, ! РоОс, ! К,О,

чггтгггт ! n KPT ! !МГ !мГ !МГ ^

земель , в KOI , % !ЖГг.п.!МГг.п. !ШГг.п

Песчаные и песчано- б.5-8.6 0.30-2.92 <1.7-4.6 3.2-29.8 I.7-J2.I гравийные карьеры " 7745“ 0.7Й ---- Т0Ж 4't4

Глинистые карьеры ~6,*7~5i^

Меловые карьеры <ЫЬАЛ 1^(

Доломитовые ■ 6.Т-8.О 0.48-Т.98 <1.7-1.7 9.8-27.6 4.8-14.f

карьеры ' 77Ж 1,П ---- “¿37ТЛ"

Выработанные ■ 4.2-6.8 — <1.7-39.8 50-33.0 1.2-27.(

торфяники 5,17 12,68 ' 7,76

Примечание: в числителе крайние значения, в знаменателе - средние

Глава 3. ЕСТЕСТВЕННАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА РАЗНОТИПНЫХ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Изучение почвенно-растительного покрова нарушенных земель осуществлялось с использованием метода ландша£тдо-х]2онологичес1шх_рх дов. В рамках каждой из пяти групп постпромышленных земель исследс вались серии разновозрастных элементарных ландшафтов в хронологиче ской последовательности. Предлагаемый споооб интерпретации фактиче ского материала позволил получить целостную картину динамики почв растительности на разнородных нарушенных землях. По морфологически признакам и способу увлажнения в пределах отработанных посчаннх, п счано-гравийных, глинистых и меловых карьеров выделялись элювиальные , _тз}ансэл ювиад. ьные, _аккумулятивно -элювиальнн е_и_ суп ерчквгщь!?’е ландшафты; доломитовых - гу1£щадьнно,_трансэлпвкальдчо к вчвдотдор

иисумуляташив ландшафты; выработанных торфяников - супераквальнио., зин^схперакдальнне и супе^квально-^убаквальные ландшафты.

Самозатастание нарушенных земель. Исследование процесса само-1арасташш разнотипных нарушенных земель позволило выявить следую-[уго закономерность - фитоценозц, в ходе микрозволшии которых изменяются приоритетные виды естественного'отбора, проходят три ста1®11 ' ¡утсцессии. Стадии выделены на основашш анализа 14 качественных и :оличественных показателей, которые объединяются в три группы и ха->актер1зутат: ,

а) состав и структуру фитоценозов;

б) величину проективного покрытия, параметры продуктивности ' итоценозов и их границы;

в) преобладающий вид естественного отбора и особенности биоло-ического круговорота основных элементов питания растений.

1. Ишщальная стадия (образования субстрата и поселения рас-ений) характеризуется преобладанием рудеральных, одно-двулетних ' астений; отсутствием дошнантов и эдафикаторов; кевнраженностьга ертикальной и горизонтальной структуры сообществ. Общее проектив-ое покрытие не превышает 60-705?. Количество фитомассы невелико табл. 3). Сукцессия протекает благодаря экотоппческому отбору. ’

2. Дсреходнгу1_стадйя (взаимоадаптация растений и средообразова-

ия). Доминантами и эдификаторами травянистых сообществ становятся ноголетние, чаще всего, бобовые растения. Намечается структурная ифференциация фитоценозов. Проективное покрытие приближается к 80-' 00!?. Общее количество органического вещества высокое. Преобладаю-им становится жесткий ценобиотический отбор. ■ '

3. ^Зшслотамцая^ стадия (становления группировок, близких к зо-альным). В травянистых сообществах доминируют злаки. Четко выраяе- -а вертикальная и горизонтальная структура фитоценозов. Общее проек-ивное покрытие составляет 100%. Величина надземной фитомассы в свя-я с озлаковением фитоценозов несколько снижается, масса подземных рганов увеличивается. Наряду с ценобиотическим нередко действует зогэшю-антропогеншй отбор. Эдифякатораш сообществ нередко стй-эвятся древесные виды.

