Сравнительная характеристика лесных насаждений на нарушенных землях Курской магнитной аномалии

В районе Курской магнитной аномалии (КМА) практическим проведением биологической рекультивации на значительных площадях занялись на Лебединском и других рудниках. В них открытым способом ведется добыча железистых кварцитов, что приводит к образованию значительных по площади отвалов, сложенных различными горными породами. При этом формируется техногенный ландшафт, представляющий собой специфический объект, обладающий жесткими, экстремальными лесорастительными условиями, как правило, он подвержен процессам эрозии, слабо зарастает естественным путем, негативно влияет на окружающую среду и требует специальных мер по его санации не только по видам, но и в пределах отдельных частей каждого объекта. Основным мероприятием, уменьшающим негативное влияние нарушенных территорий, является их биологическая рекультивация - посадка защитных лесных насаждений (ЗЛН).

Объектами исследований послужили ЗЛН, произрастающие на двух отвалах различного способа формирования. Автомобильный отвал Стойленского ГОКа образовался в результате отсыпки мело-мергельных горных пород автотранспортом. Он состоит из 3 призм высотой от 18 до 22 м каждая и крутизной до 40⁰. Железнодорожный отвал Лебединского ГОКа формируется с 1958 г. по настоящее время отдельными уступами, его высота в настоящее время превышает 70 м. Горные породы, отсыпаемые железнодорожным транспортом, очень разнообразны, но в основном они представлены песком и мелом.

С 1969 года по настоящее время на данных отвалах проводятся работы по биологической рекультивации, составной частью которых является создание ЗЛН. В результате сформировались разновозрастные насаждения (21...32 года). Для закрепления нарушенных земель за весь период проведения биологической рекультивации использовалось 48 видов лесных пород [1]. Наши исследования осуществлялись в наиболее характерных и значительных по площади сформировавшихся фитоценозах. С целью оценки их состояния и роста, а также сравнения между собой нами было проведено обобщение результатов в одном возрасте – в 21 год. Сравнительная характеристика осуществлена на примере 3 лесных культур (тополя Пионер - Populus piramidalis Rosier x Populus nigra L., березы бородавчатой, или повислой, - Betula verrucosa Ehrn. и робинии лжеакации, или акации белой, - Robinia pseudoacacia L.), произрастающих на данных отвалах (табл. 1).

Таблица 1

Сравнительная характеристика лесных насаждений 21 летнего возраста

 на авто- и железнодорожном отвалах

А – автомобильный отвал

Ж/д – железнодорожный отвал

Результаты исследований показывают (данные табл. 1), что приживаемость выше указанных культур в 5-летнем возрасте была различной для каждой древесной породы и каждого отвала. Она находилась в пределах от 43,8 до 82,0 %. Если обобщить эти показатели между отвалов, то обнаруживается, что приживаемость изучаемых древесных пород была самой высокой на автомобильном отвале - в среднем 75,1 %. На железнодорожном отвале приживаемость на 19,9 % меньше и составляет 55,2 %. Среди самих древесных пород в среднем по отвалам лидирующее место занимают культуры акации (70,6 %), на втором месте находятся культуры березы (на 2,9 % меньше предыдущих) и на третьем - тополя (на 13,6 % меньше).

В последующий период в насаждениях происходит отпад высаженных растений, при чем основная его доля приходится на годы с неблагоприятными климатическими условиями (засуха). Значительный отпад за 16 лет отмечается на железнодорожном отвале (от 58,5 до 73,4 %). Это вполне естественно, так как на железнодорожном отвале изучаемые культуры произрастают на западном солнечном откосе и, зачастую, на нем встречается примесь токсичных горных пород, вызывающих гибель саженцев. На автомобильном отвале, имеющем восточную экспозицию, этот показатель в среднем по культурам в 1,7 раза меньше (39,3 %).

Если рассматривать усредненный показатель сохранности между породами по отвалам, то видно, что акация и береза имеют близкую сохранность 50,9 и 52,8 % соответственно. При этом сохранность тополя, как на железнодорожном отвале, так и между породами в 1,9 и 1,3 раза меньше и составляет всего лишь 39,4 и 26,6 % соответственно. Однако средние показатели сохранности древесных пород по всем отвалам незначительные (39,4...52,8 %). Различия в сохранности насаждений по отвалам (горным породам) довольно существенные. На автоотвале средняя сохранность культур равна 60,7 %, а на железнодорожном - в 1,7 раза меньше.

В прямой зависимости от сохранности и размещения посадочных мест находится количество деревьев на 1 га, которое колеблется от 1320 до 3320 штук. Наибольшее количество экземпляров отмечается в насаждении робинии (2422 шт/га), в культурах березы этот показатель 2315 шт/га. В насаждениях тополя Пионер число деревьев на 1 га в среднем между отвалами составляет 1718 шт. При этом количество произрастающих растений позволяет на нарушенных землях образовывать определенный лесной фитоценоз.

Исследование биометрических показателей насаждений указывает, что высота древесных пород в 21 год на нарушенных землях находится в пределах от 9,8 до 14,0 м. При этом  в среднем наибольшую высоту (14,0 м) на отвалах имеет береза повислая на мело-мергеле. Культуры акции белой и тополя уступают им лишь на 9,3 и 23,6 % соответственно. Между отвалами различия по данному показателю менее существенные. Так, на автомобильном отвале, все культуры имеют среднюю высоту 12,5 м, что в 1,2 раза больше, чем на железнодорожном.

Средний прирост культур в высоту находится в прямой зависимости от высоты и равен 50,4...59,5 см, а вот текущий составляет в среднем от 21,3 до 25,6 см, а в абсолютном - от 12,2 до 32,3 см, при этом он в 1,7...3,8 раза меньше среднего прироста.

Отслеживая изменения, как средней высоты, так и других биометрических показателей, кроме запаса, видно, что лидирующими являются культуры, произрастающие на автомобильном отвале. Лучший рост березы на мело-мергельных горных породах автоотвала объясняется тем, что они произрастают у его основания, где имеется большое количество примеси песка. Акация белая показывает также хороший рост и развитие благодаря быстрому росту, малой требовательностью к плодородию и влажности почв, засухоустойчивости, наличию на корнях клубеньки, содержащие бактерии, способные связывать атмосферный азот и таким образом обогащать им горные породы.

Абсолютный диаметр лесных культур равен 7,98...15,50 см, а в среднем по культурам находится в пределах от 9,46 до 11,82 см. Наибольший показатель (11,82 см) характерен березе повислой, у тополя и акации он меньше в 1,2 раза. Средний прирост по диаметру колеблется от 0,38 до 0,74 см и находится в такой же зависимости от горных пород и видов растений как и абсолютный диаметр.

Важным фактором биометрической характеристики лесонасаждений является показатель объема модельного дерева, характеризующий их продуктивность. В 21-летнем насаждении он колеблется от 25,5 до 120,3 дм³ в зависимости от отвала и культуры. Рассматриваемые породы имеют средний объем модели от 35,3 до 72,7 дм³. Наибольший показатель определен в насаждениях березы, а в культурах акации и тополя он соответственно в 1,9 и 2,0 раза меньше. Более существенные различия данный показатель имеются между отвалами. Так, на автомобильном отвале средний объем модели равен 70,4 дм³, это в 2,7 раза больше, чем на песчано-меловых смесях железнодорожного отвала.

При сравнении запаса насаждений по видам пород установлено, что наибольший показатель (151,5 м³/га) характерен культурам березы повислой, у акации и тополя он меньше соответственно в 1,7 и 2,3 раза. Запаса насаждений на отвалах имеет различия менее существенные: автомобильный 120,6 м³/га и железнодорожный 82,3 м³/га

Исследование хода роста в высоту показало следующую особенность: культуры на автомобильном отвале растут по 3 периодам: ранний - 1...7 лет, средний - 8...19 лет и текущий 20...31 год, что наглядно видно на рисунке 1. В ранний период отмечается небольшой рост лесных культур, в котором средний ежегодный прирост составляет около 0,28 м. После начала смыкания культур в рядах в средний период энергия роста возрастает в 2,1 раза и средний ежегодный прирост в высоту достигает 0,58 м. Это самый большой показатель за весь период произрастания лесных насаждений. В текущий период происходит уменьшение энергии роста в 1,76 раза (по сравнению со средним) как по причине бедности субстратов, так и из-за возрастающей конкуренции между деревьями, но он, однако выше на 18,0 % по сравнению с начальным периодом и составляет 0,33 м.

В росте культур тополя и березы на железнодорожном отвале выделяются 2 периода: ранний - 1...7 лет и текущий 20...31 год. В раннем периоде средний годовой прирост достигал 0,26 м, в последующем он имел стабильный высокий показатель около 0,85 м. Акация белая (ж/д отвал), как видно на рис. 1, с момента посадки до возраста 31 год не снижает энергию роста.

Рис. 1. Ход роста в высоту защитных лесных насаждений на техногенных землях

Сравнительный анализ роста и развития растений на различных отвалах свидетельствует о непосредственном влиянии нарушенных земель на растения. В условиях железнодорожного отвала представленные древесные растения имеют низкие биометрические показатели. При этом они отличаются лучшей сохранностью, энергией роста с течением времени, что свидетельствует о наличии более благоприятных лесорастительных условий, чем на мело-мергельном автомобильном отвале. Обобщение полученных результатов по формированию лесных фитоценозов подтверждает, что нарушенные земли являются новой категорией лесомелиоративных площадей, которая требует специальных подходов при ее вовлечении в народнохозяйственное использование.

Литература

1. Панков, Я.В. Лесная рекультивация техногенных ландшафтов КМА [Текст]: монография / Я.В. Панков, П.Ф. Андрющенко. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. академ. 2003. – 118 с.