1. Введение

Деятельность горнодобывающих предприятий, которые играют важную роль в экономике многих регионов России, в том числе Дальневосточного федерального округа, приводит к интенсивному разрушению почв, уничтожению растительного покрова, загрязнению компонентов окружающей среды, деградации природных ландшафтов. В соответствии со Стратегией социально-экономического развития Хабаровского края и другими нормативными документами

[1][2][3]

Также специфику развития методического обеспечения оценки эффективности рекультивационных работ в России исследовала М.Н. Игнатьева с соавторами

[4]

Л.С. Миков и соавторы

[5]

В.А. Андрохановым и В.М. Курачевым

[6][7][8]

Комплексная оценка рекультивации земель в горнодобывающем районе в провинции Хэнань исследователями из Китая Shidong Wang и др.

[9]

O. Végsöová и соавторы

[10]

В работе B.D. Pinno и V.C. Hawkes

[11]

1. Между различными методами рекультивации обнаружено незначительное количество статистически значимых различий в состоянии экосистем;

2. Естественное развитие древесных насаждений привело к появлению множества значимых отличий среди типов исследуемых площадей;

3. За период около двух десятилетий наблюдалось заметное изменение большинства характеристик растительных сообществ, таких как разнообразие видов и распределение покровов отдельных категорий (разнотравье, кустарники, интродуцированные растения);

4. Уровень доступного азота в почве оставался неизменным вне зависимости от метода рекультивации и временного промежутка наблюдения.

Вместе с тем выявлены значительные колебания содержания доступного фосфора, что предполагает его значимость как возможного индикатора состояния формирующейся экосистемы. Авторы делают важный вывод о необходимости продолжения исследований и регулярного мониторинга аналогичных экосистем в течение долгого времени. Подобный подход позволит лучше понять динамику развития и эффективно оценивать качество проводимых рекультивационных мероприятий.

Исследование E. Darko и соавторов

[12]

Анализ, обобщение и систематизация литературных данных свидетельствует о том, что названная проблема в Дальневосточном федеральном округе слабо изучена, имеется лишь небольшой опыт. В связи с этим цель исследования состояла в проведении рекультивации нарушенных горными работами земель с использованием методов биоремедиации (применением потенциала биологических систем) и определении почвенно-экологической эффективности мероприятий по этапам рекультивации для оценки возможности воссоздания защитных функций лесных участков.

2. Район работ и методы исследования

Исследования по названной проблеме проведены в течение более чем 30 лет на горных предприятиях Хабаровского и Приморского краев, Амурской и Сахалинской областей Дальневосточного федерального округа.

В качестве методологической основы исследований послужило учение академика В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере

[13][14][15][16][17][15]

На учетных площадках общепринятыми методами исследован видовой состав живого напочвенного покрова. По шкале Друде определено обилие травяной и моховой растительности. Естественное возобновление растительности, как компонента биогеоценоза в техногенных экосистемах, исследовано в соответствии с методическими указаниями В.Н. Сукачева и С.В. Зонна

[15]

Одновременно с изучением условий естественного возобновления растений на лесных участках, загрязненных токсичными твердыми отходами горной промышленности и продуктивности на различных этапах развития фитоценозов, исследовано формирование техногенных почв, в соответствии с методическими указаниями С.В. Зонна

[18][6]

Анализ образцов почв на содержание соединений тяжелых токсичных металлов и мышьяка проведен в Центре коллективного пользования методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе ICP-MS ELASN DRC II PerkinElmer.

Осуществлен патентный поиск. Поиск охранных документов по всем базам данных для всех стран проведён на глубину не менее 20 лет.

Статистическая обработка данных выполнена с использованием компьютерных пакетов программ EXCEL 2007.