Процесс стадиального развития растительного покрова нарушенных жель различных типов имеет ряд особенностей, определяемых услови-Л1 водно-минерального питания растений. Эти особенности касаются, тапным образом, видового состава фитоценозов, их продуктивности и отравленности биогеохгстягчестгах процессов.

Єхега саіюзарастания нарушенных земель Белоруссш

Таблица З

Тип на- руга. зе- мель І. Инициальная стадия 2. Переходная стадия 3. " Заключающая" стадия

Элемен- тарный ландшафт Про- ек- тив- ное по- кры- тие, аг /о [Величина над-!земной [фитомассы, ! ц/га ; ; Соотн- !ошение !злаки: ’бобо-!вые: іразно-травье 'Воз- раст 'нару- шен- ных учас- тков, г Проективное покрытие, ■ % !Величи!Соотн-!Воз-!на над!опгсние!раст !земной!злаки:!нару-¡сБито- !бобо- !шен-.'массы, !вые: !ных ! !разно-!учас-! ц/га !травье!тков, t і і і і і г Проек- тивное покры- тие, % !Величи-! Соотн-!на над-!сипение ¡земной !злаки: ¡сбито- !бобо-!массы, ¡вые: ! !разно-! ц/га !травье ! 1 І І !Воз- !раст !нару- !шен- !ных !учас- !тков, ! Т Г

І 2 3 4 ' 5 6 7 ! 8 9 J 10 XI. ! Т2 !. .13— ! 14

і элювиаль- ный 0-40 0-16,75 2:1:7 0-10 20-90 18,52 3:2:5 10-20 100 16,74 3:2:5 более 20

% и о трансэлю- виальный 0-20 0-6,24 .1:1:8 0-20 10-80 17,16 2:2:6 20-40 80-100 15,14 3:2:5 более 40

1 2 о :з с£ аккумулят.- олювлальк. 0-90 0-35,57 3:2:5 0-10 100 23,92 3:2:5 10-20 100 31,74 3:3:4 более 20

о г2 супЄр- і аїззльгшй 0-70 0-20,42 1:0:9 0-10 90-100 16,42 2:1:7 10-20 90-100 21,52 3:2:5 более 20

элювиаль- ный 0-60 0-28,31 1:2:7 0-10 80-90 33,94 1:3:6 10-20 100 37,53 3:2:5 более 20

? трансэл гениальный 0-50 0-10,28 1:1:8 0-10 30-80 26,18 1:2:7 10-30 80-100 33,23 2:3:5 более 30

о аккумулят,- олгозиальн. 0-90 0-32,44 2:2:6 0-10 100 46,69 3:3:4 10-20 100 42,36 3:3:4 более 20

' r—f супєр-. 0-90 0-23,52 1:2:7 0-10 100 46,36 3:3:4 10-20 100 _ 37,13 3:2:5 более

Продолжение таблицы 3

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6 ! 7 ! 8 ! 9 ! Ю. ! II ' 12 ! . 13 . ! 14

элювиаль- ный 0-40 0-14,26 2:1:7 0-10 80-100 54,36 1:3:6 10-20 100 34,34 4:1:5 более 20

ф трансзлю- виалышй 0-20 0-8,76 1:2:7 0-20 20-80 24,42 2:2:6 20-40 60-100 21,86 2:3:5 более 40

я да о ч аккутлулят. -злювзальн. 0-70 0-63,00 2:1:7 0-10 100 52,35 3:3:4 10-20 100 36,56 3:1:6 более 20

супер- аквалъный 0-60 0-26,15 2:0:8 0-15 90-100 29,38 3:2:5 15-30 100 26,34 3:1:6 более 30

1 2 Ф элювиаль- ный 0-40 0-25,72 2:1:7 0-10 60-100 .29,79 2:3:5 10-20 100 22,12 3:2:5 более 20

О Д Ч Я О о элшвиальн.- аккуыулят. 0-60 0-20,18 1:0:9 0-10 70-100 25,30 2:3:5 10-20 100 24,26 3:2:5 более 20

ш я р аз К н к о к супер- аявальный 0-30 0-8,40 2:0:8 0-10 60-80 16,46 2:1:7 10-20 100 30,70 3:1:6 более 20

