Структурные и функциональные показатели фитоценозов при реконструкции жизнеспособного почвенно-растительного слоя на поверхности отвалов горных пород тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шатилов Дмитрий Александрович

• Шатилов Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Шатилов Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Теоретические основы зарастания отвалов

1.2 Создание природоподобных растительных сообществ на отвалах

1.3 Анализ действующего законодательства Российской Федерации в области рекультивации нарушенных земель и сохранения плодородного слоя почвы

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследования

2.1.1 Общая характеристика района исследований

2.1.2 Характеристика злаково-разнотравного лилейникового луга

2.1.3 Спланированная поверхность отвала вскрыши с насыпным слоем покровных суглинков

2.2 Методы исследования

2.2.1 Создание экспериментального полигона

2.2.2 Флористические исследования

2.2.3 Учет надземной фитомассы

2.2.4 Изучение индикаторного вида Hemerocallis minor Miller

2.2.5 Изучение люмбрицидов как индикатора восстановления нарушенных земель

3 ДИНАМИКА ФЛОРИСТИЧЕСКОГО СОСТАВА

3.1 Контроль-1 (злаково-разнотравный лилейниковый луг)

3.2 Экспериментальный участок с нанесением почвенно-растительного слоя 20 см

3.3 Экспериментальный участок с нанесением почвенно-растительного слоя 40 см

3.4 Экспериментальный участок с нанесением почвенно-растительного слоя 60 см

3.5 Контроль-2 (участок потенциально плодородных пород без нанесения почвенно-растительного слоя)

3.6 Количественные показатели природоподобных сообществ за четыре года (2019-2022 гг.)

4 СТРУКТУРНЫЕ И БИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ HEMEROCALLIS MINOR MILL

5 ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ

6 ИЗУЧЕНИЕ ЛЮМБРИЦИДОВ КАК ИНДИКАТОРА ВОССТАНОВЛЕНИЯ

НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ И ЖИЗНЕСПОСОБНОГО ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО СЛОЯ НА ОТВАЛАХ ГОРНЫХ ПОРОД

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурные и функциональные показатели фитоценозов при реконструкции жизнеспособного почвенно-растительного слоя на поверхности отвалов горных пород»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Восстановление биологического разнообразия как основы устойчивости биогеоценозов и биосферы в целом на землях, нарушенных при добыче полезных ископаемых, является приоритетной задачей национальной политики многих государств в области экологии [Конвенция ... , 1992].

За период разработки угольных месторождений из недр Кузбасса добыто около 9 млрд т угля, что составляет 16 % от всех балансовых запасов угля в Кузбассе. Следует отметить, что 3,96 млрд т добыто за последние 20 лет. При этом с 2000 г. по 2020 г. объемы добычи угля в России увеличились в 1,6 раза, в Кузбассе - в 2,2 раза и достигли в 2018 г. рекордных 255,3 млн т, почти 60 % от общероссийского уровня [Копытов, Шаклеин, 2018]. Площадь нарушенных земель в Кузбассе по экспертным оценкам достигает 150 тыс. га [Копытов, Куприянов, 2019].

В настоящее время добычу угля в регионе ведут 39 шахт и 57 угольных разрезов. Неизбежным следствием горнопромышленного производства являются карьерные выемки, отходы в виде отвалов вскрышных горных пород, подработанные шахтовые земли. Установлено, что на 1 млн т добытого угля приходится от 13 до 36 га нарушенных земель [Счастливцев, 2003 ; Харионовский и др., 2018]. Общая площадь бедлендов в бассейне составляет не менее 91,7 тыс. га, включая зоны подтопления в районах закрытых угольных шахт [Доклад о состоянии и охране ... , 2021].