3. Результаты исследования и их обсуждение

На основе разработанных принципов В.А. Андрохановым и В.М. Курачевым

[6][7][8][19][20]

В результате многолетних исследований проблемы обоснования мероприятий по воссозданию защитных и лесохозяйственных функций на лесных участках путем рекультивации земель после выполнения геологического изучения недр и освоения полезных ископаемых выявлено, что почвенно-экологическая эффективность самозарастания нарушенных освоением минерального сырья, оцениваемая по характеру новообразованного почвенного покрова и накоплению педогенного органического вещества, — невысокая, а состояние самозарастающих ландшафтов и воссоздание защитных функций лесных участков — неудовлетворительное. Однако известно, что рекультивация нарушенных земель предполагает

[21][22]

– планировку поверхности (полную и частичную);

– выполаживание и (или) террасирование откосов отвалов и бортов карьерных выемок;

– при необходимости селективное снятие, транспортирование, складирование и нанесение на рекультивируемые земли потенциально плодородных пород (ППП) и плодородного слоя почвы (ПСП);

– ликвидацию последствий геоморфологических изменений рельефа и проведение противоэрозионных мероприятий;

– засыпку породой или заполнение водой остаточных карьерных выемок;

– осуществление комплекса мелиоративных мероприятий, направленных на улучшение химических и физических свойств отвальных грунтов, слагающих поверхностный слой рекультивируемых земель (при необходимости);

– строительство дорог и гидротехнических сооружений и др.

В настоящее время в России разработано достаточно много разнообразных технологий рекультивации, направленных на воссоздание продуктивности на нарушенных горными работами площадях лесных угодий или сельскохозяйственных.

Отечественный и мировой опыт

[2][6][10][12]

Под освоение золотороссыпных месторождений изъяты земли из лесного фонда «Кербинского лесничества» Хабаровского края.

Исследуемая территория относится

[23][24][25]

Обследование рекультивированных участков проведено в 1993, 1998, 2011, 2015, 2020 и 2025 гг. (табл. 1).

Установлено, что возобновление, например, на исследуемой площади (с. Главный Стан) характеризовалось преимущественно лиственными породами, из которых преобладает осина, береза плосколистная. Как правило, ее доля была различной: в верхней части участка доля березы достигает 7 единиц, в нижней части увеличивается присутствие древовидных ив и тополя душистого. Лиственница представлена экземплярами, высотой от 7 до 15 м. Насаждение здоровое, сухостой единичный.

Другая пробная площадь заложена на рекультивированном участке в окрестностях села Веселая Горка (табл. 1). По сравнению с предыдущим участком она занимает повышенное положение, Процесс дифференциации древостоя четко выражен, присутствует значительное количество сухостоя. Лиственница в угнетенном состоянии, видимо, не выдерживает затенения березой. Пробная площадь практически примыкает к дороге через поселок Главный Стан. Установлено, что успешно идет возобновление исключительно подростом березы плосколистной, в подлеске — спирея березолистная.

Следующая пробная площадь находится в районе аэропорта «Бриакан». Она характеризуется различной структурой материнских горных пород, вынесенных на поверхность. Для площади характерны магматические горные породы с большой долей кварца и встречаются осадочные горные породы без каменистых включений. На пробной площади сформировался высокосомкнутый фитоценоз 4Бб3Л3Ос, в подросте ель аянская. В насаждении встречается сухостой осины и ив.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о том, что внедрение наиболее прогрессивного ускоренного способа рекультивации площадей, нарушенных в процессе золотодобычи, способствует активизации процесса возобновления лесной растительности и формированию сложных многовидовых сообществ (рис. 1).

Преобладающей породой является береза плосколистная. В зависимости от почвенно-грунтовых условий, экспозиции склона, местоположения в составе насаждений участвуют лиственница даурская, осина, ольха, ива, тополь и кустарники. На всех пробных площадях высокая сомкнутость крон лиственных пород способствовала угнетению деревьев лиственницы даурской. В напочвенном покрове учтены — осоки с участием тысячелистника, вейника, одуванчика, клевера ползучего, лютика и гравилата.