тралссупер- аквалышй* 0-50 0-16,34 1:0:9 0-10 60-90 30,68 3:0:7 10-20 100 46,90 3:0:7 более 20

з Л суперакв.-субаквальн. 0-40 0-12,21 0:0:10 0-10 70-90 24,15 1:0:9 10-20 100 41,63 1:0:9 более 20

В ходе полевых работ наш определено 236 видов травянистых растений и 25 видов деревьев и кустарников, участвущих в самоза-растании нарушенных земель БССР. Среди.травянистых растений повсеместно преобладает разнотравье (65-80# видового состава). Фитоцено зы глинистых и меловых выработок отличаются повышенным удельным ве сом бобовых и злаковых. Осоют и споровые немногочисленны - 3-16%. Большая часть растений (71$) относится к многолетникам.

Уровень биологической продуктивности фитоценозов в связи со значительной возрастной, морфологической разнородностью нарушенных земель и большими различиями в физико-химических свойствах их субс ратов отличается высокой контрастностью (табл,4). Наиболее обильна надземная фитомасса отмечена в аккумулятивно-элювиальных ландшафта где имеются условия для накопления мелкозема и достаточное увяажне ние. Продуктивность фитоценозов меняется по стадиям самозарастания (табл.З).

Величина и распространение подземной фитомассы зависит от ста дии самозарастания и типа субстрата. Наибольшей массой подземных органов отличаются фитоценозы глинистых и карбонатных выработок (табл.4). На инициальной стадии самозарастания подземная фитомассЕ превышает надземную в 2-3 раза, а на переходной и, особенно, "заключающей" - в 6-10 раз. Этот факт связан с доминированием в сообщс ствах, соответственно, бобовых и злаковых растений с хорошо развит ми корневыми системами и является показателем стабилизации как рас тительного-покрова, так и ландшафта в целом. •

Количество мортмассы (табл. 4) определяется стадией развития фитоценоза и его ландшафтной приуроченностью.

Таблица 4

• Продуктивность фитоценозов нарушенных земель . ,

• ■ (воздушно-сухое вещество, ц/га)

Тип нарушенных } Надземная ! Подземная ! Мортмасса

_______земель_______! Йитомасса I №томасса ! ' ■

Песчаные и песчано- 2.97-54.90 43.68-389.83 0.78-63.20

гравийные карьеры 1й,12 195,15 19,72

Глинистые карьеры

Маяовые карьер. . ЧЩ22

. нв ¡„р. на'опр.

Вранные, 4^11^ „вопр.

Изучение микрозлементного состава субстратов и растительное-'

! нарушенных земель свидетельствует о их нетоксичности. Коэффицк-[ты биологического поглощения микроэлементов (Я1, Сг, V, Цп, М) ютительностыо имеют тенденцию к увеличению от геохимически авто-(гдннх к подчиненным ландшафтам и чаще всего несколько возрастают I 2 и 3 стадия:! самозарастания. Средние содержания микроэлементов подземных органах и в мортмассе близки между собой, что свидете->ствует о замкнутости круговорота микроэлементов в системе "почва-ютительиость". Содержание макроэлементов в надземных органах рас-?ний в 10-20 раз ниже, чем в подземных и мортмассе. .

Таким образом, самовосстаномение_растителъного_пок£ота_-_за- . )номерннй_п;[юцесс, являщийся частным случаем антропогенных сук-;ссий и протекающий на нарушенных землях БССР всех типов по еди-)му_механизму^. Проявление данной закономерности в каждом конкрет-зм случае может иметь определеннне_особенности, обусловленные ха-штером элементарных ландлафтов, сложившихся в условиях, разнотип-ос постпромшоленных территорий, и их окружением.

Восстановление почвенного покрова. Сравнительный анализ ме-шического состава и физико-химических свойств молодых почв нару-знннх земель с аналогичными параметрами естественных почв (Почвы злорусской ССР, 1974) показал, что на постпромШлленных субстратах эотекают дерновый, подзолистый и болотный процессы почвообразова-ш в различных.сочетаниях. На песчаных и глинистых выработках обязуются почвы £ерново-подзолистого_типа, на меловых и доломитовых дерново-карбонатные, на выработанных торфяника* - ¿¡е£ново-торфя-1е, детово-то£ртистые и то]йш{о-^а^отще_лочщ. Литологическая :нова формирующихся почв обычно соответствует типу добываемого ' ¿рья, а водный режим - тщту элементарного ландшафта. В условиях тювиалышх, трансэлгавиальных и большинства аккумулятивно-злювиа-ьных ландшафтов водный режим инициальных почв промывной. В моло-IX почвах тяжелого мехсостава аккумулятивно-элювиальных ландтаф-эв, в условиях периодического водозастойного режима, наблюдаются ризнаки оглеения, а в супераквальных дандз афтах карьеров по добы-э минерального сырья образуются глееватые или заболоченные почвы.

Наиболее характерная черта морфологии молодых почв - наличие ртлусоаккумулятпвних горизонтов (А) и отсутствие-или-укороченность плювиальных (В). Со временем глубина почвенного профиля и степень го дифференциации увеличиваются, однако даже под зрелыми фитоце-эзами морфологическая выраженность'профиля не полностью соответс-вует естественным почвенным аналогам.

. Основные агрохимические свойства молодых почв нарушенных земель отражены в таблице 2. Величина обменной кислотности по профш изменяется незначительно, однако на старовозрастных участках набл! дается подкисление верхних горизонтов. Содержание гумуса редко пр< вышает 2%. Наличие доступного растениям азота, обеспеченность' кот< рым оценивается как слабая, связано с аккумуляцией органического з щества в верхних горизонтах почвы. Фосфор, возвращающийся в почву опадом, также накапливается в верхних ее горизонтах. Подвижный калий, который является активным водным мигрантом, подтягивается ко] невыми системами растений из нижних горизонтов субстрата в варлзк; Следовательно, процесс даф$ор£Н1щацр_поч£енного профЕЛ2._сдабо_п] явлки!ЩЙ£я ^лор^ологически, довольно_чет£о_отражается в аг]р:тмич^ ¡сих двойствах.

Сравнезше количественных характеристик молодых почв разновозрастных нарушенных земель позволило предложить способ оценки интез сивности почвообразования в регенерационных ландшафтах с промывны: водным режимом. По нашему мнению, основными показателями, позволя! щими оценить интенсивность протекащего почвообразовательного процесса, являются скорость гумусонакопленля ( У1 ) и скорость дцкрфе— ренциации почвенного профиля (У2) . Тогда коэффициент интенсивности почвообразования (К ) определяется с помощью уравнения

К = 100\Д 2 + У§ .

Поскольку . У1 ■ , а У2 = ^ где

Н - содержание гумуса в горизонте А, %',

а - содержание физической глины в горизонте А, %\

Ь - содержание физической глины в горизонте В, %\

1: - время почвообразования, года,

то К = Ю0\/{-|-)2+ (*^)2 •

При значениях К меньших 10 интенсивность почвообразования низкая, от 10 до 20 - средняя, более 20 - высокая. Наиболее высокой интенсивностью почвообразования (К от 24 до 30) отличаются элементарны» почвенные ареалы, формирующиеся под разнотравно-бобовыш фитоценозами (переходная стадия) аккумулятивно-элювиальных ландшафтов.

Скорость гумусонакопления в постпр^ ^пшенных субстратах зависит от типа нарушенной территории, ландшафтной приуроченности эко-топа и стадии самозарастания. Наибольшая интенсивность накопления гумуса характерна для молодых почв глинистых выработок (в среднем

0,233^/год), наименьшая - песчано-гравийных (0,Ш$/год). Скорость" гумусонакопления увеличивается в ряду трансэлювиальный ландшафт (О,058$/год) - супераквальный (0,121^/год) - элювиальный (0,145#/ год) - аккумулятивно-элювиальный (0,191$/год). Под бобово-разнотравными парцеллами, характерными для инициальной стадии самозараста-ния, интенсивность гумусонакопленпя максимальна - 0,275/5/год.

Изучение почвообразования на постпромышленных субстратах Белоруссии показало, что £анние_стадии £адвития_маяодых_почв ха£актери-зутатся_высокой интенсивностью почвообразовательных щюце с сов, которая со временем постепенно снижается. Молодые почвы нарушенных зэ-мель несколько отстают в развитии от соответствующих игл растительных сообществ.

Глава 4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НАРУШЕННЫХ .

ЗЕМЕЛЬ КАК СПОСОБ ИХ РЕНАТУРАЛИЗАЦИИ • '

Необходимость восстановления в ходе рекультивадаонных работ ландшафтного комплекса в целом, а не отдельных его компонентов (ренатурализация ландшафта) предполагает обратить особое внимание на почвенно-растительный блок как звено,-объединяющее разомкнутую цепь компонентов ландшафта.

По нашему мнению, возможны две стратегии биологической рекультивации, конечные цели которых различии:

1). Интенсивная рекультивация. Она позволяет в короткие сроки

вовлечь нарушенную территорию в лесохозяйственное или сельскохозяйственное использование и может быть применена в тех случаях, когда • такое быстрое вовлечение необходимо и возможно. Ее основные методы: выравнивание поверхности и трансплантация плодородного слоя, внесе-, ние повышенных доз органических и минеральных удобрений, регулирование водного режима, интенсивная почвообработка. .

2). Экстенсивнм^еку;льт^ващ1я. Ее характерная черта - максимальное использование естественного процесса формирования почвеннорастительного покрова. Основной метод управления системой - фитоме-лиорацил. Данный путь отличается сравнительной дешевизной и возможен при создании рекреационных зоп, охотшгчье-рыболовных угодий.’

Изучение самовосстановления почвенно-растительного покрова нарушенных земель БССР и опыта их лесохозяйственной рекультивации позволяет срор'лулнровать некоторое роке/милаши, направленные на со-' вершпнетдование методов ле^олосстанодчопия!

I. Ярл подготовке поверхности возие-жо сохранение полого-волнистого рельефа с нобплкшнп уклонами.

2. Лесохозяйственное освоение карьерно-отвальних комплексов

по добыче минерального сырья в условиях БССР не требует налесига потенциально плодородного слоя. •

3. Приемы создания лесонасаждений должны определяться приме тельно к каждому объекту и отражать характер поверхности, физико химические свойства субстрата и условия увлажнения каждого из су] ствукщих элементарных ландцафтов.

4. Существенный экономический и экологический эффект может ,

замена дорогостоящих приемов улучшения лесорастительных свойств страта (землевание. внесение удобрений и др.) сравнительно делен и надежными методами фитомелиорации. В набор фитомелиорантов цел< сообразно включать как древесно-кустарниковые, так и травянистие растения рекомендуемых нами видов. ■

5. Наиболее пригодными для освоения нарушенных земель БССР ! ляготся'древесные виды, подбор которых осуществлен нами по принцш максимальной полезной продуктивности, биогеохимической емкости', ] ибольшей адалтированности растений к конкретным ландшафтным уело] ям и их высоких санитарных качеств. Питомники для выращивания саженцев целесообразно создавать на тщательно подготовленных рекулз тивированных земтях. .

Совершенствованию методов сельскохоз^ственной_рекхльтивац1п будет способствовать учет следующих рекомендаций:

1. Тщательное выравнивание поверхности отработанных карьеро! трансплантация предварительно снятого почвенного слоя. При провед нии горнотехнических работ на субстратах с высокой водопроницаемс стью желательно.образование на глубине 0,5-0,7 м водоупора. Осво? ние некоторых глинистых выработок требует устройства дренажной се и создания водоприемников. Основные приемы почвообработки должны соответствовать характеру спланированной поверхности.

2. Приемы цервоначальной обработки фрезерных полей вырабога! торфяников должны быть направлены на разрушение контактного гориг нта и выравнивание водно-физических свойств субстрата.

3. Состав и количество минеральных удобрений должны дифферег

роваться в зависимости от типа элементарного ландшафта, характера субстрата и избранного варианта освоения. Химическая мелиорация I многом может быть заменена фитомелиорацией. В качестве модели фит мелиоративного периода рекомендуется использовать механизм самоза растания нарушенных земель аналогичного типа. ' .

4. Наиболее перспективными для освоения нарушенных земель вн ми трав являются рекомендуемые нами представители семейств бобовм

¡лаковых, адаптированные к местнш почвенно-климатическим условиям : участвующие л самозарастании. Предлагаемые травосмеси составлены :рименительно к каждому из типов субстрата. Они являются поликомпо-ентними для того, чтобы культурфигоценоз мог гибко реагировать на зменешш условий среды и максимально использовать гиперпространст-

0 экологических нига.

5. Борьба против засорения культурфитоценозов сорным разнотравен мо^ет вестись посредством скашивания до обсеменения основной accu разнотравья.

Перспективным, но не получившим в БССР достаточного распрост-анения направлением рекультивации является создание на нарушенных егллях объоктов_рек£еащ1онного назначения^ охоты и рыболовства: ■

1. Рекреационная рекультивация, не требует сложных горнотехгаг-еских работ. Они сводятся, в основном, к созданию зоны мелководья

карьерном водоеме и пляжной полосы. 1

2. Успех данного направления рекультивации определяется удач-[jm дополнением древесно-кустарниковой растительностью морфологичо-кой контрастности рельефа.

3. В основу восстановления травяного покрова может быть поло-

зно его естественное возобновление. Управление этим процессом мо-эт осуществляться путем подсева трав-виолентов. .

4. Отдельные старовозрастные выработанные торфяники могут пользоваться так резерваты диких животных и охотничьи угодья.

5. 45 видов растений, участвующих в самозарастании, имеют действенную ценность. Целесообразно использовать отдельные самозаг ютающие участки в качестве плантаций лекарственных растений.

Таким образом, наиболее существенными факторами, опредолявди-

1 успех работ по ренатурализации нарушенных ландшафтов, являются:

а) результаты горнотехнических работ;

б) мероприятия по улучшению физико-химических свойств почвооб-'яурпего субстрата;

в) создание и управление функционированием адекватных ландааф-

пял условиям фитоценозов. -

Наиболее полная реализация пзречислешшх факторов возможна при ■люльзовашш в качестве модели ренатурализнрованных ландшафтов тех ¡руш^шшх участков, почвенно-растительный покров которых сформиро-лся естественным путем.

заключения _

13 соответствии с постатейным:! задачам! исследования по.тучены результаты: -

1. Дана морфо-литогенкая характеристика разнотипных нарушении земель Белоруссии, представляющих собой результат взаимодействия природных и техногенных факторов и отражающих в своей структуре и свойствах характер исходных ландшафтов и особенности конкретного техногенного воздействия.

2. Проведен сравнительный анализ механического состава, физии химических свойств субстратов постпромышленных земель и ненарушеи ных почв Белоруссии. Установлены следующие тенденции в образовании

и.развитии, молодых почв горнопромышленных ландшафтов:

- литологическая основа молодых почв обычно соответствует типу ДОС ваемого сырья, а водный режим - типу элементарного ландшафта;

- профиль молодых почв отличается укороченностью и слабой морфолм

ческой выраженностью; '

- процесс дифференциации почвенного профиля довольно четко отражае ся в агрохимических свойствах;

- начальный этап развития почв характеризуется высокой интенсивное

тью почвообразовательных процессов;. ■

- молодые почвы отличаются достаточно высоким уровнем потенциально го плодородия, критерием которого служит продуктивность фитоценозе

3. Выявлена следующая закономерность в развитии растительного покрова: фитоценозы, существующие в условиях горнопромышленных лаг дшафтов БССР, проходят три стадии сукцессии - инициальную, переход ную и "заключающую". Каждая стадия характеризуется определенным сс четанием качественных и количественных показателей растительных сс обществ. Процесс стадиального развития растительного покрова нарз шенных земель различных типов имеет рад особенностей, определяемы: различиями в свойствах местообитаний. Они касаются, главным образом, видового состава фитоценозов, их продуктивности и направление сти биогеохишческих процессов. Знание закономерности и особенностей естественной регенерации растительного покрова постпромышленш земель позволяет прогнозировать ход самозарастания любого конкрет! го нарушенного (нарушаемого) участка и использовать механизм этой процесса в качестве модели в практике рекультивации. ,

4. Определена потенциальная пригодность постпромышленных тер] торий каждого типа к тому или иному направлению рекультивации:

- для создания объектов лесохозяйственного назначения наиболее цго сообразно использовать песчано-гравийные выработки, отвалы карьер! по добыче карбонатного сырья, выработанные торфяники,■залегающие неглубоких междуречных котловинах;

- сельскохозяйственных-угодий - глинистые выработки, неглубокие- т счано-гравийные карьеры, примыкающие к ¡сельскохозяйственным уго/’Ь

спланированные поверхности отделышх участков меловых карьеров, работанные торфяники, расположенные на склонах надпойменных тер-с, в староречьях, в сточных котловинах, на моренных равнинах; рекреационных зон и водохозяйственных объектов - крупные обводнене карьеры по добыче карбонатного и песчано-гравийного сырья; . охотничьих угодий и резерватов диких животных - крупноплощадные работанные торфяники, другой г,ид освоения которых по каким-либо ичинам нецелесообразен; ’

коллективных садов, пасек, плантаций лекарственных растений - от-лы меловых карьеров.

Выполненная работа позволила сделать ряд рекомендаций, налрав-гагах на совершенствование существующих методов рекультивации и по-:ление ее экономической эффективности. В общем виде их мсгано свес-к следущему: ■ ■ • •

а) применение методов восстановления почвенного плодородия, на-олее полно соответствующих природным предпосылкам рекультивации и дивидуалышм особенностям нарушенных участков;

б) использование при создании лесопосадок и агроценозов предяа-емого набора растений из числа -видов, участвующих в самозараста-

и и отличающихся высокой устойчивостью и средообразугацей активно-ью, что позволит в ряде случаев частично или полностью заменить рогостоящие методы химической мелиорации фитомелнорацлей;

в) подбор п размещение растений на рекультивируемых площадях, уществляеше в соответствии с их ла;щгаафтно-геохимической прлнад-яностью, что позволит полнее утилизировать элементы питания д почать максимальную полезную продукцию при минимуме затрат.

Основные положения диссертации отражены в публикациях: ’

1. Естественный травяной покров карьерно-отвалышх комплексов лоруссии // Актуальные пробл. охраны, рацион.'испольэ. и воспр. -

природ, ресурсов. (Материалы конгереншпг). - Кгнск, 1985. -'С.105.

2. О самовосстановлении растительного покрова карьерно-отваяь-

х комплексов Белоруссии// Геогр. аспекты рацион, природопользова-я. - Г.їінск, 1985. - С.Є0-87. . . '

3. Гидромелиорация в системе рекультивашошшх мероприятий // ' ■ лиорация ІІечорпоземья. Тез. докл. 7 Есесоюз. конф. - Л., 1986. -

08-89 (соавтор В.А.Прокспеня).

4. Иницкалыше почвы карьерно-отвальных комплексов БССР// Пути

пион. использ. удобрений и повышение плодородия почв. Тез.докл;-уч.-практ. конф. -.Минск, 1986. - С.57-58. '

5. Структура и продуктивность Яитопенозов нарушенных земшп, ■ '

С?// Геогр. системы: Пробл. моделирования и управления. Тез.докл. ссоюз. науч. конф. - Казань, 1987. - С.Т28-123. .

6. Пригодность карьерно-отвальных комплексов БССР к сшіьско: зяйственной рекультивации. - Минск, 1987. - 12 с. - Деп. ВШШТЭИг ропром, № 193 ВС-87.

АТ 21048. Подписано в печать 31.12.87. Формат 60x84 І/І6. 0<3ъем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз. Зак.Л 7. Бесплатно. Отпечатано на ротапринте Института геохимии и геофизики ЛН БССР. 220023, Минск, ул. Жодинская, 7.