В России восстановление нарушенных земель получило термин «рекультивация», под которой понимаются мероприятия по предотвращению деградации земель и (или) восстановлению их плодородия посредством приведения земель в состояние, пригодное для их использования в соответствии с целевым назначением и разрешенным использованием, в том числе путем устранения последствий загрязнения почв, восстановления плодородного слоя почвы, создания защитных лесных насаждений [Земельный кодекс Российской

Федерации, 2001]. Рекультивация имеет два этапа: технический, включающий подготовку территорий для последующего целевого использования, и биологический, включающий комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий по восстановлению плодородия нарушенных земель [ГОСТ Р 59070-2020].

В настоящее время накоплен большой опыт проведения лесного и сельскохозяйственного направлений биологической рекультивации [Кандрашин, 1981 ; Баранник, 1988 ; Баранник, Шмонов, 1988 ; Ламанова, 1997, 1998, 2004 ; Захаров, 2005 ; Батурина, Андроханов, 2009 ; Андроханов, Лавриненко, 2012, 2013].

До второй половины XX века вопросами восстановления утраченного биологического разнообразия нарушенных земель практически не занимались.

Исследованиями естественного зарастания техногенных местообитаний в советское время начали заниматься в связи с масштабной разработкой месторождений полезных ископаемых и образованием техногенных ландшафтов. Первые наблюдения естественного зарастания отвалов в Кузбассе проведены Тарчевским В. В. (1959, 1964). В последующие годы активно работали ученые новосибирской школы под руководством доктора биологических наук Трофимова С. С., которыми была изучена динамика формирования основных компонентов биоты техногенных экосистем [Баранник, Щербатенко, 1972 ; Щербатенко, Шушуева, 1974 ; Кандрашин, 1988].

Закономерности формирования растительного покрова на отвалах вскрышных горных пород в различных природных зонах Кузбасса установлены в ходе многолетних исследований специалистов Кузбасского ботанического сада [Куприянов, Манаков, 1995 ; Манаков, Куприянов, 2009 а, б ; Манаков и др., 2011].

В 1992 году в Рио-де-Жанейро было объявлено, что величайшей ценностью, которую человечество должно сохранять для будущих поколений, является биологическое разнообразие. Соответствующие положения были закреплены в Конвенции о биологическом разнообразии [Конвенция ... , 1992]. Стратегический план предусматривает «стремление мирового сообщества обеспечить к 2050 году сохранение, восстановление и разумное использование биоразнообразия.» [Конвенция ... , 1992].

Появилась необходимость разработки новых природоподобных технологий восстановления биологического разнообразия нарушенных земель при открытой добыче угля [Маренчук, 2009 ; Дзыбов, 2015 ; Копытов и др., 2017 ; Методические рекомендации по реставрации ... , 2017 ; Сборник инновационных решений ... , 2017].

Степень разработанности темы. Разработка технологий создания природоподобных растительных сообществ на отвалах пока не имеет большой истории научных исследований. Главным образом исследования были направлены на изучение закономерностей зарастания отвалов [Баранник, 1973 ; Кандрашин, 1975, 1979, 1988 ; Таранов и др., 1979 ; Куприянов и др., 1996 ; Куприянов, Манаков, 2008, 2016 ; Куприянов, Морсакова, 2008 ; Манаков, Куприянов, 2009 а, б ; Манаков, 2010 ; Манаков и др., 2011].

Применительно к техногенным образованиям, лишенным биологической оболочки, природоподобное сообщество представляется как устойчивое самоподдерживающееся долголетнее растительное сообщество, воспроизведенное по образцу исходных природных сообществ, ранее существовавших на данной территории или взятых за основу в качестве доноров семенного материала [Уфимцев, 2016 ; Методические рекомендации по реставрации ... , 2017 ; Патент 2682040, 2019].

Основным критерием природоподобных сообществ является их высокое видовое разнообразие, в той или иной степени соответствующее структуре исходных или маточных сообществ. В то же время целью создания природоподобных сообществ является не столько достижение портретного сходства зональных или интразональных сообществ, сколько формирование богато видовых эрозионно-устойчивых продуктивных сообществ [Куприянов А. Н. и др., 2021 а, б, 2022 ; Куприянов О. А. и др., 2022].