По результатам обследования сделан вывод о целесообразности внедрения ускоренного метода рекультивации техногенных образований, образующихся после разработки золотороссыпей. На рекультивированных участках, как Корфовского каменного карьера, так и Кербинского золотодобывающего прииска восстановилась лесная растительность с участием местных древесно-кустарниковых пород и травянистой растительности (рис. 2).

С учетом изменения состояния лесной растительности под влиянием различных факторов, желательно проведение мониторинга на опытных объектах рекультивированных с применением различных инновационных технологий (рис. 2).

Изучение процесса формирования почв на исследуемых рекультивированных участках показало, что роль живых организмов в постепенном развитии почвенного покрова очень велика. Несомненное влияние на его состояние оказывает состав горных пород, влияние рельефа, время почвообразования.

В классификационном отношении здесь выявлена группа эмбриоземов (молодых почв), представленная эмбриоземами инициальными (43%) и эмбриоземами органо-аккумулятивными (57%).

Ниже дано морфологическое описание преобладающих по площади эмбриоземов инициальных.

С1 0–4 см — Светло-серой окраски, сухой, бесструктурный, рыхлый. Преимущественно состоит из обломков пород 0,3–1 см в диаметре. Переход заметный по размеру камней и плотности. Корни растений. Переход постепенный по цвету.

С2 4–23 см — Серо-бурый, влажный, среднесуглинистый, бесструктурный, плотный. Содержание каменистых фракций — более 45%. Переход заметный по размеру камней и плотности. Граница волнистая.

С3 23–40 см — Серой окраски, свежий, бесструктурный, очень плотный. Содержание каменистых фракций — более 80%. Преимущественно состоит из обломков пород от 5 см в диаметре.

В таблице 2 представлены основные физико-химические показатели эмбриозема инициального.

Эмбриоземы инициальные характеризуются отсутствием биогенного горизонта, как эволюционно молодой тип почв, имеющие примитивный профиль, обусловленный недостаточной интенсивностью преобразования субстрата, вследствие отсутствия или слабого развития на его поверхности биоценозов. Здесь, как правило, формируется биогеоценоз, длительность которого зависит от свойств субстрата отвала и его рельефа. При неблагоприятных условиях почвообразования (высокая каменистость, инсоляция поверхности, техногенное загрязнение и др.) этот тип эмбриозема может сохраняться долго.

Следующей стадией развития почв на рекультивированных техногенных образованиях являются эмбриоземы органо-аккумулятивные, в которых профиль еще не дифференцирован, но на поверхности формирующейся почвы уже присутствует типодиагностический горизонт, представляющий собой слой неразложившейся подстилки. Смена сукцессии обусловливает смену биогеоценоза, при которой формируется экосистема с простой растительностью. Выявлено, что в зависимости от природно-климатических и почвенно-экологических условий, смена сукцессии и переход в более сложную стадию может не произойти, тогда развитие эмбриоземов и биогеоценоза в целом остановится на органо-аккумулятивной стадии.

А0Missing Mark : sub 0–3 см

С1 Missing Mark : sub 3–17 см — Бурой окраски, свежий, среднесуглинистый, слабовыраженной комковатой структуры, рыхлый. Камни — 70%. Пронизан мелкими корнями. Переход постепенный по количеству корней и плотности.

С2Missing Mark : sub 17–40 см — Светло-бурой окраски, свежий, среднесуглинистый, бесструктурный, уплотнен. Встречаются единично корни.

Таким образом, эмбриозем инициальный характеризуется отсутствием типодиагностического горизонта и его морфологический профиль представлен только горизонтами С, которые отличаются разной степенью преобразованности почвообразуюшими процессами.