Цель исследования - изучение структурных и функциональных показателей регенерационных фитоценозов, сформированных в процессе переноса жизнеспособного почвенно-растительного слоя на поверхность отвала вскрышных горных пород.

Задачи исследования:

1. Экспериментально оценить эффективность нанесения плодородного слоя почвы, не подверженного хранению, для подтверждения возможности ускоренного (по сравнению с общепринятыми практиками) восстановления многовидового растительного покрова на отвалах горных пород.

2. Изучить динамику флористического состава и продуктивность надземной биомассы природоподобных растительных сообществ.

3. Изучить состояние популяций индикаторного вида - лилейника малого (Hemerocallis minor Mill.) в контроле, а также в природоподобном растительном сообществе.

4. Изучить состояние популяции люмбрицидов как индикатора восстановления экосистемы на нарушенных землях.

Научная новизна. Впервые на отвалах Кузбасса проведено комплексное изучение восстановления растительного покрова на отвале путем переноса жизнеспособного почвенно-растительного слоя, не подвергая его хранению в буртах. Изучена динамика флористического состава и структуры растительных сообществ в контроле (полидоминантный злаково-разнотравный луг) и на экспериментальном полигоне в вариантах с нанесением почвенно-растительного слоя разной толщины. Изучена продуктивность природоподобных сообществ по функциональному показателю надземной биомассы. Изучена динамика изменения состояния флагового вида лилейника малого (Hemerocallis minor Mill.) в контроле и в создаваемых природоподобных сообществах. Установлены особенности существования популяции люмбрицидов после нанесения почвенно-растительного слоя на отвал спустя три года от начала эксперимента.

Теоретическая и практическая значимость. В результате четырехлетних исследований изучен процесс формирования природоподобных растительных сообществ, созданных на поверхности отвалов горных пород методом реконструкции геологической структуры и нанесения жизнеспособного почвенно-растительного слоя. Применение этого метода способствует ускорению процессов восстановления растительного покрова в техногенных местообитаниях

за предельно короткий срок (1-2 года). Реконструкция позволяет сформировать природоподобное растительное сообщество со сходными структурными и функциональными показателями исходных луговых фитоценозов.

По результатам проведенных исследований разработаны «Методические рекомендации по реконструкции геологической основы и жизнеспособного почвенно-растительного слоя на отвалах горных пород» (2022) (приложение А), где представлено полное описание технологической схемы, включающей горнотехнический этап подготовки поверхности отвала, а также снятие, транспортировку и нанесение жизнеспособного почвенно-растительного слоя.

Методология и методы диссертационного исследования. Объектом исследования является экспериментальный участок отвала вскрышных пород, состоящих из смеси песчаника, аргиллитов и алевролитов, принадлежащего ООО «Шахтоуправление "Майское"» (АО ХК «СДС-Уголь»). На поверхности отвала создан водоупорный слой лессовидных суглинков, на который нанесен жизнеспособный почвенно-растительный слой, снятый на участке полидоминантного злаково-разнотравного луга, содоминантом которого является лилейник малый (Hemerocallis minor Mill.). На отсыпанный слой суглинков был нанесен жизнеспособный почвенно-растительный слой в трех вариантах толщины - 60 см, 40 см, 20 см. В качестве контроля служили два участка: контроль № 1 -полидоминантный злаково-разнотравный луг; контроль № 2 - участок отвала без нанесения почвенно-растительного слоя с естественным зарастанием. Основой исследования явились изучение и анализ флористического состава с использованием основных характеристик растительных сообществ: проективное покрытие (%), встречаемость (%), активность вида (балл), коэффициент участия (%), синантропизации (%), класс постоянства. Математическая обработка полученных результатов проведена с использованием программного обеспечения MS EXCEL и PAST 3.0. При помощи программы IBIS [Зверев, 2007] производилось слияние видовых списков вариантов опыта в сводную таблицу. Используя программное обеспечение PAST, полученную таблицу кластеризировали по методу невзвешенного парного среднего (UPGMA), в качестве меры сходства применяли индекс Жаккара.

Положения, выносимые на защиту:

1. Перенесение на рекультивированный отвал вскрыши жизнеспособного верхнего слоя почвы, не подвергшегося хранению и содержащего семена и корневища растений, позволяет создать природоподобное растительное сообщество с высоким видовым разнообразием.

2. Структурные и функциональные показатели природоподобных растительных сообществ во всех вариантах опыта значительно выше, чем при самозарастании отвала, и приближаются к значениям на контрольном участке естественного луга.

Обоснованность и достоверность полученных результатов, выводов и практических рекомендаций обеспечены методикой закладки эксперимента, включающей контроль-1 (полидоминантный злаково-разнотравный луг), контроль-2 (участок самозарастания отвала с нанесенным слоем лессовидных суглинков) и три варианта нанесения на отвал почвенного слоя (60, 40, 20 см), четырехлетними наблюдениями за динамикой флористических показателей, продуктивностью, состоянием флагового вида лилейник малый (Hemerocallis minor Mill.), применением современных методов обработки полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 9 международных, всероссийских и региональных конференциях: VI Международная научно-практическая конференция «Современные тенденции и инновации в науке и производстве» (Междуреченск, 2017), Третий Международный инновационный горный симпозиум (Кемерово, 2018), V Международная конференция «Проблемы промышленной ботаники индустриально развитых регионов» (Кемерово, 2018), Международный российско-казахстанский одмпозиум «Углехимия и экология Кузбасса» (Кемерово, 2018), ежегодная конференция молодых ученых ФИЦ УУХ СО РАН «Развитие - 2020» (Кемерово, 2020), XXIV Международный научный симпозиум имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2020), IX Международная научно-практическая конференция «Современные тенденции и инновации в науке и производстве» (Междуреченск,

2020), Всероссийская школа-семинар «Экологическая безопасность в условиях антропогенной трансформации природной среды», посвященная памяти Н. Ф. Реймерса и Ф. Р. Штильмарка (Пермь, 2021), V Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Экология и управление природопользованием» (Томск, 2021).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ, в том числе 5 статей в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (из них 1 статья в российском научном журнале, входящем в Scopus; 1 статья в российском научном журнале, входящем в GeoRef), 1 статья в сборнике научных трудов, 6 публикаций в сборниках материалов международных научных конференций и всероссийской школы-семинара, 1 методические рекомендации.

Личный вклад автора. В работе представлены результаты полевых исследований, проводимых автором лично с 2019 года по 2023 год, в ходе которых получены данные по динамике флористического состава, учета продуктивности биомассы, состояния флагового вида Hemerocallis minor в структуре природоподобных сообществ и численности дождевых червей в вариантах с нанесением почвенно-растительного слоя на отвал. Полученные данные использованы при разработке методических рекомендаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 177 страницах, состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 230 источников, из них 24 - на иностранном языке, и приложения; содержит 35 таблиц и 25 рисунков (в том числе 1 таблица и 1 рисунок в приложении).

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность научному руководителю - доктору биологических наук Манакову Ю. А. за его помощь и содействие в выполнении работы; главному научному сотруднику Кузбасского ботанического сада Федерального научного центра угля и углехимии СО РАН, доктору биологических наук, профессору

Куприянову А. Н. за его поддержку и советы; заведующему кафедрой сельскохозяйственной биологии Национального исследовательского Томского государственного университета, доктору биологических наук, профессору Бабенко А. С. за методическую консультацию при определении видов люмбрицид.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Теоретические основы зарастания отвалов

Добыча угля с формированием карьерной выемкой и отвалами классифицируется как техногенная катастрофа локального уровня. Породы в отвалах в значительной степени перемешаны и не имеют ничего общего с зональными или интразональными почвами и даже подстилающими породами. Такое техногенное образование получило название «техногенный элювий» [Андроханов и др., 2004]. При образовании техногенного элювия он практически стерилен и осваивается микроорганизмами, а потом и высшими растениями с нуля [Колесников, 1974]. При этом первые синезеленые водоросли появляются уже через несколько часов после отсыпки техногенного элювия [Штина и др., 1985]. Высшие растения поселяются через 2-3 года после отсыпки [Рева, Бакланов, 1974 ; Моторина, Ижевская, 1985 ; Сумина, 1991, 1996 ; Чибрик, Елькин, 1991 ; Саламатова, Плошко, 1992 ; Чибрик, Шмелева, 1992 ; Капелькина, 1993 ; Middleton, 1995 ; Манаков и др., 2011 ; Куприянов, Манаков, 2016].

Воронов А. Г. и Тагунова Л. Н. (1957) первые растения, поселившиеся на отвалах, назвали пионерными растениями, а первичное сообщество - пионерной группировкой.

Учение о цельных преемственных рядах развития сообществ - сукцессиях и их последней стадии - климаксе, впервые было сформулировано в начале XX века Каулсом Г. [Cowels, 1901] и разработано Клементсом Ф. [Clements, 1916, 1928 ; Weaver, Clements, 1938].

Под сукцессией Клементс Ф. понимал процесс развития экосистемы, при котором имеет место смена одной экосистемы другой. Эти положения стали отправной точкой для изучения зарастания отвалов как в России, так и в других странах [Cowels, 1901, 1911 ; Clements, 1916, 1928 ; Сукачев, 1938 ; Ярошенко, 1953 ; Miles, 1973 ; Pickett, 1976 ; Разумовский, 1981 ; Миркин, 1984 ; Бигон и др., 1989 ; Дымина, Ершова, 2009].

Клементс Ф. полагал, что в каждом природном районе имеется одно климаксовое состояние, к которому в ходе сукцессии устремляются все экосистемы. Это положение остается верным и в современных представлениях о направленности сукцессий нарушенных территорий.

Большинство исследований зарастания отвалов показывают, что они идут по зональному или интразональному типу [Рева, Бакланов, 1974 ; Моторина, 1985 ; Сумина, 1991, 1996 ; Чибрик, Елькин, 1991; Саламатова, Плошко, 1992 ; Чибрик, Шмелева, 1992 ; Капелькина, 1993].

Миркин Б. М. (1971) высказал гипотезу, что при зарастании отвалов в процессе флорогенеза формирование растительного покрова может идти по эволюционному пути с образованием новых сообществ, не встречаемых ранее в данной климатической зоне. Действительно, появление растений, несвойственных конкретной местности, не раз подмечали ботаники. На отвалах Донбасса был найден Gypsophila paulii, эндемичное растение песков морских побережий [Хархота, Дмитренко, 1976]. В Великобритании на отвалах известняковых карьеров найдены растения, которые не растут в этом районе и редко встречаются в Англии [Lee, Greenwood, 1976].

На отвалах Карагандинского угольного бассейна найдены растения Stipa pennata, Salsola tamariscina, ареал которых расположен много восточнее и южнее отвалов [Куприянов, 1989]. Повторные флористические описания, сделанные на этих же отвалах, не подтвердили нахождение этих видов. На месте их произрастания сформировались либо зональные, либо интразональные сообщества [Куприянов, Манаков, 2008].

Для формирования первоначального растительного покрова решающее значение имеет близость техногенно возникшей территории от массивов естественной растительности, которые являются источником семян и оказывают существенное влияние на видовой состав, численность и распределение всходов [Куприянов, 1989 ; Чибрик, 1992 ; Манаков и др., 2011 ; Куприянов, Манаков, 2016]. Разнообразие стратегий формирования растительного покрова в дальнейшем

зависит от очень большого числа экологических факторов [Капелькина, 2012 ; Хомушку, 2016].

В зависимости от напряженности экологических факторов в основных местообитаниях растений выделены участки с благоприятными, умеренно благоприятными и неблагоприятными условиями. В благоприятных экологических условиях местообитаний количество поселяющихся видов значительно выше, чем в неблагоприятных. На одновозрастных отвалах растительные сообщества могут находиться на разных стадиях развития. На первых этапах развития в условиях отсутствия конкуренции появляются виды, не характерные для степного пояса, которые на следующих стадиях замещаются видами зональных и интразональных сообществ [Конысбаева, 2002 ; Сибирина и др., 2012 ; Лиханова и др., 2014; Жуйкова и др., 2022].

Селективность обусловлена возможностью заноса семязачатков с окружающих фитоценозов и жестко детерминирована биологическими особенностями вида и экологическими условиями, складывающимися на отвалах. Поэтому очень часто экотопы с благоприятными экологическими условиями в первые годы активно зарастают только одним или немногими видами, семена которых попали быстрее остальных [Куприянов, Манаков, 2008 ; Куприянов, Морсакова, 2008 ; Манаков, Куприянов, 2010]. После заноса семязачатков на вновь образованную территорию начинает работать комплекс эдафических факторов, который определяет дальнейший характер развития растительности техногенных местообитаний [Тарчевский, 1970]. Литологический состав пород определяет физические свойства грунтов, водопроницаемость техногенного элювия и техноземов, их влажность. Наибольшая скорость зарастания наблюдается на хорошо увлажненных участках в понижениях рельефа, например, у подножий отвалов в аккумулятивной зоне катены, где структура растительных сообществ как по количеству видов, так и по объему фитомассы, формируется наиболее быстро [Куприянов и др., 2010].

Первичная сукцессия начинается на биологически стерильных новообразованных субстратах; вторичная сукцессия возникает на месте

разрушенных или нарушенных экосистем. По характеру движущих сил сукцессии различаются на автогенные (эндогенные), которые протекают под воздействием внутренних процессов, и аллогенные (экзогенные), которые протекают под влиянием внешних сил [Миркин, Соломещ, 1989].

Миркиным Б. М. с соавторами (2002) разработана классификация сукцессий фитоценозов. По масштабу времени они подразделяются на быстрые (десятилетия), средние (столетия), медленные (тысячелетия), очень медленные (десятки тысяч лет). По мнению специалистов, изучавших зарастание отвалов, ученые сталкиваются со средними по времени сукцессиями [Махонина и др., 1976 ; Рева и др., 1978 ; Чибрик, 1979 ; Кандрашин, 1988 ; Реймерс, 1991 ; Мошаров, 1999].

Первоначальное поселение растений на отвалах относятся к первичным сукцессиям. Это самопорождающийся процесс, где изменения происходят под влиянием внутренних взаимодействий. Эта сукцессия является первичной поскольку заселяемый участок ранее не подвергался воздействию какого-либо сообщества [Шенников, 1964]. На поздних стадиях сингенеза первичные сукцессии сменяются аллогенными, которые вызваны внешними причинами [Ипатов, Кирикова, 1999 ; Прокопьев, 2003]. Возникают процессы эндоэкогенеза -изменения фитоценоза под влиянием среды, измененной им самим [Сукачев, 1954]. Особенно ярко это проявляется с появлением на отвалах древесных насаждений, формирующих фитогенные поля, - концентрические кольцеобразные участки поверхности, ранжированные в зависимости от удаленности от ствола дерева на подкроновые, прикроновые и внешние зоны, различающиеся по режимам температур, освещенности и влагообеспеченности, обусловливающими горизонтальную дифференциацию пространства [Уфимцев и др., 2015].

Как считал Клементс Ф. [Clements, 1916] конечным этапом сингенеза является климаксовое сообщество, в котором растительные сообщества находятся в стабильном состоянии, оно исключает появление в нем новых видов и состоит из самовозобновляющихся популяций [Pickett, 1976]. Поскольку максимальный возраст изучаемых отвалов не превышает приблизительно 100 лет, возникшие на них растительные сообщества не достигают климаксового состояния.

Для объяснения автогенного типа сукцессий были разработаны широко известные модели жизненных стратегий набора видов, поселяющихся на отвалах. Раменский Л. Г. (1935) выделил три основных типа жизненных стратегий:

1. Виоленты (силовики, агрессоры). Раменский Л. Г. образно назвал их «львами» растительного мира. Это растения, которые отличаются высокой конкурентной мощью, они быстро захватывают территорию и длительное время удерживают ее, подавляя другие растения.

2. Патиенты (выносливцы) - «верблюды» - в борьбе за существование берут не энергией жизнедеятельности и ростом, а своей выносливостью к очень суровым условиям, постоянным или временным. Патиенты, в силу своей выносливости, существуют в крайне неблагоприятных условиях.

3. Эксплеренты - «шакалы» растительного мира - имеют очень низкую конкурентную мощь, но зато, продуцируя громадное количество семян, способны быстро захватывать освобождающуюся территорию. Однако они не могут удерживать территорию за собой и в скором времени вытесняются другими видами.

Много позднее были созданы аналогичные модели жизненной стратегии при различных этапах сукцессии - модели благоприятствования, толерантности, ингибирования и нейтральности [Connell, Slatyer, 1977 ; Botkin, 1981 ; Grime at al., 1988 ; Chapin et al., 1994]. В условиях техногенных экотопов, характеризующихся в основном неблагоприятными факторами среды, растительная сукцессия согласуется с моделью облегчения (или благоприятствования), когда на открытом пространстве поселяются только определенные виды, которые изменяют среду таким образом, что способствуют поселению других видов.

Общей закономерностью, отмечаемой многими авторами [Одум, 1986 ; Бигон и др., 1989 ; Marrs, Bradshaw, 1993], является увеличение видового богатства на первых стадиях сингенеза и уменьшение к более поздним стадиям сукцессии. Эту закономерность не раз отмечали при зарастании отвалов [Тарчевский, 1970 ; Alvarez et al., 1974 ; Шилова, 1977 ; Куприянов, Манаков, 2016].

Глобальное изменение климата и усиление антропогенного воздействия на состояние экосистем вызывают смешивание начальных, промежуточных и завершающих стадий экогенеза [Шенников, 1964 ; Исаков и др., 1980], что приводит к заселению отвалов определенными, как правило, заносными синантропными видами.

На угольных отвалах Кузбасса на первых стадиях сингенеза появляются растения, которые не свойственны зональной флоре. В основном это сорные и заносные растения. Нередко отвалы становятся «черными дырами», через которые проникают на территорию отвалов инвазионные виды, которые не только много лет удерживаются в растительных сообществах отвалов, но и проявляют склонность к экспансии на другие территории. Ярким примером является нахождение на отвалах Кузбасса нового для Сибири вида Erucastrum gaШcum [Эбель и др., 2008].

Сингенез на отвалах имеет несколько стадий, характеризующих эволюцию растительных сообществ на отвалах. Существует несколько схем, описывающих первичные сукцессии растительности. Сукачев Н. В. (1938) выделял следующие стадии: 1 - отсутствие фитоценоза (случайный состав растений, нет взаимных влияний растений друг на друга); 2 - открытый фитоценоз (случайный состав растений, слабое взаимное влияние, нет сомкнутого ковра); 3 - закрытый невыработавшийся фитоценоз; 4 - выработавшийся фитоценоз, прочно удерживающий занятую территорию.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шатилов Дмитрий Александрович, 2025 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС16-2016 «Горнодобывающая промышленность. Общие процессы и методы».

2. ГОСТ Р 57446-2017 «Наилучшие доступные технологии. Рекультивация нарушенных земель и земельных участков. Восстановление биологического разнообразия».

3. ГОСТ 17.5.1.01-83. Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и определения.

4. ГОСТ 17.8.1.01-86. Охрана природы. Ландшафты. Термины и определения.

5. ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации.

6. ГОСТ 17.4.3.02-85. Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

7. ГОСТ 17.5.1.03-86. Охрана природы. Земли. Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель.

8. ГОСТ 17.5.3.04-83. Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель.

9. ГОСТ Р 57007-2016. Наилучшие доступные технологии. Биологическое разнообразие. Термины и определения.

10. Клопотовский А. Л. Сохранение и использование природного слоя почв // Вестник сельскохозяйственной науки. 1981. № 5. С. 25-33.

11. Кожевников Н. В., Заушинцена А. В. Проблема хранения плодородного слоя почвы в горнодобывающей отрасли промышленности // Вестник Кемеровского государственного университета. 2015. № 4. С. 10-14.

12. Куприянов А. Н., Манаков Ю. А. Закономерности восстановления растительного покрова на отвалах Кузбасса // Сибирский лесной журнал. 2016. С. 51-58.

13. Куприянов А. Н., Уфимцев В. И., Манаков Ю. А., Стрельникова Т. О., Куприянов О. А. Методические рекомендации по реставрации лугово-степной растительности на отвалах угольной промышленности в Кузбассе. Кемерово: КРЭОО «Ирбис», 2017. 28 с.

14. Куприянов А. Н., Манаков Ю. А., Куприянов О. А., Шатилов Д. А. Реконструкция почвенно-растительного слоя на поверхности отвалов в Кузбассе // Уголь. 2021, № 2 (1139). С. 46-52.

15. Манаков Ю. А., Куприянов А. Н. Диагностические критерии сингенетических сукцессий на отвалах Кузбасса // Сиб. экол. журн. 2008. № 2. С. 255-261.

16. Манаков Ю. А., Стрельникова Т. О., Куприянов А. Н. Формирование растительного покрова в техногенных ландшафтах Кузбасса. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. 168 с.

17. Федеральный закон от 21 июля 2014 года № 219-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и отдельные законодательные акты Российской Федерации».

18. Ranjan V., Sen P., Kumar D., Sarsawat A. A review on dump slope stabilization by revegetation with reference to indigenous plant // International Journal of Scientific & Technology Research 2015. V. 4 (9). P. 69-76.

19. Gastauer M., Silva J. R., Caldeira C. F., Jr., Ramos S. J., Souza Filho P. W. M., Furtini Neto A. E., Siqueira J. O. Mine land rehabilitation: Modern ecological approaches for more sustainable mining // Journal of Cleaner Production. 2017, Vol. 172, pp. 14091422. DOI: 10.1016/j.jclepro. 2017.10.223.

Приложение А.1

Таблица А.1 - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕКОНСТРУКЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА ОТВАЛЕ

Сроки Мероприятия Параметры оборудования Примечания

июнь-июль Подготовка участка Бульдозер Б170М Планировка, нанесение ШШ слоем 10-15 см.

август-сентябрь Снятие ПСП Бульдозер D-9R На луговых черноземных почвах слой 50-60 см.

Погрузка ПСП и перемещение на участок реконструкции Погрузчик К-702 Самосвалы КамАЗ-6520 Снятие, погрузка и перемещение должны производиться в течение 14 дней.

Нанесение ПСП на поверхность отвала. Бульдозер Б170М

Прикатывание ПСП Не требуется

Приложение А.11

Рисунок А.11 - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА НАНЕСЕНИЯ ЖПРС НА ПОВЕРХНОСТЬ ОТВАЛА