Эмбриозем органо-аккумулятивный, преобладающий по площади, характеризуется наличием в морфологическом профиле горизонта A0Missing Mark : sub — лесной подстилки под лесной растительностью, возможно войлока под травянистыми растениями. Формула профиля — A0Missing Mark : sub-С. Горизонт Aо характеризуется определенными экологическими функциями, очень важными, а именно: газо- и тепло-регулирующими. Здесь уже идет процесс накопления органического вещества, что способствует дальнейшему развитию этого типа техногенных почв. Некоторому торможению биологического освоения субстрата рекультивированного отвала способствуют неоднородность гранулометрического состава и наличие крупнообломочного материала в корнеобитаемом слое. Однако, как показали наши исследования, уровень функционирования молодых почв на рекультивированных площадях, созданных с использованием биоремедиации (потенциала биологических систем), позволяет воссоздать довольно значительную продукцию фитоценозов, значительно преобразовывать субстрат. Сформированные на рекультивированных площадях эмбриоземы в полной мере реализуют восстановительно-биосферную функцию

[26][27]

Проведенные исследования показали, что на исследуемом участке инициальный эмбриозем характеризуется минимальным содержанием педогенного углерода. Оценивая его распределение по профилю, можно отметить незначительное увеличение в верхнем 4-сантисантиметровом слое, в то время как ниже по профилю содержание СпедMissing Mark : sub практически уменьшается (табл. 3).

В эмбриоземе органо-аккумулятивном в верхнем 3 см слое и ниже по профилю выявлено увеличение органического углерода по сравнению с эмбриоземом инициальным (табл. 2). С глубиной происходит его снижение (табл. 3). Подобная дифференциация свидетельствует о том, что для эмбриоземов исследуемого района свойственно незначительное содержание углерода, способного участвовать в биохимических процессах. Очевидно, что по мере развития фитоценоза происходит увеличение поступления органических веществ в субстрат отвала. В то же время в большей части виды микробоценоза, ответственные за деструкцию в техногенных почвах, развиты слабо. Поэтому значительная часть растительных остатков остается несколько лет в виде подстилки, в слабоизмененном состоянии, формируя органо-аккумулятивный горизонт (А0Missing Mark : sub) на поверхности субстрата.

Реакция почвенного раствора изученных эмбриоземов в основном кислая до слабокислой и изменяется от 4,75 до 6,54 (табл. 2). Вниз по профилю происходит увеличение значений рН — до 6,54 в инициальном, а в органо-аккумулятивном — до 6,14. Изменение рН, в свою очередь, влияет на жизнедеятельность микроорганизмов, активизируя одни группы и подавляя другие. От концентрации ионов водорода зависит уровень, например, ферментативной активности почвы, связанной с микробиологическими процессами. В результате этих процессов происходит изменение соотношения скоростей минерализации и гумификации растительного материала и, как следствие, темпы гумусонакопления.

Анализируя распределение показателя емкости катионного обмена почв (ЕКО, мг-экв/на 100 г.), необходимо отметить, что о также снижается вниз по профилю.

Таким образом, формула профиля органо-аккумулятивного эмбриозема — A0Missing Mark : sub-С. В профиле сформировался горизонт А0Missing Mark : sub. В почвенно-экологическом понимании горизонт Aо обладает определенными экологическими и защитными функциями, важными из которых являются противоэрозионные, а также газо- и тепло-регулирующие функции. Здесь отмечается уже накопление органического вещества.

На основе разработанных В.А. Андрохановым и В.М. Курачевым

[6]

4. Заключение

Исследования по внедрению ускоренной технологии рекультивация нарушенных освоением золотороссыпных месторождений земель с использованием потенциала биологических систем (микроорганизмов и гуминовых препаратов), направленная на воссоздание их продуктивности, позволяет

ускорить детоксикацию, способствует повышению плодородия, при этом микроорганизмы восстанавливают микробиоценоз, что в комплексе значительно сокращает сроки восстановления нарушенных земель, загрязненных соединения тяжелых металлов. Действующие как сорбенты и стимуляторы гуминовые препараты ускоряют сроки рекультивации по сравнению с традиционными методами.

The additional file for this article can be found as follows: