МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Пермский государственный университет»

Е.А.Ворончихина

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НАРУШЕННЫХ

ЛАНДШАФТОВ :

теория, технологии, региональные аспекты

МОНОГРАФИЯ

Пермь 2010

УДК 911.3:234.8 ББК 26.82:40.6 В 75 Ворончихина Е.А. В 75: Рекультивация нарушенных ландшафтов: теория, технологии, региональные аспекты: монография. – Пермь, 2010. – 165 с. ISBN 978-5-7944-1547-6

Дан анализ современного состояния проблемы рекультивации нарушенных ландшафтов за рубежом, в России и в Пермском крае. С учетом специфики промышленно-хозяйственного профиля Пермского края показаны региональные особенности объектов рекультивации, рассмотрены приоритетные направления, методы и технологические решения восстановительных мероприятий.

Рекомендовано для специалистов по охране окружающей среды и проектированию рекультивации нарушенных земель, может использоваться в качестве учебного пособия по курсу «Рекультивация и планирование нарушенных ландшафтов» на природоведческих специальностях высших учебных заведений.

Табл.17. Ил.17. Библиогр. 94 наим.

УДК 911.3:234.8 ББК 26.82:40.6

Печатается по решению ученого совета Естественнонаучного

института совета Пермского государственного университета Рецензенты: д-р геогр. наук проф. каф. биогеоценологии и

охраны природы Перм. гос. ун-та, засл. эколог РФ Г.А. Воронов; канд. с.-х. наук проф. каф. почвоведения Перм. ГСХА В.П. Дьяков

Издание монографии осуществлено при финансовой поддержке

Министерства промышленности, инноваций и науки Пермского края

ISBN 978-5-7944-1547-6 © Е.А. Ворончихина, 2010

97

ЕНИ ПГУ, 2010

98

О Г Л АВЛ Е Н И Е

ПРЕДИСЛОВИЕ ……………………………………………..….. 4

Глава 1. ПРЕДПОСЫЛКИ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЛАНДШАФТОВ, НАРУШЕННЫХ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ . . . .………….………………………..…

6 1.1. История становления проблемы рекультивации …………. 1.2. Современное состояние работ по рекультивации .……..…. 1.3. Структура проблемы, нормативные документы, регламентирующие восстановление нарушенных ландшафтов

6 21

34

Глава 2 . НАУЧНО -МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ…………………………………..………

41

2.1. Ландшафт как объект рекультивации …………………....... 2.2. Критерии и принципы выбора направления восстановительных мероприятий .……………………………… 2.3. Биоэкологическая характеристика древесных и кустарниковых пород для рекультивации в Пермском крае ….

41

77

104

Глава 3 . ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЛАНДШАФТОВ В ПЕРМСКОМ КРАЕ …………………………………………………………..

124 3.1. Рекультивация ландшафтов, нарушенных добычей, переработкой и транспортировкой нефти ……………………… 3.2. Рекультивация ландшафтов, нарушенных торфоразработками ……………………………………………… 3.3. Рекультивация ландшафтов, нарушенных добычей и переработкой угля …………………………..…………………… 3.4. Рекультивация ландшафтов, нарушенных добычей рудных полезных ископаемых …………….…………………………..… 3.5. Свалки твердых хозяйственно-бытовых отходов (ТХБО) как объекты рекультивации …………………………...…………

126

135

137

144

151

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . .…………………………………….……… 155

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………….………………………….…… 157

ПРИЛОЖЕНИЕ .………………………………………………...…… 163

3

П Р Е ДИ С Л О ВИ Е

Проблема рекультивации ландшафтов, нарушенных

хозяйственной деятельностью, во всей ее остроте сформировалась к середине ХХ в., когда обезображенные промышленностью территории – «бедленды», ранее представлявшие собой плодородные сельскохозяйственные, лесные, селитебные земли, во многих регионах мира стали обычной средой обитания, далеко не безопасной для здоровья человека.

Первоначально рекультивация трактовалась упрощенно, ее задачи ограничивались реконструкцией одного из компонентов нарушенных ландшафтов – почвенного покрова. Однако практический опыт работ очень скоро показал, что искусственно созданный, без учета состояния прочих компонентов ландшафтообразования, почвенный покров быстро деградирует, недаром основоположник генетического почвоведения В.В.Докучаев назвал почву «зеркалом ландшафта» [31]. Для повышения устойчивости и восстановления природных функций нарушенного почвенного покрова необходима реконструкция всей системы почвообразования, представленной природным территориальным ландшафтом. Это существенно усложнило представление о рекультивации и расширило ее возможности. Наряду с традиционным – природоохранным – появились новые направления восстановительных работ. Одним из них является рекреационное направление, в рамках которого восстановление почвенного покрова не является обязательным, поскольку цель рекреационной рекультивации заключается в создании эстетически привлекательных ландшафтов, пригодных для отдыха населения.

В настоящее время нарушенные промышленно-хозяйственной деятельностью ландшафты занимают в России свыше 2,5 млн га [23], что соответствует 0,2 % общей площади страны. В Пермском крае их доля около 0,6 %, то есть в три раза превосходит данный показатель для российской территории. Столь значительная площадь нарушенных ландшафтов обусловлена давностью хозяйственного освоения Пермского края. История становления промышленного потенциала края уходит корнями в XVI в., и год от года хозяйственная нагрузка на природные ландшафты усиливается.

На каждый вид хозяйственного воздействия природные ландшафты реагируют определенным образом, изменяясь при этом не только внешне, но и функционально. Своеобразие изменений

4

обусловлено спецификой ответных реакций ландшафтов на техногенные нарушения, поэтому разная хозяйственная нагрузка приводит к формированию существенно отличающихся друг от друга нарушенных ландшафтов, требующих индивидуального подхода при планировании восстановительных мероприятий. Поэтому крайне важен правильный, научно обоснованный выбор направления рекультивации, учитывающий не только природную, но и отраслевую специфику нарушенных ландшафтов.

С позиций изложенного проблема рекультивации объединяет два аспекта: природный – восстановление устойчивых связей между средообразующими компонентами в рекультивируемом ландшафте; технологический – разработку эффективных приемов и методов, обеспечивающих данный процесс. Успешность восстановительных мероприятий, таким образом, невозможна без четкого представления о взаимосвязях между компонентами природной среды, грамотной оценки происходящих техногенных нарушений и адекватности таковым приемов и методов рекультивации.

Обобщив в данной работе результаты многолетних исследований в области рекультивации ландшафтов, автор надеется, что она будет полезной для специалистов природоохранной отрасли и для представителей органов власти, регламентирующих данные вопросы, способствуя принятию обоснованных решений по восстановлению угодий, нарушенных хозяйственной деятельностью.

5

Г л а в а 1

П Р Е ДП О С Ы Л К И И С О ВР Е М Е Н Н О Е С О С Т О Я Н И Е Р Е К У Л Ь Т И ВАЦ И И Л АН ДШ АФ Т О В, Н АР У Ш Е Н Н Ы Х ХО З Я Й С Т ВЕ Н Н О Й ДЕ Я Т Е Л Ь Н О С Т Ь Ю

1.1. История становления проблемы рекультивации

Любое живое существо в процессе жизнедеятельности изменяет окружающую природную среду, но никто не делает этого так активно, как человек. Извлекая и перерабатывая полезные ископаемые, занимаясь сельским хозяйством, строительством, прокладкой коммуникаций, люди нарушают естественные ландшафты, чаще всего не задумываясь о последствиях. Если на первых этапах истории человечества хозяйственное воздействие на среду было механическим, поверхностно-локальным, с которым природа успешно справлялась, то в XX в. человек, по выражению академика В.И.Вернадского, стал силой геологического масштаба – производимые им нарушения ландшафтов приобрели планетарный характер, создающий реальную угрозу биоте, в том числе человеку [10].

Отходами промышленной деятельности, в большинстве случаев токсичными для всего живого, человек загрязняет атмосферу, воду, почвы, изменяет рельеф местности, нарушает естественные ландшафты, деформируя тысячелетиями складывавшиеся в них взаимосвязи между природными компонентами. Наиболее существенные изменения природных ландшафтов происходят под влиянием горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, перемещающей и трансформирующей громадные объемы горных пород в ландшафтной оболочке.

С каждым годом площадь нарушенных ландшафтов увеличивается, природные процессы не справляются с последствиями хозяйственной деятельности. Извлечение ископаемых из недр планеты, складирование на ее поверхности отходов сопряжено с уничтожением плодородного почвенного покрова, на создание которого природа тратит столетия. Зачастую нарушения ландшафтов таковы, что естественное почвообразование в них как основная ландшафтная функция становится невозможным.

К осознанию необратимости последствий разрушения природной среды человечество подошло только в конце

6

завершившегося второго тысячелетия. Стремление решить вопросы природопользования, сделав его неистощительным, послужило толчком к экологизации науки. В числе первых научных постулатов общей экологии, разработавшей теорию последовательных смен биотических формаций и вскрывшей их причины, важнейшее положение занимает тезис о том, что ни одно живое существо не может существовать в среде, состоящей из отходов его жизнедеятельности. Человек – не исключение. Пришла пора задуматься над необходимостью окультуривания, приведения в порядок, восстановления хозяйственно использованных территорий. В этой связи и возникла как ответ нарастающему деструктивному воздействию на природную среду актуальнейшая из проблем современности – проблема рекультивации (восстановления) ландшафтов, нарушенных хозяйственной деятельностью.

На первых порах цель и задачи рекультивации трактовались сугубо утилитарно. В соответствии с прикладным характером проблемы, ее направленностью на восстановление почвенного покрова рекультивацию рассматривали как целевое воспроизводство плодородия земель (почв). Первые попытки такой рекультивации предприняты в начале прошлого века в Англии и Германии на территориях старопромышленного освоения, где возникли острые противоречия между угледобывающей промышленностью, нарушающей плодородные земли, и сельским хозяйством. Старые участки угледобычи были окультурены и вновь стали использоваться для выращивания сельскохозяйственной продукции.

В ходе рекультивации выяснилось, что не всегда целесообразно восстанавливать нарушенные земли под сельскохозяйственное использование. Особенно сложным оказалось решение вопросов рекультивации глубоких карьерных выемок, остающихся в результате открытой добычи полезных ископаемых и достигающих глубины нескольких десятков и даже сотен метров. Восстановление на таких объектах плодородного почвенного слоя трудоемко и зачастую не дает должного эффекта, поскольку требует постоянной компенсационной поддержки и экологического контроля. С учетом возникающих проблем к рекультивации стали подходить комплексно, рассматривая восстановительные мероприятия не только с позиций необходимости восстановления первичного плодородия нарушенных земель, но и как целенаправленное создание вторичных, культурных ландшафтов. Это расширило круг задач по восстановлению нарушенных ландшафтов. Внутри проблемы четко обособилось 5 направлений – сельско-, лесо-,

7

водохозяйственное, санитарно-гигиеническое и строительное, – различающихся целевой установкой, особенностями подходов и решений, но сохранивших единое представление об объекте рекультивации как о целостном природном территориальном комплексе (ландшафте) со сложными внутренними взаимосвязями между образующими его компонентами: горными породами, почвами, водами, атмосферой и биотой.

Согласно законодательству в каждом конкретном случае направление рекультивации предполагалось избирать с учетом сложившихся хозяйственно-экономических и природных условий региона размещения нарушенного ландшафта, техногенных особенностей последнего (степени нарушенности и экологической опасности для прилегающих экосистем) и первичного хозяйственного использования нарушенного участка [54].

При благоприятных агроприродных условиях в промышленных регионах приоритеты отдавались сельско- и лесохозяйственной рекультивации. Особенно активно эти два направления развивались в США и Англии. В США за период с 1939 по 1970 гг. из общей площади, нарушенной горными работами, превысившей 1,3 млн га, было рекультивировано и возвращено в сельскохозяйственный оборот около 250 тыс. га земель, считавшихся бросовыми [91]. Все работы выполнены угледобывающими компаниями, на балансе которых находились данные нарушенные земли.

В Англии с ее ограниченной территорией, высокой плотностью населения и давней историей освоения проблема рекультивации нарушенных ландшафтов встала с особой остротой раньше, чем в других европейских странах, – в первой половине прошлого века. Нарушенные ландшафты к этому времени занимали здесь 40 % территории страны, ежегодно к этой площади добавлялось еще около 2,5 тыс. га. Первый опыт рекультивации в этой стране осуществлен в 1948 г. в рамках деятельности Национального комитета сельского хозяйства и Национального совета по углю, силами которых восстановлены луговые угодья, нарушенные угледобычей на площади свыше 1,0 тыс. га [93].

В настоящее время острота проблемы нарушенных земель в Англии снята благодаря учреждению здесь межведомственной структуры ─ Независимой комиссии по горным работам и окружающей среде, занимающейся вопросами рекультивации, планирования ландшафтов и охраны окружающей среды от загрязнения. На данную структуру возложен контроль рациональной

8

организации горнодобывающих работ ─ с минимизацией нарушаемой площади ландшафтов и сохранением плодородного почвенного слоя, который рекомендуется срезать с поверхности участка предполагаемых нарушений и складировать для последующего использования при рекультивации. После завершения работ нарушенная территория выравнивается, карьеры заполняются пустой породой, почвенный слой возвращается на прежнее место. Независимая комиссия контролирует качество выполнения рекультивации, в том числе производит оценку успешности восстановления первичной структуры нарушенного ландшафта.

В отличие от Англии, для которой до сих пор приоритетной считается сельскохозяйственная рекультивация, в Германии реализуются практически все перечисленные выше направления восстановления нарушенных ландшафтов. Зачастую на одном объекте одновременно выполняется рекультивация, объединяющая несколько направлений, например лесо-, водохозяйственная и строительная. Столь комплексное освоение нарушенной территории проводится в рамках ландшафтного планирования и организации территории для целей отдыха. К рекультивации в этом случае предъявляются дополнительные требования: ее целью становится создание эстетически привлекательного, полифункционального ландшафта. Поэтому именно здесь, в Германии, на территории Рейнского буроугольного бассейна – старейшего угледобывающего региона планеты – сформировалось новое комплексное направление рекультивации, целью которого является восстановление эстетически привлекательных ландшафтов с высоким водоохранным и средообразующим потенциалом. Данное направление получило название «рекреационная рекультивация» и в настоящее время является ведущим для подавляющего большинства стран Западной Европы.

В рамках рекреационного направления обустраиваются глубокие карьеры под водоемы рыбохозяйственного и общего пользования, восстанавливаются лесные и луговые угодья, осуществляется строительство объектов спортивно-оздоровительного и селитебного назначений. Во всех случаях при выборе направления восстановительных мероприятий и их реализации используется строго научный подход к территории как к функционирующему, развивающемуся природному ландшафту. Проектирование рекреационной рекультивации проводится после углубленного анализа сложившейся природной ситуации в нарушенном ландшафте и

9

преследует цель создания экологически сбалансированной экосистемы с регламентированным уровнем антропогенной нагрузки.

Рекреационное направление получило развитие не только на объектах угледобычи. В европейских странах ему стали отдавать предпочтение при рекультивации ландшафтов, нарушенных при добыче стройматериалов – песка, гравия, глины, известняка, – после которой остаются глубокие карьерные выемки; при добыче рудных полезных ископаемых, в результате которой образуются огромные объемы извлеченных из недр, лишенных плодородия грунтов, не пригодных для роста и развития растительности. Рекультивация ландшафтов производится по мере завершения добычи минерального сырья и выполняется в соответствии с предварительно утвержденными перспективными планами, являющимися частью горных работ. В планах оговаривается направление рекультивации, объемы и виды работ, сроки и последовательность выполнения. Прилагающаяся смета определяет затраты на планируемые работы.

Рекреационное направление имеет свои особенности в разных странах. В Чехии и Словакии, например, по данным доктора К.Рэуце и др. [72], первоначально – до середины 70-х гг. прошлого века – предпринимались попытки восстановления на нарушенных землях садово-парковых ландшафтов, гармонично вписывающихся в зеленые зоны селитебных и промышленно-хозяйственных объектов и пригодных для выращивания продукции растениеводства. Однако по мере углубленного изучения экологических процессов, развивающихся на нарушенных территориях, мероприятия по их рекультивации были переориентированы на несельскохозяйственные виды использования восстанавливаемых земель. Причиной послужила сложность выращивания на техногенных грунтах экологически чистой растительной продукции.

Решение вопросов рекультивации промышленных пустошей в Польше, на территории которой широко распространены ландшафты, нарушенные добычей угля, руд черных и цветных металлов, строительных материалов, торфа и прочих полезных ископаемых, осложняется тем, что земли для промышленных целей отторгаются здесь из сельскохозяйственного оборота. После завершения горных работ большая их часть становится непригодной для сельскохозяйственного использования по причине устойчивого, трудно устранимого загрязнения, создающего опасность поступления устойчивых загрязнителей, таких как тяжелые металлы, биофобные редкоземельные элементы, в растительную продукцию, с ней – стол к

10

человеку. Поэтому сельскохозяйственное направление рекультивации в Польше имеет место в исключительных случаях, только на потенциально плодородных, нетоксичных отвалах и карьерах, например, после добычи строительных материалов и торфа.

В нашей стране проблема рекультивации приобрела актуальность позднее, чем за рубежом. На хозяйственном уровне вопросы необходимости восстановления нарушенных земель впервые были поставлены только в конце 60-х гг. прошлого века. Несмотря на то что по площади, ежегодно отторгаемой из первичного оборота и нарушаемой разными видами промышленно-хозяйственного пользования, мы впереди многих зарубежных стран, громадные размеры территории страны и большие пространства неосвоенных земель долгое время создавали иллюзию неисчерпаемости наших земельных ресурсов, снимающую остроту проблемы рекультивации.

По свидетельству Л.В.Моториной, выполнившей первый научно-аналитический обзор рассматриваемой проблемы [46], пионерами рекультивации в нашей стране являются горнодобывающие предприятия юга Европейской России. На территории Краснодарского и Ставропольского краев громадная площадь плодородных черноземных почв была изъята из сельскохозяйственного оборота под разработку угля, марганцевых руд и стройматериалов. Значительная часть месторождений, на площади около 7,0 тыс. га, выработана и представлена техногенными бедлендами – карьерно-отвальными комплексами (разрезами, отвалами, терриконами), которые являлись источниками негативного экологического воздействия на прилегающие сельскохозяйственные угодья и селитебно-рекреационные объекты. Рекультивация карьерно-отвальных комплексов преследовала цель устранить их негативное экологическое влияние на прилегающие природные и селитебные ландшафты. В этой связи был избран наиболее простой вариант решения, предполагавший стабилизацию нарушенной поверхности путем залужения ее посевами травосмесей с частичной реконструкцией лесных насаждений средообразующего назначения. Однако при выполнении данных работ возникли трудности, обусловленные отсутствием на территории почвенного субстрата, пригодного для создания корнеобитаемого слоя – культивируемый растительный покров не желал расти на техногенных грунтах даже после внесения удобрений. Отсутствие необходимого для рекультивации объема почвы показало целесообразность в дальнейшем при выполнении горнодобывающих работ предварять их начало снятием, складированием и сохранением

11

почвенного слоя для последующей рекультивации. Это было подкреплено документально на законодательном уровне принятием постановления о необходимости сохранения почвенного слоя при проведении горнодобывающих работ [55].

Принятое постановление явилось предпосылкой государственного подхода к решению вопросов рекультивации в нашей стране и стимулировало научную проработку проблемы. Силами ведущих научных центров – Центральной лаборатории охраны природы Минсельхоза СССР, ГосНИИ земельных ресурсов и др. – на основе зарубежного опыта был разработан документ, регламентирующий выполнение рекультивации нарушенных земель [56]. В предваряющем данный документ письменном комментарии была отмечена недостаточная активность рекультивационных работ, их научная непроработанность, отсутствие объективной информации об объемах и структуре нарушенных земель в масштабах страны. Постановление обязывало все хозяйствующие субъекты, связанные с землепользованием, активизировать деятельность по приведению нарушенных земель в состояние, пригодное для использования в сельском, лесном, рыбном хозяйстве, для строительства или каких-либо других хозяйственных целей. В качестве важнейшей из поставленных задач была определена инвентаризация нарушенных угодий.

В течение двух лет первичная инвентаризация была выполнена. Для последующего пополнения учетных данных в обязанности всех хозяйствующих субъектов на территории страны вменялось ежегодно представлять сведения о состоянии земель, находящихся в их ведении, в том числе – о площади нарушенных и рекультивированных земель. Для отчетности была разработана стандартная форма учета, действующая до настоящего времени.

По официальным данным площадь нарушенных земель, надобность в которых у промышленности отпала, превысила в нашей стране 2,0 млн га [43]. В их структуре свыше 900 тыс. га представлены выработанными торфяниками, далее в порядке убывания площади следуют территории, оставшиеся после добычи руд черных и цветных металлов – 550 тыс. га, горно-химического и строительного сырья – 320 тыс. га, нарушенные угледобывающей отраслью – 80 тыс. га (рис.1.1, а).

Фактическая площадь нарушенных земель значительно больше учтенной, поскольку при инвентаризации не были приняты в расчет площади ландшафтных ареалов, испытавшие косвенное воздействие,

12

то есть ландшафты, нарушенные просадками и провалами при подземных способах добычи; угодья, утратившие хозяйственную ценность под влиянием загрязнения и эрозии; земли, нарушенные строительством линейных сооружений (дорог, трубопроводов, линий электропередач). Не были учтены нарушенные территории, находящиеся на балансе нефтедобывающей отрасли (600 тыс. га), надобность в которых отпала, но они не были рекультивированы по причине удаленности и труднодоступности [43].

а)

в)

Рис.1.1. Структура нарушенных (а) и рекультивированных (в) ландшафтов России по данным инвентаризации 1978 г. [50]

Первичная структура нарушенных земель определялась их хозяйственной принадлежностью: 37 % первоначально использовалось в лесном хозяйстве, 22 % – в сельском хозяйстве, остальные выполняли средообразующие и другие хозяйственные функции. По отчетности на период инвентаризации 1978 г. было рекультивировано порядка 2 % нарушенной площади – около 40,0 тыс. га, в том числе: под пашню – 33,7%; под кормовые угодья – 34,6 %; под лесонасаждения – 14,2 %; под водоемы – 7,4 %; под прочие виды пользования – 10,1 % (рис.1.1, в). Из диаграммы, представленной на

Долевое соотношение земель, нару шенных:

38%

24%

22%

13% 3%

торфоразработками

у гледобычей

добычей стройматериалов

добычей и переработкой ру д

нефтедобычей

Доли земель, реку льтивированных для

использования под:

35%

34%

14%

7%10%

лу говые у годьяпашню

лесаводоемы

прочее

13

рис.1.1, видно, что приоритеты принадлежали сельскохозяйственному направлению рекультивации – восстановлению пашни и луговых угодий. В составе рекультивированных земель более половины нарушенной площади, в общей сложности 68,3% (27,3 тыс.га), восстановлены именно под сельскохозяйственные угодья.

Сложившийся подход предопределен тем, что в территориальном плане работы тяготели к южным и центральным регионам страны, густонаселенным и освоенным в агрохозяйственном отношении – к степному Черноземью, Курской области и Подмосковью. В качестве первоочередных объектов рассматривались территории с наибольшей площадью земельных нарушений. Это, главным образом, ландшафты после разработки полезных ископаемых открытым способом, представленные карьерами и отвалами после добычи угля, огнеупорных глин, руд металлов.

Новизна проблемы рекультивации, непроработанность ее технологических решений, неоднозначность трактовок и подходов к проектированию восстановительных мероприятий поставили перед исполнителями множество вопросов и предопределили введение государственного стандарта, упорядочившего представление о рекультивации как «…комплексе мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды» [54]. Данным документом предусматривалась возможность выбора хозяйствующими субъектами, нарушающими земли, любого направления восстановительных мероприятий, целесообразного с точки зрения сложившихся природных и хозяйственных условий региона размещения объекта рекультивации с учетом его удаленности от селитебных территорий, первичного использования и транспортной доступности. Избранное направление по действующему законодательству в обязательном порядке подлежало согласованию с административно-хозяйственными органами на местах и первичными землепользователями. На них же возлагался контроль за сроками исполнения и качеством восстановительных работ.

На основании накопленного опыта сформировалось два технологических подхода к рекультивации. Первый объединил сложный комплекс восстановительных мероприятий, предполагающий создание необходимого для растительности корнеобитаемого горизонта путем нанесения на предварительно выровненную поверхность плодородного почвенного слоя нужной мощности. Второй подход ориентирован на интенсификацию естественного

14

природного процесса почвообразования с подготовкой корнеобитаемого слоя путем улучшения техногенных грунтов физико-химическими способами (рыхлением, внесением мелиорантов и т.д.).

Наибольшую сложность представляет рекультивация объектов, сформированных токсичными грунтами. Приоритеты здесь отдаются горнотехническим работам – выровненная бульдозерной или экскаваторной техникой поверхность карьерно-отвальных ландшафтов после планировки перекрывается подстилающей нейтральной породой (глиной или суглинком) мощностью 20–30 см, выполняющей экранирующую роль между токсичными грунтами и корнеобитаемым слоем. На экранирующий слой наносится плодородная почва слоем не менее 50 см. Подготовленные таким образом «земли» сначала засеваются многолетними травами с сидерофильными (почвоулучшающими) свойствами – люпином, люцерной, донником, клевером красным, эспарцетом и др. (Эти растения отличаются способностью фиксировать атмосферный азот, обогащая им почвообразующий субстрат и ускоряя тем самым восстановление почвенного плодородия.) Через два года проводится запахивание зеленой массы сидератов, и рекультивированные таким образом площади передаются под сельскохозяйственное использование. Полученные в опытах урожаи зерновых культур, выращенных на таких полях, по данным научного руководителя работ по рекультивации сотрудника ГосНИИ земельных ресурсов Л.В.Моториной, не отличались от урожаев, выращенных на старопахотных почвах [46, 47].

Рекультивация без нанесения плодородного слоя дает положительный результат только на потенциально плодородных нетоксичных грунтах – лессах, лессовидных суглинках и супесях, вскрываемых карьерами по добыче строительных материалов; на выработанных торфяниках. При благоприятных климатических условиях региона размещения на территориях, нарушенных добычей строительных материалов или торфа, возможны любые направления рекультивации, в том числе и сельскохозяйственное, предполагающее восстановление лугово-сенокосных угодий без дополнительного землевания нарушенной поверхности.

Технология рекультивации при этом в обязательном порядке должна предусматривать планировку рельефа, ликвидацию неустойчивых в эрозионном отношении форм, посев многолетних дерновинных злаков в сочетании с сидератами (бобовыми видами растений). Первоначально считалось, что по прошествии

15

мелиоративного периода, длительностью 2–3 года, восстановленные таким образом луговые угодья пригодны для использования под пастбища. Однако опыт показал, что выпас крупного рогатого скота на рекультивированных территориях за один пастбищный сезон приводит к полной деградации почвенно-растительного слоя вследствие его эрозионной уязвимости. Поэтому в дальнейшем при передаче восстановленных земель в сельскохозяйственный оборот отдельным пунктом стали оговаривать их использование исключительно в качестве сенокосных угодий.

Наряду с сельскохозяйственной рекультивацией в нашей лесной стране начала активно развиваться лесохозяйственная (лесная) рекультивация. Ее научные основы заложены учеными Центральной лаборатории охраны природы Минсельхоза РФ, на протяжении нескольких десятилетий изучавших возможность освоения нарушенных территорий под лесные культуры. Были проведены опытно-промышленные посадки районированных лесных культур на отвалах угольных разрезов Подмосковья, в Курской области на Киреевском железорудном карьере, Суворовском месторождении огнеупорных глин и др. Результаты этих промышленных экспериментов дали положительные результаты и подробно описаны в монографии коллектива авторов – Г.А.Зайцева, Л.В.Моториной, В.Н.Данько [34].

В середине 70-х гг. прошлого века ведущую научно-исследовательскую деятельность в разработке рекультивационной проблематики выполняли отраслевые подразделения Министерства сельского хозяйства. Особенно активно работали в этой области Центральная лаборатория охраны природы и ГосНИИ земельных ресурсов, изучавшие объекты рекультивации в Подмосковье и на юге европейской России. Практически одновременно фундаментальные научные изыскания были начаты в старопромышленных регионах Урала силами академической науки, включая Институт экологии растений и животных УрО АН СССР, Институт леса УНЦ АН СССР (профессор Б.П.Колесников), лабораторию промышленной ботаники Уральского государственного университета, возглавляемую профессором В.В.Тарчевским.

В 1975 г. для решения природоохранных проблем угольной отрасли, в том числе рекультивации ландшафтов, нарушенных угледобычей и переработкой угля, в Перми был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт охраны окружающей среды в угольной отрасли – ВНИИОСуголь (в настоящее время – ФГУП

16

МНИИЭКОТЭК) – с мощной лабораторной базой, позволяющей углубленно изучать экологические последствия угледобычи. В это же время в Естественнонаучном институте при Пермском государственном университете сформировалась лаборатория лесоведения и рекультивации лесных земель под руководством профессора М.Н.Прокопьева. Предпосылкой для ее создания послужила целевая программа Минцветмета СССР, направленная на разработку основ рекультивации земель, нарушенных предприятиями Министерства цветной металлургии при добыче и переработке руд редких и цветных металлов, при разработке россыпных месторождений золота, платины и алмазов [64–67].

Активное наращивание объемов промышленного производства и добычи полезных ископаемых в Сибири и на Дальнем Востоке, начавшееся в 70-е г. прошлого века, поставило на повестку дня необходимость долгосрочного планирования мероприятий, в том числе и в области рекультивации нарушенных ландшафтов для этого слабо освоенного региона. В связи со спецификой природно-хозяйственных условий Азиатской территории России, большая часть которой поражена многолетней мерзлотой, имеет крайне низкий восстановительный потенциал и высокую экологическую уязвимость, рекультивация нарушенных ландшафтов потребовала здесь особого внимания. Поэтому при освоении территорий в удаленных и малонаселенных регионах восстановительные мероприятия рассматривались как составная часть территориальных комплексных схем по охране природы. Их разработка была возложена на региональные научные центры, занимавшиеся вопросами планирования и охраны окружающей среды.

Возрастающие природоохранные требования к организации промышленно-хозяйственной деятельности стимулировали научно-практическую деятельность в области рекультивации. К ее разработке подключились подразделения Сибирского отделения АН СССР, развернувшие сеть научных стационаров на объектах угледобычи в Канско-Ачинском и Кузнецком бассейнах, на рудных месторождениях в Кузнецком Алатау, в Горной Шории и других регионах Сибири. В связи с лесной спецификой регионов наибольшее развитие здесь получило лесохозяйственное направление рекультивации. Возглавил его разработку коллектив сибирских лесоводов под руководством Л.П.Баранника [4,5]. В последние десятилетия в южных регионах Сибири наряду с лесохозяйственным направлением началось изучение возможностей сельскохозяйственной рекультивации. Особенно

17

актуально данное направление для Кузбасса, где нарушаются плодородные черноземные почвы, изымаемые из агрохозяйственного оборота [1, 11 и др.].

Весомый вклад в разработку теории рекультивации нарушенных ландшафтов в плане восстановления продуктивности техногенных почв внес научный коллектив лаборатории рекультивации Института почвоведения и агрохимии СО РАН, возглавляемой профессором С.С.Трофимовым – пионером в области рекультивации нарушенных почв на территории Сибири. По личной его инициативе в 1971 г. на территории Кемеровской области был создан активно функционирующий до настоящего времени Атамановский стационар для натурных экспериментов по изучению процессов восстановления техногенных почв. В настоящее время исследования продолжаются его учениками и последователями [1, 16 и др.].

Район размещения Атамановского стационара выбран очень удачно. Именно эта территория юга Сибири характеризуется наибольшей нарушенностью природных ландшафтов в результате интенсивной добычи угля, руд металлов, высокой концентрации промышленных предприятий по их переработке, поэтому позволяет изучать проблему рекультивации комплексно. В силу специфики научной деятельности Института почвоведения и агрохимии СО РАН, структурным подразделением которого является упомянутая лаборатория рекультивации, основное внимание в исследованиях уделяется здесь вопросам восстановления почвенного покрова, процессам естественного почвообразования на техногенных субстратах.

С момента образования лаборатории рекультивации СО РАН важнейшей организующей задачей, стоящей перед ее научным коллективом, являлась систематизация нарушенных ландшафтов всех типов и уровней в Азиатском регионе России. Для этой цели были проведены многолетние крупномасштабные исследования в интенсивно осваиваемых промышленных районах (Кузнецком, Канско-Ачинском, Иркутско-Черемховском, Байкало-Амурском и др.), значительные не только по продолжительности, но и по охвату территории. В результате исследований была разработана система экологических критериев, позволившая районировать территорию Сибири по характеру и типам техногенных воздействий на природные комплексы с учетом их природной устойчивости к внешним нагрузкам [16]. Районирование имело важное прикладное значение, поскольку определяло целесообразность, направленность и очередность

18

рекультивации ландшафтов с учетом экологических особенностей последних, их территориальной принадлежности и степени нарушенности. К сожалению, широкого практического применения данная система районирования не получила в силу сложности использования расчетных показателей.

В Дальневосточном регионе России наиболее весомый вклад в разработку рекультивационной проблематики внесли научные коллективы Иркутска (Институт редких металлов – ИРГИРЕДМЕТ), Магадана (ВНИИ-1), Хабаровска (Комплексный НИИ водных и экологических проблем). Работали здесь и пермские ученые – сотрудники лаборатория лесоведения и рекультивации лесных земель ЕНИ ПГУ. Горнопромышленная специализация Дальнего Востока, обусловленная высокой концентрацией рудных месторождений, предопределила техногенную и хозяйственно-экологическую специфику объектов рекультивации. Важнейшими особенностями региона, осложняющими восстановление нарушенных ландшафтов, являются: удаленность от селитебных территорий, размещение в труднодоступных горных районах, токсичность и эрозионная неустойчивость отвалов, своеобразие техногенных процессов, осложненных криогенезом, высокие затраты на восстановительные мероприятия, несопоставимые с получаемым результатом по экономическим показателям.

Рекультивация полного цикла (включая горнотехнический, мелиоративный и биологический этапы) в таких условиях оказалась весьма затратной и на государственном уровне сочтена экономически нецелесообразной. Поэтому научные исследования были ориентированы на изучение естественных процессов восстановления биотических компонентов в нарушенных ландшафтах. Предполагалось, что это позволит разработать схемы рекультивации, направленные на содействие естественным восстановительным процессам, тем самым достичь желаемого эколого-экономического эффекта от ее выполнения. Приоритет устойчиво закрепился за природоохранным направлением рекультивации, целью которого является ликвидация вредного воздействия нарушенных ландшафтов на прилегающие территории, консервация нарушенной поверхности, придание ей экологической устойчивости техническими приемами и последующей передачей под естественное лесовозобновление.

К середине 1980 гг. становление рекультивационного направления в отечественной науке завершилось. Прошедшие десятилетия были весьма продуктивными. Они привели к разработке

19

теоретической базы рекультивации, в рамках которой дана четкая формулировка ее объекта в виде сложного функционального образования – ландшафта. В отличие от первых опытов, ориентированных исключительно на воссоздание плодородного почвенного слоя, к решению задач рекультивации стали подходить комплексно, рассматривая в качестве цели создание культурного ландшафта. Были определены и стандартизованы направления рекультивации, количество которых увеличилось до семи: сельскохозяйственное, лесохозяйственное, водохозяйственное, санитарно-гигиеническое, природоохранное, рекреационное и строительное [57].

В ходе обобщения полученных первичных данных отчетливо проявилась дифференциация предпочтительных направлений рекультивации на уровне крупных регионов. Преимущественное развитие какого-либо направления рекультивации определялось природными условиями, доминирующим типом нарушенных ландшафтов, экономической целесообразностью и ожидаемым совокупным эффектом от восстановительных мероприятий. В странах Западной Европы прочно заняли лидирующие позиции сельскохозяйственное (около 40% всех нарушенных ландшафтов) и рекреационное направления рекультивации. Причем рекреационное направление рассматривается здесь как создание экологически сбалансированных, устойчивых и эстетически привлекательных ландшафтов с обязательным восстановлением в них лесной растительности [72].

Для территории России с ее громадными размерами и пестрым спектром нарушенных ландшафтов предпочтительность того или иного направления рекультивации дифференцирована по регионам. Выбор направления осуществляется с учетом сложившегося комплекса региональных факторов, в числе которых рассматриваются особенности природных условий, уровень хозяйственной освоенности, производственно-экологическая оценка состояния нарушенной территории по комплексу признаков – рельефу, составу грунтов, гидрологическим условиям и др. Типологическое разнообразие нарушенных ландшафтов предопределило необходимость учета отраслевой специфики восстановительных мероприятий. В рамках важнейших хозяйственных отраслей были разработаны отраслевые региональные инструкции, регламентирующие работы по рекультивации нарушенных территорий. Несмотря на очевидную корпоративность, научно-методическая база отраслевых документов

20

была единой, ею стали нормативы, изложенные в государственных законодательных документах, регламентирующих работы по рекультивации нарушенных ландшафтов, в государственных стандартах [57–59, 62 и др.].

В целом по стране к концу 1980-х гг. сложились довольно высокие темпы рекультивации нарушенных земель. Однако, несмотря на законодательно декларируемую комплексность восстановительных мероприятий, обычно они ограничивались горнотехническими работами, главным образом, очисткой от хлама и выравниваем нарушенной территории без учета ее последующего использования. Базовым нормативом для проектирования такой рекультивации служил объем извлеченных и перемещенных грунтов. По нему рассчитывались допустимые затраты на восстановительные мероприятия, стоимость которых не должна была превышать 60 % затрат, произведенных при нарушении ландшафта во время горнодобывающих работ. Данный объем грунтов разравнивался без учета биоэкологической целесообразности, возможностей и перспектив дальнейшего хозяйственного использования ландшафта. При этом под влиянием тяжелой бульдозерной техники, используемой для горнотехнических работ, поверхностный слой субстрата на участке рекультивации переуплотнялся и подвергался дополнительному загрязнению, что в большинстве случаев усугубляло экологическое состояние нарушенной территории.

В итоге к началу 90-х гг. прошедшего столетия в земельном фонде страны накопилась громадная площадь так называемых «условно рекультивированных» ландшафтов. К таковым были отнесены ландшафты, рекультивация которых ограничилась упрощенным горнотехническим этапом, иначе говоря, выравниванием техногенного рельефа. Однако последующие попытки возвращения данных земель в хозяйственный оборот не имели успеха, в связи с невозможностью использования «рекультивированных» участков по первичному назначению – в целях сельского или лесного хозяйства. Поэтому, несмотря на отчетность о выполнении рекультивации, нарушенные территории «зависли» на уровне министерств [50].

Таким образом, необоснованное упрощение проблемы рекультивации нарушенных ландшафтов, низведение ее до простого выравнивания техногенного рельефа, существенно подорвало престиж данного научного направления. На фоне общего хозяйственного застоя и непродуманности решений внимание к рекультивационной тематике стало угасать. В немалой степени этому способствовала недостаточная

21

техническая проработанность проблемы, отсутствие эффективных, экономически целесообразных технологий, сократившиеся объемы сельскохозяйственной деятельности в целом по стране, увеличение площади залежей – неиспользуемых хозяйственно ценных, продуктивных земель, появившихся в структуре сельхозугодий в период перестройки хозяйственной системы в конце 80-х и начале 90-х гг. прошлого столетия.

1.2. Современное состояние работ по рекультивации

На рубеже предшествующего и текущего тысячелетий проблема рекультивации нарушенных ландшафтов вновь актуализировалась в связи с устойчивой тенденцией сокращения продуктивного земельного фонда вследствие его оскудения, с неизбежностью использования продуктивных сельскохозяйственных земель под промышленную, селитебную и прочую хозяйственную деятельность, обусловленную ростом численности населения. Согласно данным Всемирной агрономической организации (ФАО) за последнее столетие площадь продуктивных земель сельскохозяйственного пользования сократилась на 2 млрд га [20].

Наиболее интенсивное отторжение земель из сельскохозяйственного оборота происходит за счет увеличения площади селитебной и промышленно-хозяйственной застройки. Под данной застройкой понимаются сооружения долгосрочного пользования, строительство которых означает необратимую утрату земельных угодий. Другие виды землепользований, нарушающие природные ландшафты и вызывающие деградацию продуктивных земель – добыча полезных ископаемых, прокладка трубопроводов, складирование отходов, – являются временными; земли, изъятые для их реализации из биопродукционного процесса, подлежат восстановлению. Только ответственное отношение к вопросам рекультивации нарушенных ландшафтов, возвращаемых в хозяйственный оборот, может снизить темпы сокращения площади продуктивного земельного фонда.

Сложившаяся к настоящему времени структура земельных угодий, показанная в табл. 1.1, приводит к выводу, что на протяжении последних четырех десятилетий площадь продуктивных, ценных в хозяйственном отношении земель в промышленно развитых странах активно сокращалась. В расчете на душу населения наибольшее сокращение наблюдалось в тройке самых благоприятных для

22

аграрного производства стран – Испании, Индии, Китае, где данный процесс развивался преимущественно вследствие прироста численности населения.

Не миновала данная тенденция и Россию, однако в нашей стране сокращение площади продуктивных угодий было не столь существенным и вызвано отнюдь не ростом численности населения. На фоне сырьевой ориентации экономики оно обусловлено все возрастающим промышленным воздействием на природные ландшафты. В настоящее время по площади продуктивных земель на душу населения, несмотря на их убыль, Российская Федерация занимает первое место в ряду промышленно развитых стран (см. табл.1.1). Вместе с тем, сравнительный анализ структуры продуктивных земельных угодий показывает, что на фоне прочих стран Россия выделяется абсолютным преобладанием лесных земель – 52 % площади. Это значительно больше, чем в любой другой стране. Доля угодий, обрабатываемых и используемых для выращивания растительной продукции (пашня, сады, огороды), в нашей стране значительно ниже, чем в других промышленно развитых странах. То есть, если оценить распределение земель на душу населения несколько иначе, чем это представлено в табл.1.1, картина не будет столь отрадной: площадь земель, пригодных для сельскохозяйственной деятельности, в нашей стране составляет всего 0,8 га на душу населения.

Таблица 1.1 Структура земельных угодий крупнейших стран мира

(по данным [19,39])

Страна

Доля угодий от общей площади страны, % Площадь на душу населения

Всего угодий

Пашня, сады,

огороды

Сено-косы и паст-бища

Леса

Про

чие По годам, га

Убы

ль,%

1961 2002

Англия 77 29 48 7 16 0,46 0,41 10,9 Германия 50 34 16 28 22 0,49 0,44 10,2 Индия 72 51 7 14 - 0,43 0,17 60,5 Испания 71 42 29 10 19 1,63 1,23 24,5 Китай 49 12 27 10 - 0,67 0,41 38,8 Польша 60 47 13 25 12 1,04 0,81 22,1 Россия 76 7 5 52 12 1,81 1,52 16,0 США 73 18 23 32 - 1,51 1,45 4,0 Франция 57 22 26 26 17 1,20 0,93 22,5

23

После спада, произошедшего в 90-е гг., промышленность России медленно, но устойчиво наращивает темпы прироста производства. Особенно активно развиваются горнодобывающие отрасли, требующие отведения под разработку месторождений полезных ископаемых все новых и новых территорий, увеличивая таким образом площадь нарушенных земель, ухудшая экологическую обстановку прилегающих природных экосистем вследствие рассеивания выбросов и сбросов, размещения породных отвалов и отходов производства. По официальным данным площадь земель, нарушенных промышленностью, в земельном фонде России на 01.01.2008 [23] составила 1,2 млн.га, это меньше площади земель селитебной застройки, занимающей 5,6 млн.га, и территории, занятой дорогами – 7,9 млн.га, но значительно превосходит площадь особо охраняемых территорий (рис.1.2). Большая часть нарушенных земель представлена сельскохозяйственными угодьями.

Рис.1.2. Структура земельного фонда России на 01.01.2008

Для построения диаграммы, представленной на рис.1.2, использованы официальные данные о состоящих на государственном

62%

3%6%

17%

8%2% 2%

земли лесного фонда

нару шенные земли лесного фонда

нару шенные сельскохозяйственные земли

земли сельскохозяйственного назначения

земли водного фонда

земли особо охраняемых природных территорий

прочие земли (оленьи пастбища, неу добия, полигоны и свалки)

24

учете землях различного ведомственного подчинения, опубликованные в ежегодном национальном докладе [23]. Однако помимо официально учтенной площади в структуре земельного фонда имеется значительная площадь «бесхозных» нарушенных территорий, характеризующихся высокой степенью опасности для окружающей среды и здоровья населения, а также территорий, находящихся в кризисном экологическом состоянии и остро нуждающихся в рекультивации [70].

Современная структура нарушенных земель Российской Федерации представлена на рис.1.3. Здесь видно, что по сравнению с 1978 г. наибольшие изменения структуры обусловлены значительным возрастанием доли земель, нарушенных нефтедобычей. В 1978 г. на данную отрасль приходилось 3 % нарушенных земель, в 2008 г. – 19 % (ср. рис.1.1 и рис.1.3). В противовес данной тенденции почти в два раза сократилась доля земель, нарушенных добычей и переработкой угля, в полтора раза – добычей строительных материалов, незначительно (всего на 2 %) уменьшилась доля земель после добычи торфа. Если сравнивать за этот же период структуру восстановительных работ, нельзя не отметить произошедший в ней сдвиг в пользу лесной рекультивации. Так, если ранее, в 1978 г., доля лесных насаждений, созданных на нарушенных территориях, ограничивалась 14 % (см. рис.1.1, в), то в 2008 г. она увеличилась до 55 % (рис. 1.3, в).

а)

в)

Рис.1.3. Структура нарушенных (а) и рекультивированных (в)

Доли земель, реку льтивированных

для использования под:

7%12%

7%

19%

55%

лесные насажденияводоемылу говые у годья пашняпрочее

Долевое соотношение земель, нару шенных:

12%15%

18%

19%36%

торфоразработкамиу гледобычейдобычей стройматериаловдобычей и переработкой ру днефтедобычей

25

ландшафтов России на 01.01.2008 (по официальным данным [23])

В 1978 г. на фоне прочих направлений приоритет принадлежал сельскохозяйственной рекультивации, в соответствии с условиями которой восстанавливалось в общей сложности 69% нарушенных территорий. По состоянию на 2008 г. доля земель, рекультивированных для возвращения в сельскохозяйственный оборот, составила всего 19%, в том числе: 12% – под луговые угодья; 7% – под пашню (рис.1.3, в).

В связи с различиями природно-хозяйственных условий в разных регионах России проблема рекультивации имеет разную степень остроты. Наиболее остро ощущается необходимость восстановительных мероприятий на старопромышленных территориях, где за длительный период хозяйственного освоения ресурсов накопились громадные площади нарушенных земель. Ярким примером старопромышленной территории является Пермский край, освоение природных богатств которого ведется не менее пяти столетий. Современная структура земельного фонда края в ее сравнении со структурой земельного фонда России в целом представлена в табл.1.2.

Таблица 1.2 Структура земельного фонда России и Пермского края

(на 01.01.2008, по официальным данным [23, 60])

№ пп Категория земель

Россия Пермский край

Млн га % Млн га %

1. Общая площадь земель 1709,8 100 16,1 100

В том числе :

2. Земли сельскохозяйственного назначения, всего 393,2 23,0 4,3 27,0

В т ом числе нарушенные и залеж ные 115,9 6,6 0,002 0,01

3. Земли лесного фонда, всего 1104,0 64,6 10,2 63,0

В т ом числе нарушенные 36,1 3,3 0,006 0,04

4. Водный фонд 27,7 1,6 0,3 1,9

5. Охраняемые природные территории 34,2 2,0 0,3 1,9

26

6. Селитебные территории 5,6 0,3 0,5 3,1

7. Нарушенные земли, включая свалки и коридоры коммуникаций, всего 3,4 0,2 0,1 0,6

8. Прочие земли 141,7 8,3 0,4 2,5

Даже при беглом обзоре видно, что современная структура земельного фонда Пермского края близка к средним российским показателям. В сопоставимых для территории нашей страны долях в ней представлены земли лесного фонда, земли сельскохозяйственного назначения, водного фонда, земли, изъятые из обращения и особо охраняемые территории.

Основные отличия характерны для площадных соотношений урбанизированных территорий, доля которых относительно общей площади в Пермском крае в 9,3 раза выше среднего российского показателя. На фоне высокой урбанизированности Пермского края доля нарушенных земель в нем больше, чем в среднем для России, вместе с тем значительно меньше площадь прочих земель, так называемых «неудобий», представляющих определенные трудности для освоения и использования. Сложившееся соотношение типично для ресурсообеспеченных старопромышленных регионов, к которым относится Пермский край.

Пермский край сегодня, несмотря на давность эксплуатации природных богатств, является хозяйственно значимым в масштабах страны регионом. Предпосылками к развитию ведущих отраслей промышленности в нем служат собственные сырьевые ресурсы – нефть, громадные по запасам и сложные по составу соли Верхнекамского месторождения, руды металлов, цементное сырье, строительные материалы и другие ископаемые богатства. В крае сосредоточены крупные предприятия химии и нефтехимии, предприятия по производству минеральных удобрений, металлургии, металлообработки, цементной и других отраслей промышленности. В связи с природным положением Пермского края в таежной зоне важную роль в его хозяйственном балансе играет возобновимый природный ресурс – древесина, эксплуатационные запасы которой составляют 565 млн м3 [60].

Всего на территории Пермского края осуществляют производственную деятельность, связанную с нарушением почвенного покрова, свыше 300 предприятий различных отраслей экономики.

27

Учет нарушенных земель до начала 90-х гг. прошлого века проводился разрозненными структурами, поэтому полных достоверных сведений об их общей площади нет. Согласно официальной информации она близка к 10 тыс. га [59,60]. В учтенную площадь нарушенных земель не входят участки, отведенные в постоянное пользование под дорожное строительство, магистральные трубопроводы, линии электропередач, свалки. Дополнительно к имеющейся площади в Пермском крае ежегодно нарушается около 1 тыс. га, приблизительно столько же рекультивируется [59,60]. Структура направлений рекультивации регламентирована первичным использованием земель. В соответствии с законодательством целью восстановительных мероприятий является возвращение нарушенным угодьям утраченного хозяйственного статуса.

На текущий период в Пермском крае из находящейся на балансе нарушенной площади рекультивировано 942 га, почти половина восстановленных земель при этом возвращена в сельскохозяйственный оборот, треть – под лесопользование (рис.1.4, в).

28

Таблица 1.3

Динамика земельного фонда Пермского края за период 1997–2007 гг. [59, 60]

Категории земель Площадь земель, тыс. га 2007

1997, % 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Лесной фонд 7499,2 7502,8 7496 7493,3 7493,5 7493,6 7493,7 7493,9 7493,8 7493,8 7493,7 99,9

Сельхозугодья 3693,3 3693,3 3659,6 3617 3550,6 3567,1 3604,7 3722,9 3735,5 3735,5 3736,4 101,2

Земли поселений 406,0 406,1 410,8 414,2 417 417,3 418 418 407,9 407,9 407,9 100,5

З. промышленности 85,0 85,7 85,8 86,4 86,3 86,1 85,4 85,1 85,1 85,1 85,1 100,1

Земли нарушенные, всего 10,0 9,5 9,5 9,3 9,4 9,0 8,6 8,4 8,3 8,1 8,1 81,3

В т.ч. по отраслям: - цветная металлургия - промышленность

стройматериалов - нефтехимия - нефтедобыча - угледобыча - прочие отрасли

0,97

0,82 0,45 0,39 0,46 6,91

0,96

0,83 0,49 0,35 0,43 6,44

0,96

0,86 0,49 0,42 0,43 6,34

0,99

0,86 0,48 0,99 0,56 5,42

1,00

0,75 0,48 1,34 0,56 5,27

1,00

0,73 0,48 0,93 0,56 5,30

0,98

0,72 0,51 0,59 0,56 5,24

1,00

0,69 0,51 0,48 0,56 5,15

0,99

0,69 0,51 0,42 0,56 5,10

0,99

0,71 0,51 0,46 0,56 4,87

1,00

0,71 0,51 0,55 0,56 4,77

103,4

86,5 112,4 139,6 131,5 69,0

Особо охраняемые природные резерваты 283,2 283,2 283,2 283,2 283,2 283,2 283,2 283,2 283,2 283,2 283,2 100,0

Водный фонд 281,4 281,4 281,4 281,4 281,4 280,5 280,0 280,0 288,5 288,5 288,5 102,5

28

Земли запаса 498,0 497,7 529,8 571,1 635,6 618,8 581,6 453,3 452,6 452,6 451,8 90,7

29

Наряду с рекультивированными и официально снятыми с учета в крае имеется значительное количество «бесхозных» нарушенных земель, большая часть которых – выработанные торфяники (рис.1.4). В хозяйственном отношении данные земли принадлежат сельскохозяйственному сектору. Их совокупная площадь в земельном фонде Пермского края более 2 тыс.га.

а)

в)

Рис.1.4. Структура нарушенных (а) и рекультивированных (в) земель Пермского края на 01.01.2008 (по официальным данным [59])

В общей сложности в Пермском крае доля земель, изъятых из

хозяйственного пользования и оставшихся нерекультивированными,

Долевое соотношение земель, нару шенных:

26%

10%9%7%

31%

17%

торфоразработкаминефтедобычейдобычей и переработкой ру ддобычей стройматериалову гледобычейпрочими видами деятельности

Доли земель, реку льтивированных:

51%35%

14%

для сельскохозяйственных целей

под лесонасажденияпрочие виды пользования

30

составляет по официальным данным 31 % площади нарушенных угодий. Аналитическое обобщение официальных данных об изменении статуса земель за последнее десятилетие показало, что данная площадь учитывается в категории «нарушенные земли прочих отраслей» (см. в табл.1.3). В эту же категорию входят земли, ранее занятые объектами Министерства обороны РФ, около 1 тыс.га, и другие нарушенные территории с неустановленной хозяйственной принадлежностью. Невыполнение на них восстановительных мероприятий обусловлено сложным финансовым положением хозяйственных структур, с одной стороны, и отсутствием очевидного негативного экологического воздействия на прилегающие ландшафты – с другой. Обследование земель показало, что, благодаря их зарастанию лесом, они относительно успешно возобновляются естественным образом, не представляют экологической опасности и по мере формирования сомкнутого растительного покрова списываются с баланса нарушенных земель, в связи с чем площадь земель данной категории за последнее десятилетие уменьшилась почти на четверть.

К сожалению, в плане инновационных подходов к решению задач рекультивации Пермский край значительно уступает многим регионам Российской Федерации и зарубежным странам, где методы и приемы восстановительных мероприятий значительно усложнились. Все чаще рекультивацию рассматривают в комплексе с вопросами утилизации промышленных и хозяйственно-бытовых отходов. Такой подход можно считать спецификой современного состояния рекультивации нарушенных ландшафтов. Именно он определяет перспективы данной проблемы на ближайшее будущее, поскольку позволяет решать сразу две задачи. Во-первых, утилизировать токсичные отходы, во-вторых, путем воздействия «токсичного на токсичное» получить экологически безопасный, приемлемый для роста и развития растительного покрова, субстрат.

Наиболее успешным зарубежным опытом объединения рекультивации земель с утилизацией отходов представляется широко известный проект «Силезия», разработанный совместными усилиями Агентства по охране окружающей среды (США) и Управления по защите окружающей среды Катовицкого воеводства (Польша) [11]. В рамках данного проекта был использован обезвоженный осадок сточных вод, позволивший восстановить нарушенные луговые угодья для сельскохозяйственных целей без нанесения плодородного почвенного слоя. Российские ученые повторили данный опыт, реализовав возможности рекультивации ландшафтов с использованием

31

отходов промышленности и осадка сточных вод (ОСВ) на объектах Кузбасса [11]. Объединенными усилиями нескольких научных и производственных подразделений в рамках единого интеграционного проекта было апробировано с положительным результатом использование отходов чёрной металлургии и осадков сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений как почвоулучшающих реагентов для целей рекультивации.

Благодаря проведенным исследованиям разработан принципи-ально новый подход к рекультивации, позволяющий не только вернуть утраченное плодородие нарушенным землям, но и утилизировать отходы городских очистных сооружений и предприятий энергетического комплекса. По данным А.С.Водолеева (2007), использование вместо почвенного субстрата ОСВ значительно снижает затраты на создание плодородного корнеобитаемого слоя и позволяет повысить экономическую эффективность рекультивации. Реализованный данным автором проект [11] получил положительную оценку экспертов и является перспективным опытом природоохранного и санитарно-гигиенического направлений рекультивации нарушенных ландшафтов.

Внедрение в технологию рекультивации приемов, ориентированных на использование ОСВ, нашло применение во многих зарубежных странах. Иловые массы прудов-отстойников широко используются для стабилизации поверхности пылящих золо-шлаковых отвалов в Австрии [87]. В сочетании с отходами деревообработки ОСВ используются при рекультивации железорудных отвалов на горнодобывающих объектах в Швеции [93]. В Германии широко распространен опыт рекультивации пригородных свалок с использованием ОСВ, благодаря особой подготовке которых формируется устойчивое покрытие из минерально-органического грунта, способное противостоять эрозионным процессам даже при выпадении проливных дождей [87, 90].

Однако накопленный к настоящему времени опыт использования ОСВ для рекультивации нарушенных ландшафтов показал, что принятие решения о целесообразности их применения в качестве почвенного субстрата должно опираться на результаты тщательного изучения их химического состава, физических свойств и микробиологических показателей. К сожалению, далеко не всегда удается довести ОСВ по перечисленным показателям до нормативно допустимых уровней. В большинстве случаев субстрат ОСВ насыщен тяжелыми металлами и прочими токсичными ингредиентами, плохо

32

поддающимися нейтрализации. Он содержит в значительных количествах углеводородные соединения и фенолы, загрязнен опасными для человека, растений и животных патогенными микроорганизмами [14, 86 и др.]. Поэтому проблема утилизации ОСВ еще не нашла решений, достаточно эффективных для широкого внедрения. Особенно остро она стоит в крупных городах, для которых типичны громадные по площади и весьма неблагополучные с экологической точки зрения хранилища иловых отходов, возникающие в результате функционирования очистных сооружений городских водоканалов. Для рекультивации таких объектов, названных иловыми полями, апробировано множество разнообразных приемов и методов, основанных на использовании экологических, микробиологических и технических принципов. Имеются положительные результаты. В их числе опыт рекультивации под рекреационную территорию и селитебную застройку объектов «Мосгорводоканала» в подмосковном Марьино [83].

Рекультивация иловых полей в Марьино выполнена методом грунтового отжима. Иловый осадок заменили песком, сверху по принципу «слоеного пирога» насыпали суглинок и щебенку, на которые был помещен 20-сантиметровый слой почвы [83]. В первые годы освоения для стабилизации поверхности рекультивационного слоя был произведен посев сидерата, в качестве которого использован клевер (Trifolium pratense L.). Затем формирующийся почвенно-растительный слой облагородили другими видами растений, устойчивыми в условиях города, реализовав таким образом рекреационное направление рекультивации пригородного ландшафта. В настоящее время парковая зона, воссозданная на нарушенной территории, находится в стадии естественной натурализации.

Перспективным и активно развивающимся направлением рекультивации нарушенных ландшафтов за рубежом является биоремедиация – восстановление экологического потенциала и фитопродуктивности непригодных для растительности техногенных грунтов микробиологическими способами, путем внедрения в них устойчивых к неблагоприятным грунтовым условиям штаммов микроорганизмов, деструктирующих токсичные примеси и улучшающих субстрат корнеобитаемого слоя. Используются как чистые микробные культуры, так и комплексные, в виде сложных штаммов, в сочетании с ферментами (микрозимами) или санирующими организмами более высокого уровня. Например, в США

33

широко используется санирующая вермикультура на основе калифорнийского червя [94].

Попытки внедрить биоремедиацию в России пока не увенчались успехом. Сдерживающим фактором для ее внедрения в условиях нашей страны является неблагоприятный гидротермический режим почвенно-грунтового слоя. По климатическим показателям Россия – самая суровая из стран мира. Свыше 60 % ее почвенного покрова поражено многолетней мерзлотой, на этой территории даже в разгар лета грунтовый слой не прогревается до температуры, обеспечивающей активное развитие микробиологических процессов. Продолжительный зимний период с низкими температурами, резкие колебания тепло- и влагообеспеченности в теплое время года губительны даже для самых неприхотливых штаммов почвенных микроорганизмов. Поэтому более перспективными для природных условий нашей страны представляются фитомелиоративные приемы рекультивации, позволяющие решать проблему восстановления нарушенных ландшафтов путем подбора растительных видов-освоителей с заданными биоэкологическими свойствами, работающих на стимулирование естественных ренатурализационных процессов.

1.3. Структура проблемы, нормативные документы, регламентирующие восстановление нарушенных

ландшафтов

Будучи проблемой государственного уровня, рекультивация нарушенных земель опирается на российское законодательство, где базовыми документами для ее решения являются: федеральный закон «Об охране окружающей среды», Земельный кодекс РФ, прочие государственные акты и постановления, направленные на сохранение природных ресурсов и экологическое благополучие природной среды (см.приложение).

Основополагающим документом, регламентирующим выполнение восстановительных работ в настоящий период, являются «Основные положения о рекультивации земель…», утвержденные приказом Минприроды России 22 декабря 1995 г. № 525/67 [57], в которых сформулированы общие требования к рекультивации, являющиеся обязательными для соблюдения всеми юридическими, должностными и физическими лицами, осуществляющими деятельность, сопровождающуюся нарушением природной среды.

34

Согласно законодательству рекультивация рассматривается как комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности, хозяйственной ценности нарушенных угодий и на улучшение условий окружающей среды, в том числе на территории, прилегающей к нарушенному ландшафту, на которую распространяется его негативное экологическое влияние. Закон предоставляет право выбора в соответствии с природной или хозяйственной целесообразностью любого из сложившихся направлений рекультивации: сельско-, лесо-, водохозяйственного, рекреационного, природоохранного, санитарно-гигиенического, строительного [57].

Избранное направление рекультивации и проектируемые мероприятия подлежат обязательному согласованию с первичным землепользователем, предоставляющим земельный участок во временное пользование. Для крупных природопользователей, результатом деятельности которых являются значительные по площади нарушения природных ландшафтов, проект рекультивации разрабатывается отдельно от проекта основной деятельности, с детальной проработкой направлений и последовательности восстановительных работ. Он включает 3 раздела: пояснительную записку, раскрывающую характер деятельности и связанные с нею изменения природной среды, технический раздел и сметное обоснование затрат.

Пояснительная записка содержит характеристику природных и хозяйственных условий территории реализации проектных мероприятий, детальное описание проектных мероприятий с указанием видов и форм воздействия на природные ландшафты, оценку ожидаемого ущерба природной среде, дает обоснование целесообразного направления рекультивации нарушенных ландшафтов. Технический раздел проекта освещает содержание, объемы, этапы работ по рекультивации, технику и технологии, применяемые на отдельных этапах. Текстовая часть сопровождается картографическими материалами и графическими схемами. Сметный раздел (смета) проекта дает обоснование затрат на проектируемые мероприятия.

В большинстве случаев работы по рекультивации нарушенных ландшафтов включают 3 последовательно реализуемых этапа: горнотехнический, мелиоративный и биологический. Первый этап – горнотехнический – объединяет комплекс работ, направленных на техническое обустройство нарушенной площади. Перечень и объемы включаемых в проект горнотехнических работ определяются

35

избранным направлением рекультивации и должны быть согласованы с требованиями биологического этапа. В обязательном порядке данный этап включает:

а) очистку восстанавливаемой площади от промышленных, технических, вспомогательных и прочих сооружений, надобность в которых отпала; вывоз металлолома, отходов и прочего мусора; ликвидацию свалок; б) планировку поверхности рекультивируемого участка, направленную на выравнивание рельефа с целью ликвидации неустойчивых в эрозионном отношении форм; в) обустройство нарушенных русел водотоков, днищ и береговых участков водоемов; создание гидротехнических и других мелиоративных сооружений для водоотведения или орошения; г) при необходимости, обусловленной задачами последующего использования участка, проводится рыхление поверхности, нанесение экранирующего грунтового слоя, землевание и другие работы, направленные на создание почвенно-грунтовых условий, отвечающих требованиями биологического этапа. Второй этап – мелиоративный – выделяется в составе проекта

при необходимости дополнительных работ, предшествующих биологическому освоению нарушенной территории. Например, в тех случаях, когда требуется гравитационная стабилизация грунтов перед посадками или посевами культур, болезненно реагирующих на усадку почвенно-грунтового слоя. Так, если сразу за отсыпкой почвенно-грунтового слоя на рекультивируемую площадь, не ожидая ее усадки, высадить культуры, чувствительные к динамическим процессам в корнеобитаемом слое, например сосну (Pinus sylvestris), по мере естественной деформации почвенно-грунтового слоя культуры погибнут. Печальный опыт такой рекультивации имел место на объектах Подмосковного буроугольного бассейна в конце прошлого века. Поэтому целью мелиоративного этапа является содействие естественной стабилизации рекультивируемого почвенно-грунтового слоя.

Биологические мероприятия, рекомендуемые на данном этапе, имеют противоэрозионное назначение. Наибольший эффект дают промежуточные мелиоративные монокультуры или сидератные травосмеси из донника, люпина, клевера и др. Для улучшения развития мелиоративных культур и ускорения восстановления почвенного плодородия при необходимости производится

36

известкование кислых субстратов и внесение минеральных удобрений. Длительность мелиоративного этапа зависит от интенсивности процесса стабилизации. Опытным путем установлено, что стабилизационные процессы в большинстве случаев завершаются по прошествии двух-трех лет.

Третий этап – биологический – преследует цель создания на рекультивируемой территории устойчивого растительного покрова, отвечающего требованиям избранного направления восстановительных работ. При сельскохозяйственном направлении рекультивации биологический этап обязателен на первой стадии освоения (после завершения горнотехнической рекультивации) и включает посевы луговых травосмесей для создания лугово-сенокосных угодий с последующей передачей восстановленных участков по мере их окончательной ренатурализации под другие виды агрохозяйственного использования, например под пашню или садово-огородные участки. Многолетний опыт рекультивации показал, что из всех видов сельскохозяйственной деятельности для реализации на рекультивированных площадях наименее желателен пасторальный, то есть выпас скота. Он приводит к очень быстрой деградации рекультивированной площади, вследствие выбивания ее копытами и уничтожения растительности.

Лесохозяйственное направление рекультивации – воссоздание лесных культур с высокой продуктивностью и хозяйственной ценностью. При реализации данного направления предпочтительны посадки – посевы дают худшие результаты по ряду причин, вызывающих гибель культур. Наиболее распространенной причиной гибели является уничтожение семенного материала грызунами. Поскольку целью лесохозяйственного направления являются хозяйственно ценные культуры, предпочтение отдается посадкам хвойных насаждений из районированных видов, устойчивых к условиям и быстро растущих, с учетом их биоэкологического соответствия рекультивируемым ландшафтам. Основные требования к растительным видам, пригодным для лесохозяйственной рекультивации – свето-, засухо-, морозоустойчивость, высокая скорость роста, терпимость к низкой трофности корнеобитаемого слоя и, вместе с тем, высокая хозяйственная ценность в сочетании с мелиоративными свойствами. Для каждого региона состав древесных видов, отвечающих указанным требованиям, строго индивидуален, однако на зональном уровне имеются некоторые толерантные к условиям среды растения, территориальный ареал использования

37

которых для целей рекультивации не ограничивается региональными границами. Они рассмотрены далее в разделе 2.3.

Водохозяйственное направление рекультивации, несмотря на приоритетность горнотехнических работ, направленных на восстановление морфо-эдафических условий водных объектов, также включает биологический этап, целью которого является залужение береговых участков рекультивированных водоемов и противоэрозионное укрепление их древесно-кустарниковой растительностью водоохранно-защитного назначения. Водоохранные зеленые зоны создаются посадкой культур по периметру водоемов. Основные требования к лесным культурам водоохранно-защитного назначения – высокие темпы роста, быстрое смыкание крон для формирования затенения, устойчивость к колебаниям увлажнения и к заиливанию. Наиболее подходящими древесными видами для использования в составе водоохранных культур являются быстрорастущие районированные представители родов Salix и Populus.

Своеобразную специфику биологического этапа имеет рекреационное направление рекультивации, предполагающее создание на нарушенных территориях растительного покрова биогруппами разного целевого назначения из эстетически привлекательных видов, устойчивых к рекреационной дигрессии. Восстановительные мероприятия при рекреационном направлении рекультивации регламентируются нормативными документами [78], предъявляющими особые требования к обустройству рекреационного ландшафта. Важнейшим из них является функциональное зонирование – разделение территории на функциональные участки. Наибольшая площадь – до 60 % территории – отводится под «зону отдыха», включающую открытые ровные участки, используемые под аэрарий, солярий и пр. До 10 % территории должна занимать благоустроенная «спортивная зона» для любителей активного отдыха. Оставшаяся площадь – 20–40 % территории – является «зеленой зоной», для создания которой обязателен биологический этап рекультивации. Помимо перечисленного, по периферии рекультивируемого для целей рекреации участка предусматривается устройство туалетов, контейнеров для мусора, стоянок для автотранспорта. Последние рекомендуется размещать на удалении не менее 50 м от зоны отдыха. Территория между автостоянкой и зоной отдыха подлежит озеленению путем создания насаждений шумо- и газозащитного назначения (зона озеленения) из устойчивых, быстро растущих древесных и кустарниковых видов. Биологическая рекультивация, таким образом,

38

планируется не на всю площадь, она включает часть территории, занимающую согласно стандарту 20–40 % площади [78].

Природоохранное направление рекультивации целесообразно для нарушенных ландшафтов, расположенных в слабо освоенных, труднодоступных регионах. Здесь возможности вовлечения рекультивированных ландшафтов в хозяйственный оборот ограничены, поэтому целью рекультивации является ликвидация очага негативного воздействия на природную среду, особенно если таковой проявляет активность и обладает тенденцией к расширению. Как правило, восстановительные мероприятия природоохранного направления ограничиваются горнотехническим этапом, после чего территория передается под естественное зарастание. В наиболее неблагоприятных условиях, например, когда отсутствуют естественные источники обсеменения, вся выровненная площадь засевается сидератными травосмесями. При этом особенно хорошо зарекомендовал себя метод гидропосева, разработанный учеными Сыктывкарского государственного университета [77].

В случаях когда объекты рекультивации расположены в густонаселенных регионах, но их последующее использования в сельско-, лесо-, водохозяйственных или рекреационных целях осложнено каким-либо негативным фактором (например, трудно устранимой токсичностью грунтов), проводится санитарно-гигиеническая рекультивация, основная задача которой – ликвидировать очаг опасного воздействия на прилегающие заселенные территории. Биологический этап рекультивации на таких объектах обязателен. Он предполагает создание устойчивого растительного покрова из толерантных, устойчивых к загрязнению, быстро растущих видов, включающих районированные древесно-кустарниковые и травянистые виды растений с повышенным мелиоративным потенциалом.

В зависимости от избранного направления рекультивации количество этапов и объемы восстановительных работ варьируют. В некоторых случаях рекультивация может ограничиться одним этапом, например горнотехническим, включающим уборку мусора и выравнивание рельефа. В более сложных условиях – двумя (горнотехническим и мелиоративным), объединяющими мероприятия по планировке рельефа, взрыхление поверхности, внесение в почвообразующий субстрат удобрений и мелиорантов для стимуляции процесса естественного зарастания нарушенного участка. При отсутствии в проекте биологического этапа горнотехническая

39

рекультивация может иметь самостоятельное назначение – ее целью является создание устойчивого рельефа в границах нарушенной площади.

Таким образом, рекультивация нарушенных земель в настоящее время четко регламентирована на законодательном уровне и представляет собой сложный комплекс последовательно выполняемых восстановительных мероприятий, направленных на реабилитацию природных территорий. Изучение имеющегося опыта восстановительных работ в целом в России и в Пермском крае в частности, показывает, что в действительности рекультивация зачастую ограничивается горнотехническим этапом, который наносит дополнительный ущерб природной среде, поскольку приводит к переуплотнению поверхности нарушенной площади, препятствующему ее естественному зарастанию. Нарушенный участок, оставленный без внимания после горнотехнических мероприятий, быстро деградирует под влиянием водной эрозии и дефляции, а почвенный покров естественным образом восстанавливается долгие десятилетия. Даже при наличии естественного лесовозобновления формирование сомкнутых насаждений происходит не ранее 60-летнего возраста, продуктивность возобновления бывает значительно ниже ожидаемой [84]. На протяжении короткого времени такие земли переходят в категорию неудобий, затраты на восстановление их продуктивности оказываются всегда более высокими, чем плановые затраты на рекультивацию.

40

Г л а в а 2

Н АУ Ч Н О -М Е Т О ДИ Ч Е С К И Е О С Н О ВЫ Р Е К У Л Ь Т И ВАЦ И И

2.1. Ландшафт как объект рекультивации

Рекультивация земель первоначально рассматривалась в качестве сугубо прикладной задачи восстановления нарушенного почвенного покрова. Потребовалось несколько десятилетий и громадный опыт восстановительных работ, чтобы понять очевидную истину, сформулированную еще в XIX в. великим русским ученым, основоположником генетического почвоведения В.В.Докучаевым, что «почва есть зеркало ландшафта», поэтому существует не сама по себе, а является закономерным результатом «…вековечных связей между силами, телами и явлениями природы…» [29, с.14].

Идея о связях между компонентами природы была положена в основу созданного В.В.Докучаевым учения о почве как универсальном «продукте», образующемся в процессе взаимодействия горной породы, тепла, влаги, особенностей рельефа, растительности и живых организмов. Развивая данные представления, В.В.Докучаев подчеркивал, что все природные компоненты столь тесно связаны между собой, что разумно и рационально управлять ими можно, только имея в виду «…всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части…» [31, с.146]. Отсюда очевидно, что рекультивации должна подвергаться не только почва, но и весь территориальный комплекс природных компонентов, участвующих в почвообразовании. Современная наука называет такой комплекс ландшафтом.

На бытовом уровне представление о ландшафте сложилось несколько веков назад. В первоначальном семантическом значении слова – вид местности – термин «ландшафт» появился в немецком языке для обозначения природных особенностей земных пространств и был введен в научную терминологию немецким ученым А.Гоммейером в 1805 г.; французский аналог ландшафта – paysage (пейзаж). Возобладавший в России терминологический смысл «ландшафту» придал выдающийся российский естествоиспытатель Л.С.Берг. Вслед за В.В.Докучаевым он использовал данный термин для выражения идеи территориальной целостности природной среды,

41

взаимной связи и взаимозависимостей между образующими ее компонентами, назвав ландшафтом совокупность предметов и явлений на земной поверхности, в которых «…особенности рельефа, вод, почв, растительного покрова и животного мира, а также деятельности человека сливаются в единое гармоническое целое, типически повторяющееся на протяжении данной природной зоны…» [7].

Таким образом, сформировавшись на рубеже XIX–XX вв., представление о ландшафте заложило основы нового научного направления – ландшафтоведения, целью которого является изучение межкомпонентных взаимосвязей в природе. К настоящему времени теоретико-методические основы ландшафтного направления проработаны достаточно глубоко для объективных оценок природных процессов, но основная научная дефиниция – «ландшафт» – до сих пор является предметом научных дискуссий, не имея внятного однозначного толкования.

В современной науке существуют 4 точки зрения на «ландшафт» – общая, типологическая, региональная и геосистемная. Сторонники первой рассматривают ландшафт в качестве безразмерной территориальной единицы, выделяемой на основе внешних признаков однородности [45]. Ландшафт при этом становится научной категорией, равнозначной в терминологическом смысле прочим обобщенным понятиям, таким как почва, растительность и т.д. Название ландшафту присваивается по ведущему визуально воспринимаемому признаку, например: равнинный ландшафт, долинно-приречный ландшафт, горный ландшафт, антропогенный ландшафт и т.д. Сторонники типологической трактовки ландшафта рассматривают данную единицу в качестве типа природного территориального комплекса, являющегося носителем зональных признаков природной среды [17]. Например: тундровый ландшафт, таежный ландшафт, степной ландшафт и т.д. Региональная точка зрения делает акцент на местные особенности природы, называя ландшафтом природный территориальный комплекс регионального уровня, единый и не делимый по зональным и незональным признакам [38]. При этом каждый ландшафт приобретает черты ярко выраженной индивидуальности, поэтому наделяется именем собственным. Например: Прикамский ландшафт, Тулвинский ландшафт и т.д.

Рассмотренные выше представления о ландшафте считаются классическими. Несмотря на имеющиеся различия, их объединяет признание объективного существования данной природной единицы, ее территориальная однородность и наличие характерных признаков,

42

визуально выделяющих ландшафт на фоне окружения. С этих позиций в обобщенном виде дефиниция «ландшафт» обозначает генетически однородный территориальный участок на поверхности Земли, естественно обособившийся в ходе развития и состоящий из взаимодействующих компонентов и морфологических единиц более низких рангов, формирующих его внутреннюю структуру.

Во второй половине прошлого века благодаря трудам выдающихся ландшафтоведов Д.Л.Арманда [2] и В.Б.Сочавы [76] сформировалась несколько иная точка зрения на ландшафт, позволяющая рассматривать его в качестве геосистемы – своего рода функциональной ячейки в структуре ландшафтной оболочки Земли. С геосистемных позиций ландшафт есть внутренне целостная открытая система активно взаимодействующих природных компонентов, выделяющаяся на фоне окружения благодаря ведущему функциональному процессу и развивающаяся под влиянием внешних потоков вещества и энергии.

В связи с неоднозначностью используемых трактовок термина «ландшафт», вносящих путаницу в прикладные исследования, данная дефиниция стандартизована [61]. Государственный стандарт – ГОСТ 17.8.1.01-86 – рекомендует использовать термин «ландшафт» для обозначения функциональной территориальной системы, состоящей из взаимодействующих природных или природных и антропогенных компонентов и комплексов более низкого таксономического ранга. Это подчеркивает важность учета природных связей между компонентами и повышает значимость системных позиций в ландшафтной науке.

Принципиальное отличие системного подхода от классического состоит в выделении ландшафта не по территориальной однородности, а по ведущему процессу, объединяющему в единое функциональное целое визуально различающиеся территориальные участки. Ведущие процессы могут быть разными, например поверхностный сток, объединяющий в единый ландшафт морфологические единицы (урочища) склона и прилегающей равнины; дефляционный перенос, объединяющий участки ветровой эрозии и аккумуляции и т.д.

Катализатором геосистемных представлений о ландшафте выступила геохимическая теория, в недрах которой сформировалось представление о природных парагенетических системах [68, 69 и др]. Рассматривая природную среду с позиций геогенеза как закономерное сочетание пяти типов миграции вещества – элювиального, транзитного, аккумулятивного, трансаккумулятивного и трансэлювиального – геохимическая теория позволила упорядочить

43

представление о ведущих процессах ландшафтного функционирования и о ландшафтах как природных территориальных единицах, разделив их соответственно типам миграции.

К элювиальным ландшафтам при этом отнесены природные территориальные ареалы, в которых процесс выноса вещества преобладает над его поступлением. В нормальных природных условиях это возвышенные участки, в том числе водоразделы разных уровней. Прилегающие к элювиальным ландшафтам склоны представлены транзитными ландшафтами, формирующимися в условиях однонаправленного потока вещества. Замкнутые (не имеющие стока) понижения рельефа с очевидным преобладанием накопления вещества над его выносом получили название аккумулятивных ландшафтов. Трансаккумулятивные и трансэлювиальные ландшафты относятся к переходным ландшафтным единицам, развивающимся при попеременном доминировании транзитных, аккумулятивных или элювиальных процессов перемещения вещества. В природных условиях к трансаккумулятивным относят ландшафты речных долин – для них характерно развитие аккумулятивных процессов на фоне общего транзитного потока. Трансэлювиальные ландшафты – это, в первую очередь, нагорные террасы, совмещающие в пространстве два ведущих процесса переноса вещества – элювиальное разрушение и вынос.

Ландшафт полифункционален: помимо рассмотренного переноса вещества в нем происходит множество других процессов, зачастую имеющих четкие визуально воспринимаемые внешние атрибуты. Для практических целей, не предполагающих углубленного изучения ландшафтного функционирования, но нуждающихся в правильной и по возможности быстрой оценке состояния и направленности развития ландшафта, например для координации восстановительных мероприятий с естественными природными процессами, очень важно уметь получать необходимую информацию, располагая только общими ландшафтными показателями.

Первичную информацию о ландшафте и происходящих в нем процессах можно получить, исходя из таксономической принадлежности объекта. Факторы ландшафтообразования, определяющие таксономический статус ландшафта, одновременно являются факторами его устойчивости, формирующими инвариант ландшафтной единицы. Чем стабильнее инвариант, тем выше устойчивость к антропогенной нагрузке. Ландшафтоведение пока не располагает достаточным объемом данных даже для ориентировочной

44

оценки устойчивости таксонов в ранге отдела, то есть не может ответить на вопрос, какие ландшафты этого уровня более устойчивы – аквальные (океанические) или аэральные (ландшафты суши). На более низких уровнях, с которыми обычно связаны прикладные исследования, такие оценки возможны (см.табл.2.1).

Таблица 2.1

Таксономическая система ландшафтных единиц

Таксон Основания для

выделения ландшафтных единиц

Ландшафты

Средний балл природной

устойчивости к антропогенной

нагрузке

О т д е л Тип контакта геосфер, формирующих ландшафт

Аквальные Аэральные Переходные

-* - -

Т и п Зональная принадлежность ландшафта

Тундровые Таежные Лесные Степные Пустынные Переходные

1 6 5 4 2 3

К л а с с Тип миграции вещества в ландшафте

Элювиальные Транзитные Аккумулятивные Трансэлювиальные Трансаккумулятивные

5 1 4 2 3

Р о д Уровень биопродуктивности ландшафта

Высокопродуктивные Продуктивные Низкопродуктивные Непродуктивные

4 3 1 2

В и д Степень сложившейся антропогенной нагрузки на ландшафт

Условно естественные Измененные Нарушенные

- - -

*Прочерк в графе означает, что устойчивость не может оцениваться по показателям, использованным для выделения данной таксономической единицы

45

В когорте зональных ландшафтов наиболее устойчивы таежные ландшафты. Этому способствует комплекс природных факторов, важнейшим из которых являются гумидный климат, предопределяющий постоянное присутствие в ландшафте гравитационно активной влаги в количествах, достаточных для постоянного «промывания» ландшафтного профиля.

По направлению на север и на юг от таежной зоны потенциал устойчивости типологических ландшафтных единиц снижается. В южном направлении снижение происходит медленно, в северном – быстро, достигая минимума у тундровых ландшафтов (см.табл.2.1). Различия обусловлены климатическими причинами, замедленностью и волнообразным характером биогеохимического круговорота в тундровой зоне. Зимой при отрицательном радиационном балансе и низких температурах биогеохимические процессы затухают, разложение загрязнителей в ландшафте прекращается, но сохраняются предпосылки для эрозионной деятельности, усугубляющей внутриландшафтную деструкцию. В летний период биогеохимические процессы в тундровых ландшафтах работают преимущественно в направлении аккумуляции тепла, влаги, органического вещества и вместе с ними – загрязняющих ингредиентов. В силу природного своеобразия тундровые ландшафты, в отличие от прочих, не способны ни деструктировать, ни удалять загрязнение, не способны они самостоятельно ликвидировать и механические нарушения ландшафтообразующих компонентов.

Ландшафты таксономического ранга «класс», расположенные в таксономической системе уровнем ниже, нежели «тип», имеют аналоги в типологических единицах, дифференцируя устойчивость в соответствии с классами миграции вещества и энергии. Так, например, наиболее устойчивая типологическая единица «таежный ландшафт» объединяет ландшафтные ареалы в ранге класса, из которых наиболее высокой устойчивостью характеризуются элювиальные ландшафты, относительно автономные в плане миграционных процессов. Наименьшей устойчивостью обладают ландшафты транзитного класса, в которых на фоне высокой естественной динамики, обусловленной склоновым местоположением, любые изменения стимулируют активизацию эрозионной деятельности.

Аналогичным образом варьирует устойчивость ландшафтных единиц на уровне таксона «род». Повышенной устойчивостью здесь выделяются высокопродуктивные ландшафты, к которым относятся территориальные ареалы с продуктивностью, превышающей средний

46

зональный показатель. Наиболее низкая устойчивость характерна для ландшафтов с пониженной продуктивностью (ниже средних зональных значений) – при наличии антропогенной нагрузки они быстро деградируют до состояния непродуктивных; в то время как непродуктивные могут измениться в сторону повышения продукционного потенциала, поэтому имеют более высокий балл устойчивости (см.табл.2.1).

Представленная таксономическая система ландшафтов с общими показателями устойчивости может служить основой для оценки природного статуса нарушаемого ландшафта, его экологической и хозяйственной ценности, природного потенциала устойчивости. Необходимую для этого информацию можно получить, если использовать топографическую карту нужного масштаба, на которой показана зональная принадлежность и геоморфологическое размещение участка изысканий. Например, картографическая информация свидетельствует, что участок расположен в лесной зоне, покрыт лесом стандартного видового состава, приурочен к понижению рельефа. В рамках принятой таксономической системы рассматриваемый ландшафт идентифицируется как условно естественный лесной (устойчивость – 5 баллов) аккумулятивный (4 балла) продуктивный (3 балла). Суммарный потенциал устойчивости рассчитывается путем суммирования оценочных показателей и составляет в данном случае 12 баллов. Если на карте показано, что данный участок представлен вырубкой, его ландшафтная характеристика будет другой: нарушенный лесной (5 баллов) аккумулятивный (4 балла) низкопродуктивный (1 балл). Суммарный показатель устойчивости составит 10 баллов.

Наиболее низкий потенциал устойчивости в данной системе имеет ландшафт, идентифицированный как тундровый (1 балл) транзитный (1 балл) низкопродуктивный (1 балл). Его суммарный потенциал устойчивости всего 3 балла. Наиболее высока устойчивость у ландшафта, идентифицированного как таежный (6 баллов) элювиальный (5 баллов) высокопродуктивный (4 балла), имеющего суммарный потенциал устойчивости 15 баллов.

Опыт прикладных исследований показал, что при натурном изучении природных объектов наибольшие сложности связаны с выделением ландшафтов. Выделение ландшафта на местности означает нахождение его реальных границ. Современная теория ландшафтоведения исходит из того, что каждый ландшафтный ареал, от самого дробного, называемого ландшафтной фацией, до самого

47

крупного – зонального ландшафта, имеет вертикальные и горизонтальные границы [38, 39]. Вертикальная мощность ландшафта колеблется в широких пределах, измеряемых метрами и сотнями метров. Наиболее часто верхнюю границу ландшафтных единиц проводят на высоте исчезновения температурно-влажностные различия между ними. Залегание нижней границы ландшафтов варьирует в зависимости от мощности гипергенного слоя. Обычно ее проводят на глубине затухания сезонных колебаний температуры. Расположенный выше почвенно-грунтовый слой, в котором развиваются сезонные процессы, происходит активная гео- и биохимическая трансформация вещества и энергии, влагооборот, рассматривается в качестве ландшафтного фундамента [38].

Принято различать 3 типа горизонтальных границ между ландшафтами: дивергентные, конвергентные и процессные. Дивергентные границы – это условные линии на местности, разделяющие потоки вещества и энергии. Классическая дивергентная граница – линия водораздела. Конвергентные границы в отличие от дивергентных – линии, соединяющие потоки вещества и энергии. К ним относятся тальвеги, долины рек и т.п. Процессные границы – линии, отражающие изменение какого-либо ландшафтного процесса. Например, стык подошвы горы и прилегающей равнины, характеризующий смену транзитных потоков вещества аккумулятивными процессами; граница леса и луга, где наблюдается изменение биотического процесса и т.д.

Будучи территориальным комплексом определенного уровня, ландшафт может иметь как относительно простое (однородное) для данного уровня, так и сложное внутреннее строение, выраженное своеобразием взаимодействующих ландшафтообразующих компонентов – горных пород, вод, воздуха, почв, растительности, животных. Компоненты ландшафта образуют его вертикальную структуру. В зависимости от их представленности ландшафты принято делить на полночленные (представлен полный набор компонентов) и неполночленные (отсутствуют какие-либо компоненты, например, в пустынных ландшафтах – растительность).

Помимо вертикальной структуры ландшафт характеризуется горизонтальной (морфологической) структурой. Она формируется из элементарных относительно однородных участков ландшафта разных уровней. Известны 5 уровней морфологического строения – нано-, микро-, топо-, мезо-, макро [2, 38, 76]. Для прикладных исследований наиболее оправданным представляется выделение двух уровней

48

внутриландшафтной организации – микро- и мезо. Данным уровням соответствуют единицы морфологической структуры ландшафта, называемые соответственно фациями и урочищами.

В классическом ландшафтоведении фация (синонимы: элементарный гомогенный ареал, микроландшафт, геотоп) является наименьшей единицей морфологической структуры ландшафта. Она характеризуется ярко выраженным компонентным единством – одинаковым литологическим составом пород, однородным рельефом, микроклиматом, одной почвенной разностью и одним биоценозом. Индикатором для выделения фации на местности служит растительный покров, поэтому название фации обычно начинается именно с обозначения ее растительной принадлежности. Например, фация ивняка осокового на дерново-глеевых почвах притеррасной поймы. Группа фаций, объединенных ведущим функциональным процессом, обычно проявляющимся как территориально обособленный участок ландшафта в границах одной мезоформы рельефа, образует структурную единицу более высокого ранга, называемую урочищем. Урочище (синоним – элементарный разнокачественный ареал) – группа фаций, выделяющихся в ландшафтной структуре на основе орографической общности, обычно в границах одной мезоформы рельефа.

Ландшафты по своей природной сути – образования динамичные, находящиеся в состоянии непрерывного развития под влиянием внешних и внутренних факторов. Факторы ландшафтообразования – это движущие силы совершающихся ландшафтных процессов, они подразделяются:

• по происхождению – на природные и антропогенные; • по компонентной принадлежности – на климатические

(солнечная радиация, влажность воздуха, осадки, атмосферное давление, ветер); эдафические (геолого-геоморфологические и почвенно-грунтовые условия) и биотические (растительность, животные);

• по интенсивности влияния на ландшафт – на ведущие (сильные) и ведомые (слабые).

Ведущие факторы определяют основные черты функционирования и состояния ландшафта, то есть его инвариант. Ведомые факторы корректируют деятельность ведущих факторов и внутриландшафтных процессов, не влияя на общую направленность ландшафтного развития. Опыт ландшафтных исследований показал, что при антропогенной трансформации ведущих факторов происходит

49

разрушение естественного ландшафта и его коренное преобразование. Ландшафты, у которых нарушены ведущие факторы формирования, имеют крайне мало шансов вернуться к первоначальному состоянию, то есть восстановиться естественным образом без вмешательства человека они не могут. При нарушениях ведомых факторов ландшафт способен вернуться в первичное или близкое к нему состояние естественным путем. Поэтому при выборе направления и методов рекультивации таких ландшафтов можно без опасения ограничиться минимальным объемом горнотехнических работ, направленных на содействие естественному восстановлению природного потенциала.

Действуя на ландшафтообразование одновременно, ведущие и ведомые факторы выстраиваются в так называемый «ряд Н.А.Солнцева» [74]: геологическое строение → рельеф → климат → воды → почвы → растительность → животный мир. Самым сильным в ряду является фактор геологического строения, наиболее слабым – животный мир. При необходимости в этом ряду выделяют специфические факторы, сдерживающие интенсивность развития ландшафтных процессов. Они получили название лимитирующих факторов. Роль лимитирующего может играть в зависимости от условий любой фактор, состояние которого близко к критическому. Например, дефицит тепла, влаги, особенности физических свойств или химического состава грунтов и т.п.

Учитывая, что ландшафт – это система взаимодействующих компонентов, для принятия решений о выборе направления рекультивации, необходимо четко представлять роль каждого компонента в системе ландшафтного функционирования. Особенностью ландшафтообразующих компонентов является их поливещественность, то есть в каждом из компонентов присутствует вещество всех других, придавая ему такие свойства, которыми не могут обладать физически однородные вещества. Так, например, влажный воздух, в отличие от абсолютно сухого, обладает электропроводностью; природные воды, представляющие собой растворы различных веществ, имеют более высокую химическую активность, чем химически чистая вода и т.д. Поливещественность компонентов обусловлена их постоянным взаимодействием, взаимопроникновением, определяющим естественную целостность ландшафта как природной системы.

Компоненты ландшафта, так же как и факторы ландшафтообразования, принято делить на природные и антропогенные. Антропогенные компоненты объединяют формы и

50

результаты хозяйственной деятельности человека. Природные компоненты представлены частями отдельных сфер ландшафтной оболочки: литосферы, гидросферы, атмосферы, педосферы и биосферы. Последняя при этом рассматривается в узком смысле как совокупность массы всех живых организмов. Не следует отождествлять компоненты и факторы ландшафтообразования, хотя данные понятия тесно связаны. Собственно говоря, с позиций современной ландшафтной теории любой материальный субстрат может выступать одновременно как компонентом, так и фактором ландшафтообразования [38]. В первом случае он рассматривается как инертный материальный субстрат, входящий в вещественную структуру ландшафта, во втором – как активное начало, движущая сила, без которой невозможен процесс функционирования и развития ландшафта.

Таким образом, ландшафт, являясь целостным функциональным образованием, существует благодаря тому, что каждый его компонент выполняет возложенные на него функции, выступая при этом фактором ландшафтообразования. Будучи тесно связанными единым процессом функционирования компоненты и факторы ландшафтообразования зависят друг от друга. В этой связи изменение любого из них включает «цепную реакцию» деформации всех прочих, в итоге – изменение ландшафта в целом. Интенсивность данного процесса предопределяется местом и ролью каждого участника ландшафтного функционирования (табл.2.2).

Поскольку ландшафты в первичном состоянии являются природными образованиями, не утрачивающими своей связи с природой даже при крайних степенях антропогенной нагрузки, они развиваются по законам природы. Все изменения, происходящие в них, предопределены внешними потоками вещества и энергии, поступающими в ландшафт. Внутри ландшафтного ареала постоянно протекает сложный процесс поглощения и преобразования энерго-вещественных потоков, в ходе которого ландшафтом создается «продукт» в виде фитомассы.

Процесс поглощения и преобразования потоков вещества и энергии называют функционированием ландшафта [38]. В нормальных природных условиях этот процесс относительно стабилен на протяжении всего периода существования ландшафта. Относительность параметров функционирования обусловлена ритмическим характером ландшафтных процессов, связанных с суточной, годовой и более длительной ритмикой развития природной

51

среды в целом. Функционирование ландшафта – сложный процесс, объединяющий трансформацию энергии, влагооборот, биогеоцикл [38]. Все природные процессы, протекающие в ландшафте, являются энергетическими. Поэтому ландшафт нуждается в постоянной энергетической подпитке из внешних источников.

Главный поставщик энергии – Солнце, значительно в меньшей степени ее поставляют Космос и земные недра. В этой связи при нормальном режиме функционирования энергетические процессы в ландшафтах происходят именно благодаря солнечной энергии, поступающей в атмосферу Земли в виде электромагнитного излучения

52

Таблица 2.2 Состав и функциональная роль компонентов в ландшафте

Компонент ландшафта

Стандартные физические состояния для ландшафтов с нормальным режимом функционирования

Функциональная роль компонента в ландшафте Характеристика

состояния Плотность, т/м3 Температура, 0С

Воздушная масса

Холодная Теплая Горячая

>0,0011 0,0009–0,0011

<0,0009

< +5 +5 – +25

> +25

Определяет интенсивность процессов выветривания, испарения, транспирации, фотосинтеза, биологической активности зоомассы и др.

Водная масса Твердая (лед) Рыхлая (снег) Газообразная (пар) Жидкая (вода)

0,8 – 0,9 0,1 – 0,8

<0,1 1,0

< 0 < 0

> +98 > 0

Перенос вещества и энергии. Определяет активность физико-химических процессов, фотосинтез, объем транспирации. Корректирует альбедо, биогеоцикл и др.

Литомасса

Силикатная Карбонатная Прочие виды

1,0–2,7 0,9–2,7 0,7–2,7

-2 – +60 -2 – +60 -2 – +60

Формирует «фундамент» ландшафта, определяет общие закономерности физических, химических процессов и др.

Почва Глинистая Суглинистая Супесчаная Песчаная

1,3–1,5 1,1–1,3 0,9–1,1 0,7–0,9

-10 – +60 -10 – +60 -10 – +60 -10 – +60

Влаго- и теплопоглощение, адсорбция и абсорбция, обеспечение растений элементами питания, среда для гумификации, минерализации органического вещества и др.

Фитомасса Зеленая Древесная Корневая

0,017 – 0,224 0,400–1,020

0,052 – 0,306

> +5 > +5 > +5

Фотосинтез, транспирация, трансформация и аккумуляция энергии, почвообразование, биогеохимический цикл и др.

Животные Авифауна Гидрофауна Терратофауна

0,3 – 0,7 0,3 – 0,7 0,3 – 0,7

> +37 >0

> +10

Функциональная роль в ландшафте незначительна за некоторыми исключениями (колонии и стада степных животных, птичьи базары и т.п.)

53

54

с разными длинами волн в форме инфракрасных, световых, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей. Земная атмосфера беспрепятственно пропускает лишь световые лучи, остальные задерживаются озоновым экраном, поэтому энергия, поступающая в ландшафты, представлена преимущественно потоком световых лучей, около 45% которого образовано фотосинтетически активной радиацией (ФАР), необходимой для жизнедеятельности биоты (табл.2.3).

Таблица 2.3 Источники энергии в ландшафте [79]

Виды и источники энергии Количество Доля, %

МКал/см2 в год

МДж/см2 в год

Космическая энергия: - лучистая энергия Солнца - энергия космических лучей

1365,85000 0,00002

5600,0000 0,0001

99,9600 <0,0001

Земная энергия: - энергия тектонических движений - тепловая энергия недр - энергия приливного трения - другие виды

0,0073 0,4878 0,0244

<0,0200

0,0300 2,0000 0,1000

<0,1000

0,0005 0,0300 0,0020 <0,0020

Энергетические потоки, поступающие в ландшафт,

трансформируются в нем в другие виды энергии: тепловую, химическую, механическую. Процесс преобразования энергии в ландшафте предполагает ее поглощение, накопление, высвобождение и частичное рассеивание. Приходная часть энергетического потока, осваиваемая ландшафтом, соответствует солнечной постоянной и выражается величиной, равной 2 кал/см2 в минуту. Однако это количество не полностью реализуется в ландшафтном функционировании. Почти половина его (около 48 %) отражается верхними слоями тропосферы. Земной поверхности достигает не более 52 %, т.е. в среднем 1,04 кал/см2 в минуту, распределяясь в ландшафте следующим образом [79]:

• 10 % отражается обратно в атмосферу вследствие альбедо поверхности ландшафта. Поскольку альбедо зависит от зонального и орографического положения ландшафтной

53

единицы, от ее состояния, в том числе от температуры и влажности на определенный период времени, количество отраженной радиации существенно изменяется как в пространстве, так и во времени; • 32 % рассеивается непосредственно в ландшафте в форме тепловой энергии, обеспечивая обогрев, испарение, транспирацию и прочие внутренние ландшафтные процессы; • 10 % аккумулируется растительностью при фотосинтезе. Эта часть энергии запасается в ходе ландшафтного функционирования в виде органогенных полезных ископаемых и временно выводится из биогеоцикла с потенциальной возможностью последующего высвобождения при использовании тепловых энергоресурсов. Энергетический баланс ландшафта не является постоянной

величиной. Он зависит от многих внешних и внутренних факторов, важнейшим из которых является альбедо ландшафтообразующих компонентов (табл.2.4).

Таблица 2.4 Альбедо ландшафтообразующих компонентов [38]

Ландшафтный компонент

Количественные значения альбедо,%

Пределы варьирования Среднее

Свежевыпавший рыхлый снег 85 – 90 87

Уплотненный чистый снежный покров 60 – 80 70

Снег в период снеготаяния 30 – 60 40

Литомасса (в зависимости от цвета) 5 – 40 30

Почва (в зависимости от типа) 5 – 35 20

Отмершая органика (ветошь) 16 – 20 19

Листовая зелень и трава 16 –24 17

Хвойная растительность 8 – 12 10

Вода 3 – 10 8

У многих ландшафтов величина альбедо непостоянна, меняется

пропорционально изменениям плотности, цветности, увлажненности вещества компонентов. Например, мокрая почва становится более

54

темной, поэтому ее альбедо уменьшается, тем самым увеличивается потенциал теплопоглощения. Происходящее при этом замещение почвенного воздуха водой вследствие более высокой теплоемкости последней повышает теплоемкость почвы (табл.2.5). В итоге увлажнение почвенного субстрата в верхней части профиля почвы существенно увеличивает тепловой потенциал ландшафта в целом. Ландшафт накапливает больше тепловой энергии, медленнее охлаждается.

Таблица 2.5 Теплофизические характеристики природных субстратов [63]

Субстрат Плотность, кг/м3

Удельная теплоемкость,

Дж/кг

Теплопроводность, Вт/м

Почвенный воздух 1,30 1008,00 0,02

Пресная вода 1000,00 4200,00 0,60

Соленая (морская) вода 1025,00 4195,00 0,65

Известняк 2600,00 715,00 1,70

Гранит 2700,00 840,00 3,40

Песок 1500,00 650,00 0,20

Суглинок 2000,00 675,00 0,30

Глина 2200,00 700,00 0,40

В природном плане повышенная влажность

ландшафтообразующих компонентов на фоне прочих равных условий ведет к изменениям в сезонной ритмике ландшафтного функционирования, выражающемся в увеличении продолжительности осеннего сезона: затяжная осень обычно сменяет аномально влажный и прохладный (на фоне многолетней нормы) летний фенологический сезон.

Благодаря работам Д.Л.Арманда и др. [2, 38, 40, 79], факторы трансформации и составляющие энергетического баланса ландшафтов изучены детально, разработано базовое уравнение энергетического баланса:

СЛ = СА + СП + СР + СИ ,

55

где СЛ – энергетический баланс ландшафта; СА – затраты энергии на обогрев поверхности и турбулентный поток тепла в атмосферу; СП – затраты энергии на обогрев поверхности и турбулентный поток тепла в почву; СР – затраты энергии на фотосинтез и дальнейшую трансформацию биогенного компонента; СИ – затраты на испарение.

В нормальном режиме ландшафтного функционирования прочие составляющие энергетического баланса (перенос энергии в результате перемещения воздушных масс, ее трансформация осадками и за счет окисления биомасс, освобождение при выветривании минералов) ничтожны, поэтому при расчетах их обычно не учитывают. Не учитывается и тепловой поток из недр Земли, поскольку средняя величина его не превышает в обычных условиях 0,04 % суммарной солнечной радиации. Доля земной энергии соизмерима с энергией солнечной радиации только в тектонически активных ландшафтах. В периоды вулканических извержений геотермический поток из земных недр может достигать в таких ландшафтах 6∙107 МКал/м2 в год, то есть значительно превышать первичный инсоляционный потенциал ландшафтного функционирования [38].

Составляющие энергетического баланса существенно отличаются на зональном уровне. В аридных зонах (степной, полупустынной и пустынной) наибольшие энергозатраты (до 95 %) приходятся на нагревание и турбулентный теплообмен. В структуре энергобаланса наибольший вес имеют позиции СА и СП. Этому способствует активное поглощение солнечной энергии почвенным и литосферным компонентами на фоне отсутствия затрат тепла на испарение. Для гумидных зон (тундровой, таежно-лесной и лесостепной) соотношения расходных составляющих энергетического баланса близки. Наибольшие энергозатраты (до 84 % поступающей в ландшафт энергии) в них идут на суммарное испарение (эвапотранспирацию), включающее наряду с обычным физическим испарением транспирацию влаги растительным покровом. Эвапотранспирация в разрезе ландшафтного функционирования представляет собой исходную позицию сложного функционального процесса, называемого влагооборотом.

Общая схема влагооборота, происходящего в ландшафте, включает взаимозависимые процессы поступления, перемещения, качественной и количественной трансформации гидромасс. Наиболее общие показатели этих процессов определяются зональными чертами водного баланса. Уравнение водного баланса имеет стандартный вид:

ОС = СПВ + СПЗ + Э ,

56

где ОС – приходная часть, формирующаяся за счет поступления атмосферных осадков; СПВ – расходная часть, представленная поверхностным стоком; СПЗ – расходная часть, представленная подземным стоком; Э – расходная часть, включающая совокупный объем физического испарения и транспирации влаги растительностью.

Влагооборот – крайне важное функциональное звено механизма взаимодействия ландшафтообразующих компонентов. Водные потоки по выражению А.Г.Исаченко «… пронизывают ландшафт подобно кровеносной системе…» [38,с.169]. Они являются основной транспортирующей средой, осуществляющей межкомпонентный материально-энергетический обмен. Благодаря деятельности водных потоков происходят перемещение, трансформация, аккумуляция энергии и вещества в ландшафтах.

Структура и интенсивность влагооборота зависят от внешних факторов, в первую очередь от соотношения тепла и влаги, определяющих зональные показатели ландшафтообразования. По аналогии с режимом увлажнения почв ландшафты принято разделять по типам водного режима: ландшафты с промывным, непромывным и выпотным режимом. Промывной тип водного режима характерен для гумидных ландшафтов, формирующихся в условиях, когда количество атмосферных осадков значительно превышает показатели эвапотранспирации, т.е. ОС>Э . В ландшафтах с промывным режимом всегда имеется достаточный объем свободной, гравитационно активной влаги, обеспечивающей сплошное промачивание ландшафтного профиля до грунтовых вод и определяющей преобладание нисходящих движений растворов над восходящими, в связи с чем ландшафтный ареал постоянно освобождается от наиболее активных, агрессивных в биологическом отношении водорастворимых соединений. Они вымываются в грунтовые воды, уходят с подземным и поверхностным стоком. Промывной тип водного режима способствует активной эрозионной деятельности, развивающейся в случаях нарушения целостности растительности на участках склонов и на водоразделах.

Непромывным и выпотным типами водного режима отличаются ландшафты влагодефицитных зон (лесостепной, степной, полупустынной, пустынной), в водном балансе которых количество осадков равно (непромывной тип) или меньше (выпотной тип) объема влаги, необходимого для эвапотранспирации, то есть ОС ≤ Э. Гравитационно активной воды в таких ландшафтах очень мало, почти нет, и влагооборот замыкается на верхних биогенных горизонтах

57

ландшафта. Поступившая в виде осадков влага увлажняет лишь растительный покров и верхнюю, насыщенную корнями часть почвенного профиля, не просачиваясь до грунтового стока. Благодаря активной эвапотранспирации, она быстро испаряется, возвращаясь в атмосферу.

Данные типы влагооборота способствуют повышению аккумулятивного потенциала ландшафта. Под влиянием избытка тепла и недостатка влаги в ландшафте происходит глубокое прогревание почвенно-грунтового слоя, ведущее к выпариванию минерализованных, насыщенных солями водных растворов из подземных водоносных горизонтов. Общая направленность водообмена, в отличие от гумидных ландшафтов, восходящая. Она усиливается транспирационной деятельностью фитомассы, развивающей в таких условиях мощную корневую систему, способную извлекать необходимую для продукционного процесса влагу из глубоко залегающих водоносных слоев, благодаря чему на поверхность выносится значительное количество минеральных солей. Естественное функционирование ландшафтов с выпотным типом водного режима направлено на концентрирование минеральных загрязняющих ингредиентов, в том числе водорастворимых, что не свойственно ландшафтам с гумидным типом влагооборота.

Объем влаги, вовлекаемой во влагооборот, пропорционален активности фитопродукционного процесса. Согласно расчетам на единицу продуцируемой ландшафтом фитомассы расходуется в среднем около 400 единиц воды [38]. В гумидных ландшафтах с холодным и влажным климатом – немного меньше, в ландшафтах с жарким и сухим климатом – больше. Например, для гумидных условий тайги данный показатель колеблется от 260 до 320 единиц. При этом наименьший объем транспирации зафиксирован у лиственничников, наибольший – у лиственных древостоев с преобладанием березы. Растительность аридных зон может транспирировать до 1500 единиц влаги на 1 единицу нарастающей фитомассы. Столь высокая потребность в воде лишний раз свидетельствует о важности водного компонента в жизнедеятельности ландшафта. Собственно говоря, без него невозможна третья составляющая ландшафтного функционирования – биогеоцикл.

Под биогеоциклом понимается способность ландшафта производить и деструктировать биомассу (в первую очередь растительную), поэтому данный процесс иногда называют малым биологическим круговоротом вещества. Однако он не ограничивается

58

только изменением объема и перемещением биологических субстратов. Биогеоцикл – процесс, в котором принимают участие все компоненты и факторы ландшафтообразования. В ходе биогеоцикла, наряду с ростом, развитием, отмиранием и деструкцией растительной массы, осуществляется миграция минеральных соединений и перераспределение энергии внутри ландшафта. Важность биогеоцикла для ландшафта любого уровня как функциональной системы усиливается тем, что именно благодаря данному процессу формируется почва, выступающая интегральным компонентом, «зеркалом» ландшафта.

Основу биогеоцикла составляет фитопродуцирование, под которым понимается образование органического вещества первичными продуцентами, т.е. зелеными растениями в ходе фотосинтеза. Упрощенное, но верно отражающее суть процесса, представление о фотосинтезе дает приведенное ниже уравнение фотосинтеза:

1,49СО2 + 400Н2О + nЭ☼ ↔ 1,00СnН2nОn + 1,38О2↑ ,

означающее, что благодаря стандартной реакции взаимодействия углекислого газа, воды и солнечной энергии получается первичное органическое вещество (растительная масса) и побочный продукт – кислород. Очень важно, что составные части фотосинтеза связаны количественно. Согласно расчетным данным [38 и др.], в среднем, с известными отклонениями, на продуцирование единицы первичного органического вещества необходимо 1,49 единиц СО2, около 400 единиц Н2О; в виде отхода при «производстве» ландшафтом единицы органического вещества в атмосферу выбрасывается в виде отхода 1,38 единиц 02.

Пока не удалось рассчитать универсальный коэффициент энергозатрат на единицу продуцируемой растительной массы, поскольку данный показатель индивидуален не только для растительных видов, но даже для разных особей одного и того же вида. В этой связи для оценки энергозатрат используется так называемый «энергетический эквивалент» фотосинтеза. Он дает представление о количестве солнечной энергии, осваиваемой в ходе наращивания определенного объема растительной массы. В зависимости от видовой принадлежности растительности и условий среды фактическое значение энергетического эквивалента колеблется в пределах 3700–5400 кал/г, средняя величина показателя принята равной 4500 кал/г растительной массы [38].

59

Используя приведенное выше уравнение, относительно несложно оценить ориентировочные объемно-количественные показатели фотосинтеза. В действительности данный процесс значительно сложнее, поскольку его функциональное назначение – обмен вещества между живыми и косными компонентами природы. Биогеоцикл, реализуя природное предназначение, включает:

• поглощение растительной массой углерода (преимущественно в виде СО2) и других химических элементов из атмосферы; • поглощение корневыми системами элементов минерального питания из почвы с последующим закреплением их в растительной массе в виде сложных производных соединений; • газо- и водообмен растительных тканей с окружающей средой; • перемещение живого вещества и минеральных соединений по трофическим цепям с нарастающей концентрацией определенных элементов; • отмирание и деструкцию органического вещества, его минерализацию и гумификацию; • синтез гуминовых веществ в почвенном субстрате с выделением освобождающихся элементов, в том числе газов, включая СО2, насыщение таковыми приземного слоя воздуха, после чего биогеоцикл возвращается в начальную позицию и все повторяется. Важной экологической особенностью биогеоцикла является то,

что в ходе роста растительная масса поглощает минеральные вещества из почвы, воды, воздуха, концентрируя их в растительных клетках. После сжигания растительной массы все минеральные вещества остаются в виде золы, объем которой характеризует интенсивность поглощения и химический состав растительности, позволяет оценить ее биогеохимическую избирательность на видовом и индивидуальном уровне.

В практических целях интенсивность биогеоцикла оценивается тремя показателями: фитопродуктивностью – способностью ландшафта производить определенное количество растительной массы за единицу времени; запасом фитомассы – общим объемом накопленной растительной продукции за весь период существования данного ландшафта; зольностью фитомассы – массой золы, остающейся после сжигания высущенной растительной массы. Величина зольности свидетельствует об активности минерального обмена между органическими и неорганическими компонентами ландшафтного функционирования. Значения данных показателей

60

варьируют в широких пределах в зависимости от природных особенностей и состояния ландшафта. Средние зональные значения показателей биогеоцикла приведены в табл.2.6. Они могут рассматриваться как зональный фон, ориентируясь на который можно проводить объективную оценку степени ущерба, причиненного природной среде в результате нарушения зонального ландшафтного ареала.

Таблица 2.6 Зональные показатели интенсивности биогеоцикла

(по [38] с дополнениями автора)

Природная зона Запас

фитомассы, т/га

Фитопродуктивность, ц/га в год

Зольность фитомассы, %

Арктические пустыни 1,6 2,4 2,0

Тундра 13,3 15,1 2,0

Северная тайга 60,2 37,0 2,3

Средняя тайга 136,5 80,1 2,4

Южная тайга 243,0 120,0 2,7

Смешанные леса 320,0 144,0 3,9

Степи 19,2 138,0 5,1

Наряду с рассмотренными функциональными процессами в ландшафтах происходит множество сопутствующих им физических перемещений и трансформаций вещества, обусловленных преимущественно земным энергетическим источником – гравитационной энергией. Все гравитационные процессы принято объединять в единую группу процессов абиогенной миграции вещества.

По направленности физических потоков абиогенная миграция делится на ламинарную и латеральную. Ламинарные миграционные потоки охватывают совокупность горизонтальных и субгоризонтальных перемещений вещества и включают физические процессы денудации и дефляции в широком смысле. Интегральным показателем интенсивности денудационных процессов служит объем твердого стока, выносимого реками с водосборных территорий. Его особенности и конкретные количественные характеристики для

61

разных типов ландшафтов в деталях рассмотрены многими авторами [38 и др.]. Руководствуясь накопленным опытом, относительно несложно использовать данный показатель для контроля механической нагрузки на ландшафты.

Латеральная миграция объединяет вертикальные и субвертикальные потоки вещества и энергии. Она менее заметна в ландшафтах, труднее поддается изучению. Принято выделять два типа латеральной миграции. Первый объединяет миграционные потоки, наличие которых обусловлено теплофизическим потенциалом ландшафтного фундамента (горных пород); второй связан с атмосферными потоками вещества (преимущественно влаги) и наиболее характерен для гумидных ландшафтов, развивающихся в условиях промывного режима. К сожалению, до настоящего времени роль латеральной миграции вещества и энергии в ландшафте изучена крайне слабо. Известные фундаментальные и прикладные разработки данного вопроса относятся к изучению либо геоморфологических процессов (суффозия, карст и др.), либо внутрипочвенных (латеризация), не характеризуя ландшафт в целом. Поэтому вопрос о роли латеральных потоков в ландшафте остается открытым.

Неотъемлемой чертой всех функциональных процессов в ландшафтах является ритмичность. Будучи многогранной в природных проявлениях и длительности, ритмичность наиболее ярко выражается сезонной сменой функциональных состояний ландшафта и носит название сезонной ритмики. Во временно́м аспекте она выражается годовыми отрезками времени, поскольку год – минимально необходимый период, на протяжении которого ландшафт проявляется во всех состояниях. Причиной внутригодовой (сезонной) ритмики ландшафтного функционирования служит неоднородное поступление в ландшафт солнечной энергии, формирующее своеобразие ландшафтных процессов, различия в реакциях ландшафтообразующих компонентов на внешние воздействия, в том числе и на хозяйственную деятельность человека. В этой связи учет сезонных особенностей ландшафтообразования позволяет наиболее рационально использовать природный потенциал при проектировании восстановительных мероприятий.

В разных ландшафтных зонах наблюдается различное количество фенологических сезонов. Больше всего их в таежной зоне. Некоторые фенологи выделяют здесь до 32 сезонных состояний ландшафтов [40], что не всегда оправданно в прикладных

62

исследованиях. Более уместна и удобна стандартная фенологическая периодизация, включающая 4 сезона и 12 фенологических фаз.

В связи с положением Пермского края в зоне тайги именно такая фенологическая периодизация использована для приведенной ниже характеристики зональных ландшафтов (табл.2.7). Сезонность обусловлена климатическими факторами, поэтому сроки перехода от одного фенологического состояния к другому определяются термическими показателями. Так, начало фазы «первозимье» совпадает с устойчивым переходом максимальной суточной температуры воздуха через 0 0 C в сторону понижения, т.е. с установлением отрицательных температур, способствующих сохранению снежного покрова. Функциональные процессы развиваются в условиях положительного баланса влаги, близкого к нулевому значению радиационного баланса, отсутствия стабилизирующего воздействия растительного покрова. В связи с прекращением фитопродуцирования активизируется поверхностная эрозия, поэтому ландшафт на протяжении данной фенологической фазы наиболее неустойчив к механическому воздействию. Любое нарушение почвенно-грунтового слоя чревато внутриландшафтной деструкцией.

Таблица 2.7 Фенологическая периодизация ландшафтов южной тайги Пермского

края [15]

Сезон

Фаза сезона Даты наступления

Название Термический

рубеж, t 0 С Средние

многолетние

За периоды, гг.

1965–1969

1998–2002

Зима Первозимье Сmax*<0 04/XI 06/XI 17/XI Глубокая зима Сс <-10 07/XII 05/XII 11/XII Поздняя зима Сс >-10 11/II 05/II 09/II

Весна Предвесенье Сmax>0 07/III 03/III 26/II Оживление весны Сс >0 21/III 20/III 14/III Разгар весны Сс >5 19/IV 17/IV 10/IV

Лето Предлетье Сс >10 14/V 12/V 02/V Разгар лета Сс >15 17/VI 10/VI 08/VI Позднелетье Сс <15 21/VII 15/VII 02/VIII

Осень Предосенье Сс <10 20/VIII 20/VIII 23/VIII Золотая осень Сmin<0 11/IX 10/IX 12/X Предзимье Сс<0 18/X 20/X 14/XI

63

*Индексами обозначены термические рубежи: Сmax – максимальная суточная температура; Сс – средняя суточная; Сmin – суточный температурный минимум

Прекращение фитопродукционного процесса означает

прекращение кислородопродуцирования и утилизационной активности. Ландшафт утрачивает способность поглощать СО2 и другие газы. На первый план выходит аккумулятивная функция, предопределяющая накопление вещества в формирующемся нивальном горизонте. Данная функция проявляется тем активнее, чем больше в ландшафт поступает физических и химических ингредиентов-загрязнителей. Все они оседают с нивальными массами и консервируются снежным покровом.

«Глубокая зима» – вторая фаза зимнего сезона, соответствующая стабилизации процессов в ландшафте, установлению режима зимнего покоя. Наступление фазы совпадает с переходом средней суточной температуры воздуха через -10 0C в сторону понижения. Это самый холодный и темный в плане солнечной освещенности период года. В природе наступает «белое затишье». Все компоненты ландшафта пребывают в пассивном состоянии, практически не взаимодействуя. Количество свободной, гравитационно активной влаги достигает минимума, резко снижается опасность развития эрозионных процессов, поэтому антропогенные нагрузки на ландшафт в данной фазе относительно безопасны.

«Поздняя зима» – завершающая фаза зимнего сезона, соответствующая начальному этапу разрушения снежного покрова. Стартовым моментом фазы является переход средней суточной температуры воздуха через -100C в сторону повышения. Этот переход совпадает с началом постепенного увеличения радиационного баланса ландшафта до положительных значений. Снежные массы оседают и уплотняются. Появляется гравитационно активная влага, стимулирующая развитие эрозионных процессов. Интенсивность криогенных процессов затухает. Ландшафт медленно выходит из состояния функционального покоя, аккумулятивный режим уступает место активной миграции. В этот период, пока полностью не протаял почвенный слой и отсутствует растительный покров, ландшафт неустойчив в эрозионном отношении, на плакорах и склонах существует опасность развития оползневых процессов, поскольку оттаявшие и насыщенные влагой верхние горизонты рыхлых

64

отложений приобретают текучесть, позволяющую им скользить по более плотным ниже залегающим.

Весенний сезон в ландшафте – период наибольшей активизации всех функциональных процессов. Любое внешнее воздействие на ландшафт в этот период нежелательно, поскольку вызывает многократно усиленную ответную реакцию. Первая фаза весны имеет несколько названий, наиболее часто ее называют «предвесенье» или «весна света». Началом фазы служит устойчивый переход максимальной суточной температуры через 0 0 C в сторону повышения. По мере изменения белого ландшафтного аспекта на пестрый в связи с разрушением снежного покрова снижается альбедо, резко увеличивается радиационный баланс. Ведущие позиции в ландшафтном функционировании занимают миграционные процессы, определяющие повышенную подвижность всех компонентов ландшафта и активизацию эрозионных процессов. Оживление отмечается и в биоте, однако фитопродукционный процесс начинается только на исходе данной фазы.

«Оживление весны» характеризуется началом активной трансформации ландшафтной структуры в связи с ростом и развитием зеленой растительной массы. Это происходит в условиях устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 00C в сторону повышения. По мере нарастания вегетационно активных температур и часов солнечного сияния активизируется фитопродукционный процесс, вместе с ним возрастает функциональная активность ландшафта в плане кислородопродуцирования и утилизационной активности. Начинается активная деструкция вещества, накопленного ландшафтом в период зимнего покоя. По мере формирования зеленого аспекта нормализуется влагооборот, затухают эрозионные процессы. Устойчивость ландшафта к антропогенной нагрузке повышается.

Наступление фазы «разгар весны» фиксируется переходом средней суточной температуры воздуха через +50C в сторону повышения, т.е. в область вегетационно активных температур. Их нарастание сопровождается активизацией биотических процессов: формированием лиственного полога у древесной формации, цветением представителей весенней флоры. Биотический компонент ландшафта максимально активизируется, поэтому ведущие позиции в ландшафтном функционировании занимает биогеоцикл. Несмотря на функциональную стабилизацию и повышение общей устойчивости ландшафта к антропогенной нагрузке биотический компонент в этой фазе наиболее уязвим. Это связано с репродуктивным периодом,

65

характерным для представителей животного мира. В разгар репродуктивных процессов нежелательна шумовая нагрузка и прочие факторы беспокойства.

Летний сезон – период ландшафтного функционирования в режиме максимальной теплообеспеченности, обусловленной положительным радиационным балансом. Положение ландшафта стабильно, внешнее воздействие сглаживается однозначной направленностью внутренних процессов на усложнение ландшафтной структуры. Первая фаза летнего сезона «предлетье», характеризуется усложнением ландшафтной структуры, связанной с нарастанием теплообеспеченности и переходом средней суточной температуры воздуха через +100C в сторону повышения. В плане освещенности фаза соответствует наибольшей продолжительности светлого времени суток, поэтому носит название «фаза белых ночей». Это период цветения летней флоры, завершения репродуктивного процесса у животных и птиц. В функциональном плане идет процесс интенсивного развития вегетативной массы, сопровождающийся увеличением фито- и кислородопродуктивности, утилизационной активности ландшафта, интенсифицируются почвенные процессы. Общая устойчивость ландшафта к антропогенной нагрузке достигает максимальных значений. Любые реконструктивные процессы в ландшафтах, в том числе рекультивация, в летний период дают наибольший экологический эффект.

«Разгар лета» – фенологическая фаза, соответствующая наиболее жаркому термическому периоду. Для средней полосы России наступает при устойчивом переходе средней суточной температуры воздуха через +150C в сторону повышения. На фоне роста теплообеспеченности происходит резкое снижение влагооборота, в ландшафте ощущается дефицит влаги, снижающий активность фитопродукционного процесса. Растительность вступает в период плодоношения. Газообмен в ландшафте в это время максимально сбалансирован, практически весь выделяемый в результате фотосинтеза О2 расходуется ландшафтом на окисление мертвой органики.

Завершающая фаза летнего сезона носит название «позднелетье». Отсчет фазы начинается с устойчивого перехода средней суточной температуры через +150 C в сторону понижения. Снижение теплообеспеченности происходит на фоне нарастающего увлажнения. Запасы влаги в ландшафте увеличиваются, вновь активизируются почвенные процессы, сток, повышается эрозионный

66

потенциал. Однако заметных изменений в устойчивости ландшафта к антропогенной нагрузке не наблюдается.

Осенний сезон соответствует периоду угасания геофизической активности и упрощению ландшафтной структуры перед зимним покоем. Первая фаза сезона носит название «предосенье». Ее начало совпадает с устойчивым переходом средней суточной температуры воздуха через +100 C в сторону понижения. Признаки наступления фазы фиксируются природным индикатором «желтые флаги» – появлением первых желтых листьев на березе. Летний зеленый аспект постепенно сменяется осенней цветовой гаммой, начинаются листопад, увядание травянистых видов, разрушение растительного горизонта.

С первыми заморозками наступает следующая фаза – «золотая осень», на протяжении которой идет активное разрушения солярной (летней) ландшафтной структуры. Это относительно короткий сухой период осени с устойчивой ясной погодой, дневными возвратами тепла и холодными ночами, у него есть еще одно название – «фаза звездных ночей». Фотосинтез в это время медленно затухает, вместе с ним снижается кислородопродуктивность, транспирационная активность и утилизационный потенциал ландшафта. В силу накопленного почвой тепла деструкционная активность мортмасс остается высокой, поэтому существенно меняется общий газообмен. Ландшафт в большей степени становится поглотителем О2, активно расходуемого на окисление мортмасс, нежели его производителем. По мере снижения температуры воздушных масс нарастает их влагообеспеченность. В ландшафте появляется свободная, гравитационно активная влага, интенсифицируются эрозионные процессы. Поэтому устойчивость ландшафта понижается, любое антропогенное воздействие на его компоненты нежелательно.

Последняя фаза осени – «предзимье». Для нее характерно начало зимнего усложнения ландшафтной структуры, связанного с установлением отрицательной средней суточной температуры воздуха. На фоне всех прочих сезонных фаз предзимье выделяется наиболее неустойчивым режимом погоды – заморозки сменяются оттепелями, снежные аспекты – бесснежьем. Временный снежный покров разрушается и формируется вновь, увлажненность ландшафта нарастает, но влагооборот снижается вследствие низких температур, вместе с ним понижается эрозионный потенциал. Внутриландшафтный газообмен становится близким к нулю. Ландшафт не производит О2, но и не расходует его на деструкцию, поскольку разрушение мортмасс

67

из-за недостатка тепла прекращается. Набирают силу криогенные процессы, совершается переход на зимний аккумулятивный режим функционирования. Устойчивость ландшафта к внешней нагрузке повышается.

Приведенная характеристика дает общие представления о сезонной динамике ландшафтного функционирования. В природе рассмотренные процессы осложняются краткосрочными непериодическими изменениями, существенно корректирующими естественную динамику, поэтому внутри сезонных фаз можно выделить несколько стандартных состояний, отражающих краткосрочную динамику природных процессов [15]. В основе каждого состояния лежит фактор, играющий роль ведущего. Наряду с природными ведущим фактором может выступать человек, поскольку его хозяйственная деятельность реализуется в природных ландшафтах. В большинстве случаев человек действует на ландшафт как фактор деструктивный. Непреднамеренно или сознательно человек производит действия, целенаправленно изменяющие природную среду в нужном для него направлении – создает или, наоборот, вырубает лесные массивы, осушает болота, орошает аридные пустынные ландшафты и пр. При этом временные улучшения экологической ситуации в границах преобразованных ландшафтов могут вызвать отдаленные во времени неблагоприятные изменения не только на территории непосредственного воздействия, но и на значительно большей площади прилегающих к ней ландшафтных ареалов.

К настоящему времени накоплен значительный опыт негативных хозяйственных преобразований, на фоне которого позитивные результаты весьма редки. Причиной тому является неумение или нежелание согласовывать хозяйственную деятельность с природными процессами. Природа сильнее и мудрее не только одного конкретно взятого человека, но и человечества в целом. Поэтому все чаще стали говорить о необходимости щадящего, неистощительного природопользования, опирающегося на четкие представления общих и региональных особенностей ландшафтного развития. Важнейшей предпосылкой для разрабатываемой системы неистощительного природопользования является овладение теорией ландшафтного функционирования, позволяющее прогнозировать ответные реакции ландшафта на хозяйственную деятельность человека. Это крайне сложно в связи с разнообразием видов хозяйственных нагрузок и не меньшим разнообразием ответных реакций на них природной среды.

68

Было предпринято множество попыток классифицировать данные нагрузки. Наиболее часто их разделяют по видам хозяйственной деятельности, выделяя при этом промышленные, сельскохозяйственные, лесохозяйственные, рекреационные и т.д. Несколько десятилетий назад это было вполне оправданным, однако с ростом технической оснащенности данных видов деятельности различия в их воздействии на природу стали сглаживаться. Например, высокотехнологичное сельско- или лесохозяйственное влияние на ландшафт практически не отличается от промышленного воздействия. Поэтому более перспективной представляется систематизация хозяйственной деятельности человека не по видам деятельности, а по реализуемой нагрузке, т.е. по преобладающим изменениям в ландшафте [38, 39], которые выражаются нарушением внутренних ландшафтных процессов: гравитационного равновесия, водного баланса, биологического круговорота, миграции химических элементов.

Нарушения гравитационного равновесия в ландшафтах происходят под влиянием добычи полезных ископаемых, при различных земляных работах, в результате сельскохозяйственной обработки почвы. Наиболее ощутимой для ландшафта и коренным образом изменяющей его функционирование является добыча полезных ископаемых. Она приводит к полному переформированию рельефа, сопровождающемуся появлением новых – «техногенных» – орографических элементов, которые отнюдь не остаются индифферентными в природной среде. Будучи созданными человеком, они начинают развиваться по законам природы. Поэтому техногенное рельефообразование всегда сопровождается негативными побочными эффектами – эрозией, дефляцией, суффозионно-просадочными явлениями, карстом и т.п.

Зачастую негативные вторичные последствия проявляются не сразу. Будучи отдаленными во времени, они наиболее опасны, поскольку могут проявить себя неожиданно. Ярком примером такого пролонгированного негативного воздействия горнодобывающих работ является громадный (с первоначальным радиусом воронки около 100 м и глубиной более 60 м) провал, возникший в 2007 г. в Пермском крае в границах урбанизированной территории г. Березники на месте старых шахтных выработок. К счастью, обошлось без жертв, но потребовалось переселение жилого микрорайона из опасной зоны и реконструкция основного водохозяйственного объекта города – Нижнезырянского водохранилища [43].

69

Не всегда доступные для визуального восприятия, но существенные гравитационные изменения возникают в ландшафтах под влиянием распашки. По некоторым данным под влиянием вторичной эрозии потери плодородного почвенного слоя в средних мировых показателях достигают 30 т/га в год [39]. Этот процесс сопровождается интенсификацией выноса из ландшафта химических элементов с последующим перераспределением в ландшафтах, осаждением их на миграционных барьерах и формированием геохимических аномалий небезопасных для человека. Обусловленные хозяйственной деятельностью гравитационные процессы в большинстве случаев необратимы: разрушенные техногенным фактором ландшафтные компоненты не восстанавливаются, смытая почва не возобновляется, вынесенные из ландшафта химические элементы не возвращаются. Такие ландшафты требуют обязательной рекультивации.

Нарушения водного баланса происходят в результате многих хозяйственных процессов, связанных с водопользованием, но важнейшим фактором водохозяйственной трансформации является искусственное орошение сельхозугодий. Негативное воздействие на ландшафт при этом не компенсируется повышением производительности полезной фитомассы. Орошение резко изменяет эвапотранспирационную функцию ландшафта. Усиленные влиянием повышения влажности затраты тепла на испарение сопровождаются существенным снижением суммарной годовой теплообеспеченности ландшафта. Интенсивная фильтрация воды в нижние ландшафтные горизонты (почвенный и грунтовый слой) вызывает поднятие уровня минерализованных грунтовых вод и сопровождается вторичным засолением или заболачиванием корнеобитаемого слоя. Восстановить нарушенный водный баланс сложнее, чем нарушенное гравитационное равновесие.

Нарушения биотического компонента являются следствием уничтожения растительности на разных по площади участках поверхности ландшафта под влиянием промышленно-хозяйственных мероприятий или в результате замещения естественных биоценозов искусственно созданными культурными насаждениями. При этом зачастую не учитывается, что основное функциональное назначение растительного покрова в ландшафте – обеспечение всех прочих процессов ландшафтного функционирования. Растительный покров поддерживает гравитационное равновесие, препятствуя размыву и дефляции почв, обеспечивает стабильность водного баланса,

70

утилизирует углекислый газ и прочие токсичные для теплокровной биоты и человека газы и твердые ингредиенты, поступающие в атмосферу в виде пыли, обогащает ландшафт кислородом. Поэтому нарушение растительного покрова изменяет не только внешний облик ландшафта, но и внутренние его функциональные процессы, в частности биогеохимический круговорот.

Биологическая составляющая ландшафтного функционирования реализуется в первую очередь через фотосинтез, который играет крайне важную роль в круговороте химических элементов. В ходе роста и развития растительность поглощает химические элементы из воды, воздуха, почвы, поставляя их в пищевую цепь, пройдя через которую, большая часть минерального вещества в естественных условиях возвращается в почву. Организмы используют для построения живой материи почти все химические элементы. Особенно велика их роль в круговороте C, N, P, S. Относительное содержание С в организмах в 780 раз выше, чем в осадочных породах, N – в 150 раз [38]. Вовлекая в круговорот элементы литосферы, накапливая их в почвенном гумусе и осадочных породах, биота препятствует выносу минерального субстрата в океан. За историю своего существования биом многократно пропустил через тела организмов вещество неорганических оболочек Земли, полностью их преобразовав. Биогенное происхождение имеет газовый состав атмосферы, вся осадочная оболочка Земли создана при участии живых существ.

Нарушение естественного состояния растительного покрова, замена его культурной растительностью приводят к резкому падению фитопродуктивности и, соответственно, к сокращению объема поступающих в круговорот минеральных элементов, что в итоге ведет к снижению плодородия почв. Особенно активно данный процесс развивается в условиях гумидного климата в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, для которых характерен промывной режим, усиливающий вынос элементов питания за пределы корнеобитаемых горизонтов. Оскудение почвенного покрова человек пытается компенсировать внесением минеральных удобрений, неизбежным результатом чего является их поступление со стоком в водные объекты, загрязнение и эвтрофикация последних.

Не следует забывать, что удобрения не являются азотом, калием, фосфором в чистом виде. Они всегда содержат множество микропримесей, в том числе токсичных для биоты. Например, известно, что в силу естественной геохимической ассоциированности исходных компонентов химического состава фосфорные удобрения

71

помимо фосфора являются источниками рассеивания тяжелых металлов – Cd, Zn и др.[28]. Помимо удобрений для повышения продуктивности культур человек использует громадное количество пестицидов, устойчивых в природной среде, поэтому также поступающих в биогеохимический процесс.

Особенности биогенной миграции минеральных ингредиентов обусловлены дифференцированным отношением растительных видов к химическим элементам. Растения разной видовой принадлежности избирательно поглощают и концентрируют определенные химические элементы. В наиболее общем виде всю растительность можно разделить на видовом уровне на две большие группы: виды с барьерным типом химической аккумуляции и виды с безбарьерным типом поглощения. Растения первой группы не могут накапливать биофобные элементы в значительных количествах, поэтому при резком увеличении концентрации их в ландшафтной среде представители данных видов погибают. Растения второй группы способны концентрировать очень большие объемы загрязнителей без видимого ущерба для себя, способствуя тем самым насыщению этими минеральными составляющими верхних звеньев пищевой цепи и вызывая глубокие изменения биогеохимического круговорота, опасность которых человечество пока не до конца осознало.

Под влиянием процесса техногенного рассеивания химических элементов, используемых человеком в хозяйственной деятельности, происходит нарушение миграции химических элементов в ландшафтах, формируются очаги геохимической аккумуляции, в которых даже при сравнительно небольших по объему (в пределах допустимых концентраций), но продолжительных во времени поступлениях техногенных химических потоков создаются экологически опасные геохимические аномалии. Техногенное рассеивание – трудно контролируемый процесс воздействия человека на ландшафт.

Еще в самом начале прошлого века великий русский ученый В.И.Вернадский отметил, что человек «... превратился в геологическую силу планетарного масштаба» [10, с.72]. К настоящему времени деятельность человека, выраженная в количественных параметрах, полностью подтверждает это. Ежегодно для хозяйственных нужд используется громадный объем речного стока, перемещаются сотни миллиардов тонн литосферного субстрата, в атмосферу выбрасываются десятки миллионов тонн пыли и чужеродных для нее газов. В результате хозяйственной деятельности,

72

связанной с извлечением из литосферы и рассеиванием химических элементов, в ландшафтной оболочке протекают незаметные для визуального восприятия, но крайне опасные геобиохимические деформации. По данным экологов к концу второго тысячелетия техногенная миграция химических элементов превысила естественную на несколько порядков [28, 35].

Если рассматривать данный процесс на фоне естественной химической эволюции ландшафтной оболочки, весь ход развития которой до появления человека был направлен на «облегчение» ее химического состава путем нейтрализации и депонирования тяжелых элементов в глубинных недрах планеты, можно заметить, что антропогенная деятельность повернула его в обратном направлении. Современные производственные процессы в большинстве своем работают на «утяжеление» ландшафтообразующих компонентов. Идет активный процесс металлизации биосферы, последствия которого нетрудно предугадать, поскольку относительная стабильность химического состава среды обитания – необходимое условие сохранения населяющих ее биологических видов, в том числе вида Homo sapiens (человека разумного).

В естественном состоянии флуктуации химического состава ландшафтной оболочки и ее компонентов происходят в экологически регламентированных границах с относительно небольшими отклонениями от средних величин, названных кларками. Относительное постоянство кларков во времени является необходимым условием сохранения биотического потенциала ландшафтов. С появлением человека ландшафтная оболочка приобрела черты, несвойственные ей ранее. Для нее стали обычными такие аномалии, как спонтанное прерывание хода естественных обменных процессов, неполные биогеохимические циклы, гипертрофированность отдельных звеньев биогеохимического круговорота, вовлечение в него не разлагающихся естественным путем продуктов искусственного синтеза и др.

Хозяйственная деятельность человека становится все более мощным фактором развития ландшафтной оболочки Земли. Нарастают промышленные мощности, увеличиваются объемы загрязняющих выбросов, расширяется спектр вовлекаемых в хозяйственные процессы химических элементов. Все это деформирует естественные химические параметры ландшафтной оболочки, преобразуя ее в среду обитания человека. Важной особенностью среды обитания на современном этапе является то, что она не утратила своей

73

естественной природной основы, не перестала быть ландшафтной оболочкой Земли со всей совокупностью природных закономерностей динамики и развития. Они являются корректирующим, а в ряде случаев определяющим фоном для развития антропогенных процессов ландшафтообразования. Поэтому так важно четко представлять себе естественный статус и природное предназначение не только каждого ландшафта в ее составе, но и каждого природного компонента.

В свете современных научных представлений ландшафт наделен определенными экологическими функциями, совокупность которых выражается понятием «экологический потенциал». Собственно термин «экологический потенциал ландшафта» (ЭПЛ) введен в обиход А.Г.Исаченко [39]. К настоящему времени ЭПЛ стал одним из фундаментальных понятий ландшафтной экологии, характеризующим соответствие природных условий нормальной жизнедеятельности человека. Она используется для оценки способности ландшафта обеспечивать определенный уровень качества среды обитания человека, удовлетворять его естественные потребности в воздухе, свете, тепле, питьевой воде, пищевых продуктах, а также в природных условиях для трудовой деятельности, для отдыха и духовного развития.

В формировании ЭПЛ в той или иной степени участвуют все ландшафтообразующие компоненты и факторы – климат, воды, почвы, рельеф, растительность и животные. Значимость их в перечисленном ряду изменяется в направлении убывания. Ведущую роль играет климат, определяющий экстремальность природных условий для жизнедеятельности человека в целом, поэтому его принято называть «фактор-минимум» или «лимитирующий фактор». Климат проявляется через конкретные физические величины – температуру, влажность, давление, ветровой режим и т.д. – именно они определяют степень благоприятности климатических условий для биоты.

Человек относится к стенотермным биологическим видам, т.е. способен проявлять активную жизнедеятельность в относительно узком температурном диапазоне. Требованиям физиологического комфорта наиболее соответствуют температуры воздуха 18–20°С. Допустимые пределы варьирования термических показателей климата в годовом ходе располагаются в интервале от -15°С (для самого холодного месяца) до +25°С (для самого теплого месяца). Слишком низкие температуры воздуха вызывают переохлаждения организма, сопровождающиеся простудными заболеваниями, вегетативными и функционально-двигательными нарушениями нормальных физиологических процессов. С высокими температурами связаны

74

солнечно-тепловые ожоги и перегрев организма, стимулирующие развитие сердечно-сосудистых патологий, онкологических процессов. Резкие колебания температуры воздуха, изменчивость погоды ослабляют иммунную систему человека, ведут к развитию хронических заболеваний и к распространению инфекций.

Будучи существом биологическим, человек остро ощущает не только термические процессы в ландшафте, но и прочие климатические флуктуации: перепады атмосферного давления, избыток или недостаток солнечной радиации, влажность воздуха и общую увлажненность среды обитания. Последнее выражается показателем, названным «обводненность ландшафта».

Обводненность ландшафта является фактором водообеспеченности человека как биологического существа и как субъекта хозяйственной деятельности. Водообеспеченность населения корректирует его пространственное расселение. Сухие (аридные) ландшафты или, напротив, ландшафты, характеризующиеся высоким уровнем заболоченности, обычно слабо освоены и выделяются на ландшафтном фоне низкой численностью населения. Это свидетельствует о том, что водообеспеченность выражается не просто количеством влаги в ландшафте, но ее качественным состоянием. С питьевой водой человек получает не просто необходимую для организма влагу, но и необходимый для нормального функционирования минимальный набор химических элементов. Недостаток или избыток этих элементов вызывает элементозы – геохимически обусловленные заболевания.

Наиболее распространенными элементозами являются: эндемичный зоб – следствие природного дефицита йода; кариес и флюороз, развивающиеся соответственно при недостатке и избытке фтора; уровская болезнь – заболевание костно-двигательного аппарата, характерное для населения, проживающего в ландшафтах с избытком стронция в питьевой воде и др.

Почвенный компонент ландшафта обеспечивает его важнейшие ресурсно-экологические функции – продукционную и утилизационную. Именно почва концентрирует поступающие в ландшафт потоки вещества и энергии. Она трансформирует лучистую энергию солнца в необходимое для ландшафтных процессов тепло, накапливает и преобразует органические остатки, формируя из них главную составляющую почвенного плодородия – гумус, обеспечивающий процесс ландшафтного продуцирования биомассы. Все ненужные для продукционного процесса вещества почва минерализует, возвращая в

75

литосферу, атмосферу, в поверхностные и подземные воды. Процессы накопления, трансформации, перераспределения вещества и энергии протекают в почве непрерывно. Таким образом, почвенный покров является функциональным ядром ландшафта, связующим звеном, объединяющим ландшафтообразующие компоненты в единое целое.

В составе экологических функций, присущих почвам, важнейшее значение имеют три: газообменная, гидрохимическая, санитарно-гигиеническая. Газообменная функция почв обусловлена непосредственным их участием в газообмене с атмосферой. Почвенный субстрат при этом выступает в качестве регулятора газового состава приземного слоя воздушных масс, поскольку почва непрерывно поглощает биогенный кислород, используя его на внутрипочвенное окисление разлагающегося органического вещества. Столь же непрерывно она выделяет необходимый для фотосинтеза углекислый газ и другие газы биогенного происхождения, концентрация которых в приземном слое воздуха всегда повышена.

Гидрохимическая функция почвенного покрова реализуется под влиянием происходящих в почве физико-химических процессов, обусловленных ее повышенной в сравнении с прочими компонентами ландшафтообразования функциональной активностью. Благодаря этой особенности почву называют гидрохимическим фильтром, регулирующим качество поверхностных и подземных вод. Степень проявления адсорбционно-десорбционных свойств зависит от почвенных показателей: механического состава субстрата, кислотно-основных его характеристик, степени минерализации и насыщенности органическим веществом. Наибольшая емкость поглощения присуща тяжелым глинистым почвам. По сравнению с почвами легкого механического состава они способны адсорбировать без ущерба для экологического состояния ландшафта значительно большее количество загрязняющих химических элементов.

В зависимости от кислотности почвенной среды поглощенные ингредиенты переводятся в формы, различающиеся растворимостью и биогеохимической активностью. В кислых почвах наибольшую активность проявляют катионогенные элементы. Они усиливают свой гидрохимический потенциал, переходя из твердых субстратов в водные растворы, изменяют химический состав поверхностных и подземных вод, в составе растворов вовлекаются в растительность, насыщая биогеохимический круговорот и поступая с пищей в организм человека. Анионогенные элементы в таких условиях пассивны, в основной массе выпадают в нерастворимый осадок, не

76

представляющий реальной экологической опасности. В почвах с нейтральной или щелочной реакцией среды, напротив, анионогенные элементы наиболее активны и экологически опасны, катионогенные – пассивны.

Санитарно-гигиеническая функция почв связана с высокой самоочищающей и деструкционной способностью почвенного субстрата. В значительной степени данная функция осуществляется населяющими почву живыми организмами. К сожалению, не все представители почвенной флоры и фауны безопасны для человека. В составе педобионтов встречаются возбудители опасных заболеваний человека и животных – кишечных инфекций, столбняка, гельминтозов и др.

Перечисленные экологические функции почв крайне значимы, но только этими функциями роль почвенного покрова в природных и природно-антропогенных процессах не ограничивается. Важнейшие функции почв, обеспечивающие экологический потенциала ландшафта, – стабилизирующая и продукционная. Первая определяет стабильность ландшафтного функционирования, то есть устойчивость ландшафта; вторая – способность ландшафта производить растительную продукцию. Поэтому при нарушении ландшафтов хозяйственной деятельностью в качестве первоочередной в составе мероприятий по рекультивации всегда стоит задача восстановления нарушенного почвенного покрова.

2.2. Критерии и принципы выбора направления восстановительных мероприятий

Во избежание необоснованных затрат на рекультивацию нарушенного ландшафта крайне важно перед разработкой проекта правильно выбрать наиболее обоснованное, целесообразное для рассматриваемых условий и не противоречащее естественным природным процессам направление восстановительных мероприятий. Для этого необходим анализ сложившейся ситуации, включающий 3 позиции:

1) анализ первичной принадлежности и хозяйственной ценности нарушенного ландшафта;

2) оценка уровня экологической опасности объекта и степени ущерба, причиненного природной среде, возможностей его ликвидации при избранном направлении восстановительных работ;

77

3) определение соответствия избранного направления рекультивации хозяйственно-экологической ситуации района размещения нарушенного ландшафта и возможности его использования в соответствии с избранным направлением рекультивации.

Первичное использование ландшафта, его хозяйственная и экологическая ценность документируются в акте технического обследования земель по результатам фактического изучения ситуации непосредственно на территории размещения проектируемых работ с учетом материалов, подтверждающих хозяйственный статус рассматриваемой территории. Целевая направленность рекультивации зависит от вида нарушения и планируемого использования ландшафта. Официальное признание получили 7 направлений рекультивации, перечисленные в базовом на данный период нормативном документе, регламентирующем восстановительные мероприятия: лесохозяйственное, сельскохозяйственное, природоохранное, санитарно-гигиеническое, рекреационное, водохозяйственное, строительное [57].

В связи с природными особенностями России наиболее распространены первые три направления рекультивации, в меньшей степени – прочие. Крайне редко в нашей стране реализуется рекреационное направление рекультивации, в то время как за рубежом оно стоит в числе самых распространенных направлений восстановления промышленных ландшафтов. Нарушенные территории при этом обустраивают под зоны отдыха населения. В проектах обустройства обычно предусматривается водоем (промышленный котлован), прибрежная зона которого обустраивается под пляж, спортивную площадку, зону пассивного отдыха. Для создания эстетической привлекательности объекта используются приемы ландшафтного дизайна – создание зеленых насаждений ландшафтными биогруппами.

Типологическое разнообразие нарушенных ландшафтов предопределило необходимость учета отраслевой специфики при их рекультивации. Наиболее сложными объектами рекультивации, требующими наибольших капиталовложений, являются ландшафты, нарушенные горнодобывающими предприятиями: нефтяными, угольными, металлургическими. Для таких объектов характерно не только нарушение ландшафтов вследствие разработок, но и загрязнение среды отходами различного уровня токсичности.

78

Для территории России, с ее громадными размерами и пестрым спектром нарушенных ландшафтов, предпочтительность того или иного направления рекультивации определяется не только типологической, но и региональной принадлежностью нарушенного ландшафта. Выбор направления осуществляется с учетом сложившегося комплекса региональных ландшафтообразующих факторов, в числе которых рассматриваются особенности природных условий, уровень хозяйственной освоенности, производственно-экологическая оценка состояния нарушенной территории по комплексу признаков – рельефу, составу грунтов, гидрологическим условиям.

Практическая необходимость повышения эколого-хозяйственной эффективности рекультивации нарушенных ландшафтов потребовала углубленной проработки ее теоретико-методических основ в направлении типизации нарушенных ландшафтов и разработки на типологической основе районирования территории России с выделением приоритетных направлений рекультивации для относительно однородных территориальных ареалов. Первое обобщающее типологическое районирование территории страны для целей рекультивации было разработано в Государственном научно-исследовательском институте земельных ресурсов профессором Т.П.Федосеевой [80]. Ему предшествовали работы региональных масштабов, в ряду которых по территориальному охвату и глубине проработки выделяются схемы районирований Ф.К.Рагим-заде и С.С.Трофимова [71] для территории Сибири и Дальнего Востока и др.

Базовой основой рекультивационного районирования, разработанного Т.П.Федосеевой, послужила производственно-технологическая оценка нарушенных земель по факторам их образования и пригодности для хозяйственного использования. В рамках предложенной системы районирования выделено 9 групп районов, различающихся по преобладающим типам нарушенных земель. К таковым отнесены участки техногенного рельефа, однородные по происхождению, морфологическим и литологическим признакам. Группы районов включают более дробные территориальные ареалы – районы, выделенные с учетом региональной специфики объектов рекультивации, главным образом, физико-химического состава пород, формирующих техногенный рельеф. Существенным недостатком данной системы районирования является ориентация только на техногенные условия, на основе

79

которых рекомендованы направления рекультивации. При этом не приняты во внимание ни природный потенциал территории, ни хозяйственные предпосылки, предопределяющие актуальность того или иного направления рекультивации. Поэтому, имея известную научную ценность как методический опыт территориальной систематизации и классифицирования нарушенных земель, данная система районирования не нашла практического применения и в настоящее время утратила научное значение по причине изменения технологий, объемов добычи и образующихся вследствие этого технологических типов нарушенных ландшафтов.

Значительно больший вклад в решение практических вопросов рекультивации внесло упоминавшиеся выше районирование сибирских ученых Ф.К.Рагим-заде, С.С.Трофимова [71], ориентированное на экологические и социально-экономические критерии выбора направлений рекультивации. В его основу положена хозяйственная ценность нарушенных земель и возможность их вторичного освоения под приоритетные, актуальные для сложившихся региональных условий виды использования. К сожалению, данная система районирования, так же, как и первая, не нашла практического применения, но уже по другой причине – в силу региональной ограниченности.

С учетом опыта и изменившихся хозяйственных условий нами предложена современная система районирования России для целей рекультивации (рис.2.1), в которой учтены недостатки и преимущества рассмотренных районирований. Основной задачей предлагаемого

80

80

Рис.2.1. Районирование России для целей рекультивации (направления рекультивации даны в табл.2.8) Таблица 2.8

Приоритетные направления рекультивации ландшафтов по группам рекультивационных районов

Таксономические единицы районирования

Преобладающие типы нарушений Приоритетные направления

рекультивации Группа районов

Район

Подрайон № на рис.2.6 Название

Европейская 1 Северо-Европейский

Кольский тундролесный

Карьерно-отвальные комплексы после добычи и переработки руд

Природоохранное

Карельский лесной

Карьерно-отвальные комплексы после добычи и переработки руд, торфа, нерудного сырья

Лесохозяйственное Водохозяйственное

Двинско-Печорский лесной

Очагово-линейные нарушения при добыче и транспортировке углеводородов. Выработанные торфяники

Лесохозяйственное Природоохранное

2

Центральный

Центрально-Нечерноземный лесной

Выработанные торфяники, очаговые и линейные нарушения разной степени дифференциации и происхождения

Лесохозяйственное Водохозяйственное Рекреационное

Черноземный степной

Карьерно-отвальные комплексы разной степени дифференциации после добычи руд. Сельскохозяйственные ландшафты

Сельскохозяйственное Лесохозяйственное

Приволжский Очаговые и линейные нарушения Сельскохозяйственное

81

лесостепной вследствие добычи, транспортировки и переработки нефти, газа, солей, строительных материалов

Лесохозяйственное Водохозяйственное

Продолжение табл. 2.8

Таксономические единицы районирования

Преобладающие типы нарушений Приоритетные направления

рекультивации Группа районов

Район

Подрайон № на рис.2.6 Название

Европейская 3 Европейский Юг

Причерноморский лесостепной

Карьерно-отвальные комплексы после добычи и переработки руд, угля, нефти. Сельскохозяйственные нарушения

Сельскохозяйственное Рекреационное Санитарно-гигиеническое

Прикаспийский степной

Карьерно-отвальные комплексы после добычи руд и углеводородного сырья. Техногенные такыры

Санитарно-гигиеническое Природоохранное

4 Уральский Уральский лесной

Очаговые и линейные нарушения вследствие добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья, угля, солей, ценных металлов и алмазов

Лесохозяйственное Водохозяйственное Санитарно-гигиеническое

Уральский степной и лесостепной

Карьерно-отвальные комплексы разной степени дифференциации после добычи и переработки руд

Сельскозяйственное Водохозяйственное

Сибирская 5 Северо-Сибирский Площадные, очаговые и линейные нарушения при добыче и переработке цв. металлов, торфа, добыче и транспортировке углеводородного сырья

Санитарно-гигиеническое Природоохранное Водохозяйственное

82

6 Центрально-Сибирский

Очаговые и линейные нарушения при добыче и переработке руд, драгоценных металлов и алмазов, добыче и транспортировке углеводородного сырья

Лесохозяйственное Природоохранное Водохозяйственное

83

Окончание табл. 2.8 Таксономические единицы районирования

Преобладающие типы нарушений Приоритетные направления

рекультивации Группа районов

Район

Подрайон № на рис.2.6 Название

Сибирская 7

Южно-Сибирский

Карьерно-отвальные комплексы разной степени дифференциации после добычи и переработки угля, рудных и нерудных ископаемых

Лесохозяйственное Сельскохозяйственное Водохозяйственное

Дальневосточная 8 Север Дальнего Востока Карьерно-отвальные комплексы разной степени дифференциации после добычи и переработки металлогенических ископаемых, россыпей золота

Водо- и рыбохозяйственное Природоохранное Лесохозяйственное

9 Юг Дальнего Востока

Карьерно-отвальные комплексы после добычи и переработки руд и россыпей ценных, редких и цветных металлов, угля, нерудных ископаемых

Лесохозяйственное Водо- и рыбохозяйственное Сельскохозяйственное

84

районирования является упрощение процесса выбора эффективного направления рекультивации на региональном уровне с учетом естественных факторов развития природной среды и эколого-хозяйственных предпосылок, определяющих общую направленность и интенсивность процессов ренатурализации. Основу предлагаемой системы районирования составляет разделение территории страны на соподчиненные региональные территориальные единицы двух порядков. По аналогии с районированием Т.П.Федосеевой (1978) единицы первого порядка названы группами рекультивационных районов, второго – районами. Группы районов выделены по показателям естественного природно-хозяйственного потенциала, включающего почвенно-биотические, климатические условия, традиционно сложившиеся формы хозяйствования и перспективы промышленного развития регионов. Районы внутри данных групп обособлены с учетом их ресурсного профиля и преобладающих типов нарушенных земель. Территориальные сочетания перечисленных факторов позволили разделить Россию на 3 неравнозначных в территориальном отношении группы районов: Европейскую – наиболее густо населенный и хозяйственно освоенный регион России; Сибирскую и Дальневосточную – с очаговыми типами освоения и низкой численностью населения (см.рис.2.1 и табл.2.8).

В составе групп выделено 9 районов, различающихся «фоновыми» предпосылками использования нарушенных земель и имеющих четкие приоритеты для выбора направлений рекультивации. Так, например, в густонаселенном сельскохозяйственном регионе страны, обозначенном в системе районирования «Европейский Юг», приоритет безоговорочно отдан сельскохозяйственному направлению рекультивации с подчиненным значением рекреационного направления, в меньшей степени – прочих. В малонаселенном и слабо освоенном Северо-Сибирском районе с неблагоприятными для агрохозяйственной деятельности гидро-климатическими условиями и остро стоящими природоохранными проблемами, наиболее актуальны природоохранное и водохозяйственное направления рекультивации. На основе территориальной неоднородности традиционно сложившихся форм хозяйственной деятельности населения, которую нельзя не учитывать во избежание противоречий между сложившейся традиционной культурой и формами нового освоения, внутри районов выделены подрайоны, корректирующие приоритетные направления рекультивации.

85

В составе Северо-Европейского рекультивационного района, представляющего собой обширную, малонаселенную в связи с суровыми климатическими условиями, территорию северной части Европейской России, выделяется 3 подрайона – Кольский тундролесный, Карельский лесной и Двинско-Печорский лесной. Общие черты суровой природы данных территорий определяют функциональные особенности и уровень устойчивости экосистем к антропогенной нагрузке. Избыточное увлажнение при недостатке тепла и пересеченный рельеф способствуют активному развитию водно-эрозионных процессов. Дефицит тепла предопределяет длительное и глубокое промерзание грунтовой толщи, увеличивая тем самым объем поверхностного стока и еще более усугубляя эрозионную уязвимость экосистем. Поэтому эрозионный потенциал района очень высок и является фактором, лимитирующим хозяйственную деятельность – любое нарушение целостности растительного покрова ведет к развитию негативных процессов поверхностной деструкции.

В связи с избытком влаги большая часть территории в той или иной степени заболочена. Почвы насыщены влагой на протяжении всего года. Это обеспечивает развитие анаэробных и субанаэробных условий почвообразования и ведет к широкому распространению глеевых процессов, в геохимическом отношении соответствующих формированию восстановительных условий внутри почвенного слоя, увеличивая тем самым экологическую опасность загрязнения экосистем тяжелыми металлами. Микробиологические процессы в почвенном профиле ослаблены дефицитом тепла, поэтому органика разлагается слабо, обеспеченность гумусом и плодородие почв низки. Это еще более повышает экологическую нестабильность ландшафтов района.

В ресурсном отношении Северо-Европейский район, часто называемый Европейским Севером, – один из богатейших регионов России. Здесь сосредоточены громадные запасы водных, лесных и минеральных ресурсов. Промышленный потенциал данной территории сформировался на фоне традиционных для нее хозяйственных типов – лесопромыслового и оленеводческо-промыслового, по отношению к которым горнодобывающие отрасли играют роль более сильных конкурентов. Важнейшей особенностью, определяющей специфику хозяйственного развития Европейского Севера, является высокая ресурсообеспеченность и низкая заселенность. Занимая по площади около 9% территории страны, данный регион имеет долю населения менее 4% от общей для страны численности [3]. Низкая заселенность

86

территории предопределяет возможность «щадящего» режима рекультивации с целевой установкой на консервацию нарушений и на предотвращение развития возможных негативных экологических процессов на техногенных территориях.

Кольский подрайон занимает территорию одноименного полуострова. В составе Северо-Европейского района это наиболее суровая в климатическом отношении территория. Преобладающими типами естественных зональных ландшафтов здесь являются тундра и лесотундра. Традиционные формы хозяйственной деятельности населения – охота и оленеводство. Современная специализация Кольского подрайона – добыча и первичная переработка горнохимического сырья (апатиты, слюда), руд цветных металлов (медь, никель, кобальт), редких и рассеянных элементов. В процессе горнодобывающих работ на поверхность выносится большое количество технофильных элементов, активно вовлекаемых растительностью в биологический круговорот и загрязняющих биотические компоненты. В связи с токсичностью субстрата, неблагоприятным термическим и ветровым режимом отвалы и карьеры естественным образом зарастают крайне медленно, поэтому рекультивация нарушенных ландшафтов здесь обязательна. Горный рельеф и суровые климатические условия корректируют целесообразность и направленность рекультивационных мероприятий. С учетом природных предпосылок и негативных техногенных изменений наиболее целесообразным представляется природоохранное направление рекультивации, целью которого является экологическая стабилизация нарушенной поверхности путем восстановления устойчивого, сомкнутого растительного покрова с высокими противоэрозионными и водоохранно-защитными свойствами.

Карельский подрайон расположен в лесной зоне с более благоприятными по сравнению с Кольским подрайоном природно-климатическими условиями. Преобладание таежно-лесных ландшафтов предопределило распространение здесь традиционного лесопромыслового типа землепользования с очагами земледелия и животноводства. Вместе с традиционными отраслями хозяйства активно развивается горнодобывающая промышленность, основу которой составляет добыча и переработка железных руд, слюды и других минеральных ископаемых, торфоразработки.

Наибольшую долю нуждающихся в рекультивации ландшафтов, около 20 % всей нарушенной площади, представляют территории, занятые карьерами и отвалами добычи и переработки железной руды.

87

Это наиболее проблемные и затратные объекты рекультивации. Добыча руды производится открытым способом. Вскрытые рудные месторождения, представленные слоями железистых кварцитов, чередующихся с пустой породой, имеют значительную глубину залегания и простираются на большую площадь. При добыче руд образуются глубокие, до 400 м глубиной, карьеры, окруженные отвалами пустой породы со значительной долей остаточных технофильных примесей. Условиями, осложняющими их рекультивацию, являются повышенная каменистость и токсичность грунтов. Последнее обстоятельство обусловлено спецификой месторождений, относящихся к типу колчеданных, в значительной степени обогащенных серой и ее производными. Вскрытие колчеданной толщи включает природный механизм развития сернокислотного процесса, формирующего крайне агрессивную, неблагоприятную для растительности почвенно-грунтовую среду. В этой связи карьерно-отвальные комплексы естественным образом не зарастают даже при наличии источников естественного обсеменения, десятилетиями оставаясь очагами негативного воздействия на прилегающие лесные ландшафты.

Учитывая природные предпосылки, сложившиеся традиции землепользования и перспективы промышленно-хозяйственного развития района, в качестве наиболее целесообразного применительно к данной территории следует рассматривать лесохозяйственное направление рекультивации. На выработанных рудных месторождениях лесохозяйственную рекультивацию целесообразно сочетать с водохозяйственным направлением. При этом наиболее глубокие участки выработанных карьеров после горнотехнической подготовки – выравнивания, утрамбовки ложа и покрытия его глинистым экраном – заполняются водой для использования под водоемы общего назначения; лесная рекультивация проводится в береговой зоне водоемов путем подбора устойчивых лесных культур с высокими водоохранно-защитными свойствами.

Специфика рекультивации в Двинско-Печорском подрайоне обусловлена распространением здесь таежных ландшафтов, занимающих большую часть территории. Это северная и средняя тайга, в хозяйственном отношении – покрытые лесом земли Государственного лесного фонда. Значительная часть лесных ландшафтов выведена из хозяйственного оборота в особо охраняемые природные территории. Именно здесь расположен крупнейший в Европе национальный парк «Девственные леса Коми», учрежденный в

88

1995 г., находящийся под охраной ЮНЕСКО как объект Всемирного природного наследия. Традиционными формами природопользования, до настоящего времени играющими существенную роль в жизни коренного населения, являются оленеводство и лесной промысел. На базе лесных ресурсов развивается лесопромышленный комплекс.

Наряду с традиционным природопользованием все большую роль в хозяйстве подрайона играют минеральные ресурсы. Их специфика связана с преимущественным распространением и разработкой полезных ископаемых: каменного угля Печорского бассейна, горючих сланцев Тимано-Печорского сланцевого бассейна, нефти и газа Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, занимающей площадь свыше 350 тыс.км2. Вся восточная часть подрайона пронизана нитками магистральных трубопроводов. Здесь осваивается свыше 200 нефтяных и газовых месторождений. Угольная отрасль, некогда процветавшая, в последние годы практически пришла в упадок. Угленосные толщи Печорского бассейна, приуроченные к Предуральскому краевому тектоническому прогибу, залегают на большой глубине, до 7000 м, и разрабатывались шахтным способом. Уголь бассейна отличается высоким качеством – малосернистый и малофосфористый, однако его добыча в современных условиях нерентабельна в связи с высокими затратами, поэтому прекращена.

Распространенные в подрайоне нарушенные ландшафты не представляют большой сложности в плане рекультивации. Они хорошо изучены c экологических позиций. Основным принципом при выборе направления их рекультивации является максимальное использование естественных восстановительных процессов путем снижения эрозионной напряженности, для чего используются приемы гидропосева, фитомелиорации, стимулирования роста и развития травостоев минеральными подкормками для повышения проективного покрытия почвы растительностью [77].

Центральный рекультивационный район приурочен к густонаселенной и хозяйственно освоенной центральной части Европейской территории России, отличающейся от Северо-Европейского района более высоким агроклиматическим потенциалом, предопределившим развитие многопрофильного сельского хозяйства. Ресурсы тепла и влаги в границах данной территории благоприятны для роста и развития как дикорастущей, так и культурной растительности Средней полосы России. Фоновую основу растительного покрова формируют лесные и степные формации, в настоящее время существенно преобразованные хозяйственной

89

деятельностью, на значительной площади находящиеся в неудовлетворительном экологическом состоянии. Минеральные ресурсы данной группы районов представлены нефтью и газом Поволжья, угольными месторождениями Подмосковья, железными рудами Курской магнитной аномалии и др. Неоднородность территориального распределения агрохозяйственных и промышленных объектов позволяет разделить территорию данной группы на 3 рекультивационных подрайона, отличающихся ландшафтными условиями и спецификой хозяйственной деятельности: Центрально-Нечерноземный лесной, Черноземный степной и Приволжский лесостепной.

Центрально-Нечерноземный подрайон выделяется в составе группы наиболее северным положением и повышенной лесистостью. Однако задачи лесопользования скорректированы здесь высокой плотностью населения, лесам отводится преимущественно природоохранная и рекреационная роль. Традиционно сложившиеся и активно развивающиеся отрасли сельского хозяйства – животноводство, льноводство, выращивание фуражного зерна и пригородное овощеводство – составляют основу хозяйства данного подрайона. Минеральными ресурсами его недра не богаты. Имеются небольшие по запасам месторождения бокситов, фосфоритов, бурого угля. В настоящее время наибольшая площадь нарушенных земель, нуждающихся в рекультивации, представлена выработанными торфяниками.

Специфика традиционно сложившихся форм хозяйственной деятельности, высокая освоенность и заселенность территории, преобладание в естественной природной структуре лесных ландшафтов и сосредоточение нарушенных земель в границах пригородных территорий позволяют рассматривать для этого подрайона в качестве наиболее перспективных лесо-, водохозяйственное и рекреационное направления рекультивации. При проектировании водохозяйственной и рекреационной рекультивации в качестве обязательного элемента восстановительных мероприятий должно предусматриваться лесовосстановление специального назначения, поскольку в рассмотренных условиях именно лесная растительность является основным фактором стабилизации экологических процессов.

Черноземный подрайон – аграрная житница России. Здесь производится пятая часть сельскохозяйственной продукции страны [3]. Именно этим определяется особый хозяйственный статус подрайона и

90

перспективы его рекультивации. Традиционно сложившимся и доминирующим до настоящего времени типом хозяйства в Черноземном районе является зерново-животноводческий с высокой долей овощеводства [32]. Значительная площадь распахиваемых земель (свыше 40% площади района), рыхлое сложение грунтов и холмистый рельеф территории предопределили повышенный эрозионный потенциал, который реализуется под влиянием атмосферного увлажнения и орошения. В границах всей территории, несмотря на естественный дефицит влаги в ландшафтах, интенсивно развиты эрозионные процессы, обусловленные хозяйственной деятельностью. По некоторым данным, знаменитые российские черноземы в связи с эрозионным разрушением за последние 40 лет лишились гумусового слоя, мощностью более 15 см [32]. Закономерным следствием эрозии является активное оврагообразование, превращающее некогда плодородные сельскохозяйственные земли в истощенные бедленды, неспособные без вмешательства человека восстановить продукционный потенциал, поэтому они в не меньшей степени, чем горнопромышленные ландшафты, нуждаются в рекультивации.

Главным элементом оздоровления экологической ситуации в рассмотренных условиях является восстановление некогда существовавшего здесь баланса между лесными и степными угодьями. Естественное их соотношение было оптимальным полтора столетия назад, когда лесистость территории достигала 30–34 %, однако к концу прошлого века она снизилась до 7 % [82]. Данный дисбаланс обусловлен как сельскохозяйственной деятельностью, так и освоением минеральных ресурсов. Важнейшим природным богатством региона являются железные руды Курской магнитной аномалии – крупнейшего в мире по запасам месторождения высококачественной руды. Общая площадь месторождения 120 тыс.км2, глубина залегания рудных тел от 40 до 1200 м [22]. Добыча проводится открытым и шахтным способами. Наиболее негативное влияние на экологическое состояние природной среды оказывает открытый способ горно-добывающих работ, в результате которого нарушено свыше 20 тыс.га некогда плодородных сельскохозяйственных угодий [48]. Глубина карьеров в границах техногенной площади достигает десятков и даже сотен метров. При их формировании вскрываются водоносные горизонты, вследствие чего происходит активный дренаж прилегающей территории, ведущий к ее иссушению, аридизации ландшафтов. В границах активного дренажа изменяется рельеф: под влиянием

91

опусканий части поверхности в подземные полости формируются техногенные просадки и провалы, усугубляющие экологическую ситуацию.

На эколого-географической карте России территория Черноземного подрайона выделена в категорию «очень напряженного» экологического состояния земель [3]. Данный статус обусловлен тремя факторами: превышением экологического предела использования земель под пашню и выпас скота; химическим загрязнением, индекс которого на уровне «очень высокий»; неблагоприятной антропогенной динамикой поверхностных и подземных вод – вторичным подтоплением, иссушением и засолением.

Наиболее действенным механизмом экологической стабилизации нарушенных ландшафтов в рассмотренных условиях является лесовосстановление средозащитного назначения. Реализация рекультивации данного целевого назначения позволит восстановить благоприятный для территории баланс соотношения угодий, хозяйственно эксплуатируемых и формирующих экологический каркас. Увеличение лесной площади явится предпосылкой позитивной природной динамики, обеспечит снижение активности водной и ветровой эрозии, будет способствовать повышению качества среды обитания (общеизвестно, что каждый гектар площади лесных насаждений осаждает из воздуха до 70 т загрязняющих ингредиентов в год), снимет напряженность во влагообеспеченности со всеми ее негативными последствиями. Учитывая площадь района, исходный фоновый уровень лесистости и современные размеры лесной площади, можно ориентировочно оценить размер территории, нуждающейся в лесовосстановлении. Он составляет порядка 170 тыс.км2, то есть практически равен площади Курской магнитной аномалии с прилегающим ареалом атмохимического и гидродинамического воздействия.

Приволжский лесостепной подрайон объединяет в своем составе административно-территориальные единицы в границах средней и нижней части водосбора р.Волги. В связи с благоприятными климатическими условиями, богатыми водными ресурсами и плодородными землями издавна эта территория осваивалась как сельскохозяйственная житница. На долю подрайона в агрохозяйственном комплексе страны приходится около 20 % обрабатываемых земель и 25 % лугово-пастбищных угодий [32]. Огромная площадь сельхозугодий до настоящего времени является главным богатством этого региона, составляя конкурентную основу

92

для освоения его минеральных ресурсов – нефти, газа, поваренной соли, строительных материалов. Несмотря на то что природные предпосылки и высокая освоенность территории дают возможность развивать здесь любое из направлений рекультивации, хозяйственные особенности подрайона не могут не учитываться при выборе направлений рекультивации. Исходя из водо- и сельскохозяйственного потенциала предпочтение должно быть отдано восстановительным мероприятиям сельско- и водохозяйственной направленности, в меньшей степени – рекреационной рекультивации с обязательным частичным лесовосстановлением.

Выделенный в южной части Европейской России рекультивационный район с названием Европейский Юг в системе районирования обособлен как территория курортологического, рекреационного и сельскохозяйственного значения. По природно-хозяйственным особенностям он разделяется на территориальные единицы в ранге подрайонов – Причерноморский лесостепной и Прикаспийский степной.

Причерноморский подрайон представляет собой наиболее благоприятную для жизнедеятельности в природно-климатическом отношении территорию нашей страны. Ее исключительность проявляется не только в своеобразии отдельных компонентов природы – климата, почв, растительности, но и в уровне ландшафтного разнообразия. Здесь сосредоточено более половины курортологических ресурсов России, удачно сочетающих благоприятный климат, лечебные грязи, минеральные воды, эстетически привлекательные пейзажи. Сложившийся к настоящему времени хозяйственный профиль подрайона объединяет в равных долях сельскохозяйственные и промышленные отрасли. Сельское хозяйство ориентировано главным образом на выращивание растительной продукции: зерна, сахарной свеклы, подсолнечника, чая, винограда и садово-огородных культур. На базе перечисленного растительного сырья развивается пищевая отрасль промышленности.

Минеральные ресурсы подрайона представлены углеводородным сырьем. Месторождения угля, газа, нефти, осваиваемые на протяжении почти трех столетий, являются основными объектами рекультивации. В связи с высокой хозяйственной ценностью земель, нарушаемых при освоении минеральных богатств, именно здесь имел место первый отечественный опыт рекультивации горно-промышленного ландшафта под рекреационную зону [48]. В дальнейшем предпринимались

93

попытки реализации других направлений восстановления нарушенных ландшафтов, включая сельскохозяйственную рекультивацию. Последняя оказалась крайне дорогостоящей в связи с высоким уровнем загрязнения почвообразующего субстрата, представляющего опасность для здоровья человека. Очевидно, на ближайшую перспективу наиболее предпочтительным направлением восстановления нарушенных ландшафтов в данном районе останется рекреационное направление с элементами водо- и лесохозяйственной рекультивации.

Приоритетность рекреационной рекультивации нарушенных ландшафтов не исключает других ее направлений, особенно сельскохозяйственного, поскольку площадь угодий сельскохозяйственного назначения под влиянием урбо-промышленной деятельности сокращается. Потенциал плодородия сельхозугодий в связи с длительной эксплуатацией практически повсеместно понижен. Имеются данные, свидетельствующие, что техногенной эрозии здесь подвержены почти 60 % обрабатываемой площади [32]. Негативной чертой сельхозугодий является загрязнение почвенного покрова неконтролируемым внесением удобрений и применением средств химической защиты растений. Продукты их распада накапливаются не только в почвенном субстрате, но и в растительной продукции, поступая в пищевую цепь. Особенно ярко данные процессы развиваются в Краснодарском крае, лидирующем по уровню онкологических заболеваний в нашей стране [32].

Прикаспийский подрайон отличается от Причерноморского как по природным условиям, так и по хозяйственной специализации. В природном отношении это территория аридных зон России с остро выраженным дефицитом влаги, резко континентальным климатом с высокими летними и необычно низкими для широтного положения подрайона зимними температурами. Такие условия неблагоприятны для многих зональных агрокультур. Дефицит влаги определяет повсеместное распространение почвенного засоления, активизирующегося вследствие орошения. Перечисленные природные особенности не способствуют развитию земледельческой отрасли сельского хозяйства, но позволяют развивать животноводство, поэтому основные нарушения земель в районе связаны с изменениями почвенного покрова под влиянием пастбищной дигрессии и предполагают приоритетность сельскохозяйственного направления рекультивации.

94

Минеральные ресурсы района представлены нефтяными и рудными месторождениями. Крупнейшее горнодобывающее предприятие – Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат – расположен в горной части района на высоте свыше 3000 м. Занимая компактную территорию, он не создает прямой конкуренции традиционной сельскохозяйственной отрасли, однако природные и сельскохозяйственные ландшафты испытывают постоянное атмохимическое воздействие, обусловленное рассеиванием пыли при добыче и транспортировке руды. Пыль содержит значительные концентрации рудных элементов – вольфрама, молибдена, меди, висмута и др., составляющих группу устойчивых аккумулятивных загрязнителей, называемых тяжелыми металлами. Обладая длительным периодом естественной деструкции, тяжелые металлы даже при незначительных объемах техногенного рассеивания накапливаются в природных компонентах, формируя поверхностные геохимические аномалии небезопасные для биоты. Данное обстоятельство должно учитываться при решении вопросов рекультивации нарушенных ландшафтов. Предпочтительными направлениями рекультивации в таких условиях являются санитарно-гигиеническое и природоохранное, направленные на нейтрализацию негативных биогеохимических процессов.

Уральский рекультивационный район выделен в экономико-географических границах Урала – старейшего горнорудного региона России, промышленная история которого насчитывает более трех столетий. Природный потенциал этой территории отличается пестротой и разнообразием сочетаний формирующих его элементов. Здесь имеются условия для развития как промышленных, так и сельскохозяйственных отраслей. Тем не менее, в первую очередь Урал является промышленным регионом, ориентированным на металлургию и смежные с ней отрасли, развивающиеся преимущественно на местном сырье, представленном разнообразными рудами высокого качества, углем, нефтью, газом, нерудным сырьем, в том числе богатейшими запасами калийных и поваренных солей, строительных материалов, ценных металлов и алмазов.

Уральский регион не только выделяется высоким промышленным потенциалом, но является и производителем сельскохозяйственной продукции (зерна, картофеля, овощей). В границах всего региона развито животноводство мясо-молочного направления; на юге – в Оренбургской области – мясо-шерстного (разведение коз и овцеводство). Современная насыщенность

95

территории промышленностью в 3 раза выше средней по России [32]. Это определяет и более высокую по сравнению с общероссийским уровнем нарушенность природных ландшафтов, делая проблему рекультивации здесь наиболее актуальной. Несмотря на пестроту и типологическое разнообразие нарушенных ландшафтов, приоритетным направлением рекультивации в связи с фоновыми природными условиями является лесохозяйственное направление с подчиненным значением сельскохозяйственной рекультивации. Выделение данных приоритетов рекультивации не исключает возможности реализации других ее направлений, решение по которым принимается на основании особых условий размещения, с учетом сложившейся экологической и хозяйственной ситуации.

Длительность промышленного освоения Урала, специфика экологических проблем, формировавшихся десятилетиями, привели в тому, что в настоящее время на экологической карте России он выделяется «черным пятном». На долю промышленности данного региона приходится около 40 % суммарных выбросов самых токсичных загрязняющих ингредиентов, включая тяжелые металлы, хлор- и фторпроизводные, ароматические углеводороды, оксиды [23]. Ежегодно из недр Урала извлекается свыше 1 млрд т горных пород, из которых 80 % складируется в отвалы. Их объем превысил 1,5 млрд м3

[32]. Значительная часть грунтов, формирующих отвалы, токсична. Водная и ветровая эрозия, разрушая отвальный субстрат, насыщенный токсичными ингредиентами, рассеивает его, загрязняя окружающую природную среду.

Крайне остро на Урале стоит проблема загрязнения вод. Водные ресурсы региона невелики, их объем составляет менее 3% от общего для России [32]. Распределяются водные ресурсы неравномерно: большая часть сконцентрирована в северо-западной части региона, южные и юго-восточные территории испытывают дефицит воды. Проблемы водопользования осложняются отраслевой специализацией промышленности на водоемкие производства с характерным для них гигантским объемом сточных вод. Дефицит воды предопределил поиск источников водоснабжения, наиболее простым решением проблемы стало создание прудов и водохранилищ. Искусственные водоемы – в настоящее время их свыше трехсот – являются неотъемлемой чертой уральских городов. Играя изначально положительную экологическую роль, особенно в условиях острого дефицита воды, сейчас многие водохранилища превратились в объекты повышенной экологической опасности. Формируясь под влиянием промышленных сбросов, за

96

годы своего существования они накопили в донных отложениях массу токсичных ингредиентов, служат средой обитания патогенных микроорганизмов. Все это по пищевой цепи, с рыбной продукцией, поступает в организм человека, создавая реальную угрозу здоровью. При обезвоживании водохранилищ крайне остро встает вопрос утилизации донных отложений [43].

Своеобразие территориальных сочетаний и специфика нарушенных ландшафтов позволяют выделить в Уральском рекультивационном районе подрайоны – Уральский лесной, Уральский лесостепной и степной. Основу подрайонов образуют фоновые природные условия и типологические особенности нарушенных ландшафтов, предопределяющие технологические различия при их рекультивации.

В Уральском лесном подрайоне спектр техногенных нарушений природных ландшафтов наиболее широк. Здесь представлены ландшафты, нарушенные при добыче, переработке и транспортировке угля, нефти, газа, строительного сырья, солей, рудных ископаемых. Специфика рекультивации таких объектов обусловлена необходимостью обезвреживания токсичных (пылящих и горящих) терриконов, устранения углеводородного загрязнения, техногенного засоления. Все это существенно усложняет задачи рекультивации и требует взвешенного подхода к выбору ее направления в каждом конкретном случае с учетом специфики техногенного объекта. Тем не менее, руководствуясь природными предпосылками ландшафтообразования, можно расположить направления рекультивации в ряд по их приоритетности для подрайона – лесохозяйственное, водохозяйственное, санитарно-гигиеническое.

Уральский лесостепной и степной подрайон выделяется как территория преимущественного сельскохозяйственного освоения с остро стоящими проблемами водопользования, поэтому для нее приоритетными являются сельско- и водохозяйственное направления рекультивации. Прочие направления, помимо названных, не исключаются, однако менее актуальны.

В азиатской части России, за Уралом, на обширных просторах Сибири и Дальнего Востока представлен макрорегион, обладающий огромным ресурсным потенциалом, но в силу неблагоприятных для жизнедеятельности человека природно-климатических условий малонаселенный и слабо освоенный. Долгое время необходимость рекультивации нарушенных ландшафтов в наиболее удаленных и малоосвоенных его частях ставилась под сомнение по причине

97

экономической нецелесообразности, против чего решительно возражали представители академической науки, ссылаясь на неустойчивость природного равновесия и необратимость техногенных нарушений [1,16, 32 и др.] В последние десятилетия вопросам охраны природы Восточного макрорегиона стали уделять все большее внимание, проблема рекультивации здесь актуализировалась [11]. Ее региональная специфика обусловлена относительно узким спектром техногенных видов воздействия, поэтому вся территория разбита на пять рекультивационных районов, объединяющихся в две группы – Сибирскую (Северо-Сибирский, Центрально-Сибирский и Южно-Сибирский рекультивационные районы) и Дальневосточную (Север и Юг Дальнего Востока) (см. рис.2.1).

Северо-Сибирский рекультивационный район – громадная территория в границах тундровой, лесотундровой и северо-таежной природных зон Азиатской России, характеризующаяся суровостью климата, распространением многолетней мерзлоты, высокой эрозионной уязвимостью природных ландшафтов, недра которой насыщены углеводородами, углем, редкими и ценными металлами. Сложившийся на фоне богатейших минеральных ресурсов традиционный тип природопользования – оленеводческо-промысловый. Традиции оленеводства до настоящего времени сильны в связи с расселением здесь малочисленных народов. Территория Сибирского Севера стала ареной столкновения интересов горнодобывающей отрасли и традиционных форм хозяйствования. В этой связи на промышленных объектах необходимо неукоснительно соблюдать природоохранные требования при проведении горнодобывающих и вспомогательных работ, по их завершении – рекультивацию нарушенной площади.

Если сравнивать данную территорию с другими регионами России в плане реализации природоохранного законодательства, например, по площади особо охраняемых резерватов, нельзя не отметить, что плотность таковых здесь значительно выше, чем в среднем по России. Тем не менее, охраняемые природные резерваты в сложившихся условиях не являются гарантией сохранения репродуктивного потенциала северных экосистем, поскольку подвержены техногенной нагрузке в связи с межрегиональным атмосферным переносом загрязняющих ингредиентов. Наибольшую экологическую опасность для экосистем рекультивационного района представляет расположенный здесь Норильский рудный район, сульфидные медно-никелевые руды которого осваиваются с 1936 г. На

98

базе минерального сырья вырос крупный промышленный комплекс по добыче и переработке руды. Освоение месторождений производится открытым и подземным способами, сопровождается формированием техногенного рельефа, площадь которого превысила 30 тыс.га [24].

Существенно осложняет экологическую ситуацию, причем не только в границах месторождения, но и на обширной прилегающей территории, переработка руд. Атмосферные выбросы перерабатывающих предприятий содержат большое количество серы и токсичных микропримесей. Они подкисляют атмосферные осадки, ведут к изменению биогеохимических условий на всей площади ареала рассеивания, входящего в десятку наиболее загрязненных мест России. Рекультивация нарушенных ландшафтов в таких условиях осложнена постоянно нарастающей токсичностью грунтов, отсутствием пригодного для создания корнеобитаемого слоя почвенного субстрата, повышенной активностью термодинамических и эрозионных процессов. Восстановление нарушенных ландшафтов до исходного (первоначального) состояния крайне затруднительно, поэтому целесообразными направлениями рекультивации являются санитарно-гигиеническое, природоохранное и водохозяйственное. Они выполняются с целью стабилизации нарушенной поверхности, предотвращения размыва техногенного рельефа, предотвращения расширения очагов наземного загрязнения и охраны от него поверхностных и подземных вод.

Центрально-Сибирский район выделяется в границах таежной зоны Сибири. Более благоприятные по сравнению с Северо-Сибирским районом климатические условия этого региона предопределили высокую лесистость территории и соответствующий природным условиям лесопромысловый тип традиционного природопользования, сочетающийся с очаговым земледелием и животноводством. Современное хозяйство района в противовес традиционному природопользованию в наибольшей степени ориентировано на добычу полезных ископаемых. Минеральные богатства здесь очень разнообразны и пока освоены слабо. Это топливно-энергетические ресурсы – нефть, газ, уголь; наряду с ними значительную долю в структуре минеральных ресурсов составляют драгоценные металлы и алмазы; широко распространены месторождения нерудных ископаемых, в т.ч. торф, соли, графит, кальцит, мрамор и строительные материалы. Ближайшие перспективы промышленного развития связаны с начавшимся освоением громадного по запасам Удоканского месторождения меди и

99

Тунгусским угольным бассейном-гигантом, занимающим площадь свыше 1 млн км2. Такое разнообразие осваиваемых минеральных богатств сопровождается пестрым спектром техногенных нарушений природных ландшафтов: от низко отвальных и мелко карьерных нарушений при добыче нерудных материалов (торфа, песка и пр.) – до карьерно-отвальных с высокой степенью дифференциации (свыше 50 м), являющихся следствием разработки рудных полезных ископаемых.

Несмотря на разнообразие извлекаемых минеральных богатств, различия в технологиях и специфике формирования техногенных ландшафтов, приоритетным направлением их рекультивации является лесовосстановление. В зависимости от освоенности и заселенности территории лесовосстановительные мероприятия могут иметь разную цель. В удаленных от селитебных территорий, слабо освоенных и малонаселенных частях района мероприятия по лесовосстановлению выполняются для ликвидации негативных последствий нарушения целостности растительного покрова с целью восстановления его водоохранной, средообразующей и кислородопродуцирующей функции в ландшафтах. На освоенных и населенных территориях лесовосстановление ориентируется на создание хозяйственно-ценных, высокопродуктивных лесных насаждений с разнообразными функциями – от рекреационной до промышленной. На пригородных территориях лесохозяйственная рекультивация может сочетаться с сельскохозяйственным и рекреационным направлениями восстановительных мероприятий.

Южно-Сибирский рекультивационный район охватывает территорию юга Западной, Средней Сибири и юг Забайкалья в границах южно-таежной, лесостепной и степной ландшафтных зон. На фоне традиционного лесопромыслового типа природопользования с очаговым земледелием и животноводством в хозяйстве района высока доля горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Здесь осваиваются богатейшие по запасам месторождения угля, железных руд, редких и драгоценных металлов (рудные и россыпные). Значительный удельный вес имеют месторождения строительных материалов – песка, гравия, щебня, глины и др.

Особенностью района является то, что большая часть месторождений как рудных, так и нерудных ископаемых разрабатывается открытым способом. Это предопределило высокий удельный вес нарушенных территорий в структуре земель. Преобладающий тип нарушенных ландшафтов – отвально-карьерный. Перепады высот на участках техногенного рельефа достигают 100 м.

100

Отвалы представлены вскрышными, шламовыми и шахтными насыпными формами с характерной для них токсичностью, обусловленной кислотными свойствами грунтов и высоким содержанием в них биофобных элементов – мышьяка, ртути, кадмия. Значительная часть отвалов угледобычи склонна к самовозгоранию. Это делает их крайне опасными экологическими объектами, сложными с точки зрения рекультивации.

Специфическими элементами в структуре нарушенных ландшафтов района являются отработанные и разрабатываемые россыпные месторождения металлов (золота, серебра, олова и др.), приуроченные к долинам рек. Их освоение проводится дражным и гидравлическим способами. Под влиянием горнодобывающих работ формируется своеобразный карьерно-отвальный тип техногенного рельефа с обилием остаточных водоемов-отстойников, перемежающихся с отвалами, сложенными рыхлыми аллювиальными отложениями. Такие техногенные полигоны полностью перекрывают долины рек на значительном их протяжении и требуют особого подхода к выбору направления и технологии рекультивации в связи с высокой природной динамичностью и очевидным негативным воздействием на наиболее уязвимые природные образования – долинно-приречные ландшафты.

В экологическом отношении Южно-Сибирский район характеризуется высокой потенциальной опасностью в плане ветровой эрозии, чему в немалой степени способствует сокращение естественной лесистости в результате хозяйственной деятельности. Деградация лесов стимулирует развитие не только дефляционных, но и многих других негативных экологических процессов. Таким образом, очевидна перспективность для района лесохозяйственной рекультивации. На угодьях, изъятых из сельскохозяйственной деятельности, целесообразны восстановительные мероприятия, направленные на возвращение этих земель в хозяйственный оборот в соответствии с первоначальным использованием. Особое внимание должно уделяться рекультивации нарушенных долинно-приречных ландшафтов, к каждому из которых необходим индивидуальный подход, учитывающий природную и хозяйственную значимость водного объекта.

Дальневосточная группа рекультивационных районов объединяет в своем составе громадную территорию, неоднородную в природном и хозяйственном отношении. Здесь сосредоточены крупнейшие по запасам металлогенические провинции

101

Тихоокеанского рудного пояса, в границах которых разведаны и разрабатываются месторождения цветных, редких, драгоценных и рассеянных металлов, полиметаллов, железных руд. Помимо рудных месторождений имеются уголь, нефть, газ, торф. Важнейшими природными ресурсами данной группы районов, выделяющими ее на фоне территории страны, являются лесные и рыбные ресурсы. По запасам древесины, составляющим свыше 30 % общероссийских [32], данный регион занимает ведущее место в стране. Однако лесные ресурсы – это не только древесина: лесные экосистемы играют важную средообразующую роль, являясь средством стабилизации стока в условиях перепадов водности, связанной с муссонным климатом, предотвращают развитие эрозионных и оползневых процессов. Дальневосточная муссонная тайга – богатейший в видовом отношении растительный комплекс, в составе которого широко представлены редкие и реликтовые виды растений. Многие представители дальневосточной флоры имеют большую фармакологическую ценность. Наконец, леса – это хранители чистоты и водности дальневосточных рек, обеспечивающие не только водоснабжение населения и хозяйства, но и репродуктивный потенциал ценнейших видов гидрофауны, включая хозяйственно значимые лососевые и осетровые виды.

Принципиальные различия в приоритетности восстановительных направлений для Дальневосточного региона невелики и определяются его климатической дифференциацией на рекультивационные районы – Север Дальнего Востока и Юг Дальнего Востока.

Север Дальнего Востока представлен территорией в границах одноименного ресурсно-географического региона [32]. Для него характерна суровость климатических условий, следствием которой является распространение многолетней мерзлоты, господство тундровых, лесоболотных и горно-таежных ландшафтов. Своеобразие природы предопределило традиционно сложившийся здесь оленеводческо-промысловый тип хозяйственного уклада жизни коренного населения. Начавшееся в прошлом столетии горнопромышленное освоение края связано с запасами металлогенических полезных ископаемых, главным образом – ценных металлов (золота, платины и др.). Современные перспективы горнодобывающей отрасли позволяют прогнозировать дальнейшее увеличение площади техногенных ландшафтов, в том числе под влиянием разработки россыпных месторождений полезных

102

ископаемых в долинах рек. Учитывая, что речные системы района имеют изначальное рыбопромысловое значение, служат источниками водоснабжения населения и промышленности, их нарушение чревато снижением ресурсного потенциала территории в целом. Рекультивация долинно-речных ландшафтов – процесс комплексный. Он не может ограничиваться каким-либо одним направлением, в обязательном порядке включая:

• восстановление водотока (водохозяйственная рекультивация); • восстановление экологических условий обитания гидробионтов, включая нерестовые и нагульные площади ценных видов рыб (рыбохозяйственное направление рекультивации); • создание на нарушенном участке устойчивого растительного покрова водоохранно-защитного назначения (лесохозяйственная или природоохранная рекультивация). В прочих случаях, когда нарушенные ландшафты не связаны

непосредственно с водными экосистемами, не оказывают на них прямого или опосредованного влияния, приоритет в связи с удаленностью, труднодоступностью и слабой заселенностью территории принадлежит природоохранному направлению рекультивации.

Юг Дальнего Востока выделяется на фоне рассматриваемой Дальневосточной группы рекультивационных районов более высокой теплообеспеченностью, предопределяющей доминирование таежных и лесостепных ландшафтов с высоким уровнем биологического разнообразия, повышенным продукционным и агрохозяйственным потенциалом. Территория района четко подразделяется на горную и равнинную части, существенно различающиеся как по хозяйственной освоенности, так и по традиционно сложившимся видам природопользования.

В структуре традиционного природопользования господствующее место принадлежит лесопромысловому типу с очагами земледелия и животноводства [32]. Он распространен на большей части района, несколько уступая земледельческо-животноводческим формам традиционного хозяйства лишь в южной равнинной части, где развитию аграрной отрасли способствуют не только благоприятные климатические условия, но и высокий уровень почвенного плодородия. Здесь под уникальной растительной формацией, получившей название «амурская прерия», сформировались уникальные черноземовидные почвы. Учитывая ограниченную

103

площадь их распространения и хозяйственную ценность, в случаях нарушений почвенного покрова в границах ареала целесообразно проводить рекультивацию сельскохозяйственного направления.

В горных условиях важнейшими эколого-ресурсными компонентами являются лес и вода. Здесь лежат истоки малых рек, формирующих важнейшие водные системы. Гарантом их чистоты и водности выступает лесной растительный покров. Поэтому в горной части района предпочтение следует отдавать восстановлению качества водотоков и устойчивого лесного покрова противоэрозионного и водоохранно-защитного назначения.

Рассмотренные направления рекультивации ландшафтов имеют рекомендательный характер, исходящий из природно-экологической целесообразности и ресурсного потенциала рекультивационных районов. При проектировании мероприятий по рекультивации в рамках каждого из районов рекомендованные данной системой направления могут дополняться и конкретизироваться в зависимости от местных условий, технологических особенностей, экологических показателей фактического состояния компонентов нарушенных ландшафтов, их удаленности от селитебных территорий и хозяйственных объектов административных территорий.

Так, например, в Пермском крае, расположенном на стыке двух рекультивационных районов – Уральского и Центрального (Центрально-Нечерноземного подрайона), три приоритетных направления рекультивации: лесо-, водо- и сельскохозяйственное. Первым двум отдается предпочтение в северной, таежной части края с традиционно сложившейся здесь лесопромысловой формой хозяйства. На преимущественно земледельческо-животноводческом, малолесном юге Пермского края предпочтительным является сельскохозяйственное направление рекультивации, однако в тех случаях, когда речь идет о восстановлении долинно-речных ландшафтов, приоритет переходит к водохозяйственной рекультивации с обязательным включением в нее элементов лесовосстановления.

Учитывая давность хозяйственного освоения Пермского края, специфику современной промышленности и высокую урбанизированность, наиболее проблемными объектами рекультивации являются техногенные ландшафты пригородных и селитебных территорий, сформировавшиеся в условиях загрязнения и характеризующиеся высоким уровнем экологического неблагополучия, не поддающегося быстрой нейтрализации.

104

Единственно возможным направлением рекультивации таких объектов является санитарно-гигиеническое направление, цель которого – устранение негативного влияния нарушенного ландшафта на прилегающие селитебные территории.

При выборе направления рекультивации и проектировании восстановительных мероприятий очень важно правильно подобрать растительные виды, устойчивые в рассматриваемых техногенных условиях и отвечающие требованиям избранного направления рекультивации. Оценке экологической пригодности районированных древесно-кустарниковых видов для рекультивации посвящен следующий раздел.

2.3 . Биоэкологическая характеристика древесных и кустарниковых пород для рекультивации в

Пермском крае

Своеобразие экологических условий, характерных для территорий, подлежащих рекультивации, предопределяет особые требования к подбору растительных видов-рекультивантов. В идеале данные виды должны обладать высокой толерантностью к среде обитания – не предъявлять повышенных требований к почвенному плодородию, быть засухо- и морозоустойчивыми, терпимыми к почвенному и атмосферному загрязнению. Помимо жизнестойкости они должны иметь высокий потенциал роста как надземной, так и подземной частей, способность в короткие сроки формировать сомкнутый растительный покров с высокой продуктивностью, противоэрозионными и средообразующими свойствами.

Значительный опыт работ по созданию лесных культур на землях, нарушенных хозяйственной деятельностью, накопленный в нашей стране и за рубежом [1, 4, 5, 34 и др.], позволяет дать оценку пригодности апробированных в других регионах видов-рекультивантов, выделив наиболее перспективные из них для внедрения на региональных объектах рекультивации. В краткой форме результаты оценки представлены в табл.2.9. В основу пригодности положены показатели, характеризующие видовую устойчивость растений к неблагоприятным факторам, в том числе: морозо-, свето-, засухо-, пожароустойчивость; подверженность ветровалам и болезням; скорость роста и мелиоративные свойства. Понятие «мелиоративные свойства» предполагает способность растительного вида выполнять

105

средообразующие функции, включая активное участие в почвообразовании.

Фактический уровень устойчивости растительных видов к природным факторам экологического неблагополучия рассмотрен в троичной системе положительных значений: + - низкий; ++ - средний; +++ - высокий (см. табл.2 .9, столбцы 2–9). Оценочный эквивалент каждого плюсового значения принят равным одному баллу. Путем суммирования баллов дана общая оценка экологической устойчивости вида к неблагоприятным факторам природного происхождения. Помимо природных факторов учтена реакция вида на техногенную нагрузку. Для этого в оценку введены дополнительные показатели – требовательность к почвенному плодородию и к качеству атмосферного воздуха (см. табл.2 .9, ст.10–11). Итоговая оценка пригодности рассчитана путем суммирования всей совокупности баллов для использованных показателей.

Балльная оценка пригодности видов древесно-кустарниковой растительности позволила выявить наиболее перспективные из них для рекультивации нарушенных ландшафтов в Пермском крае. Чем больше сумма баллов, тем перспективнее вид для использования его в рекультивационных культурах. Наиболее высокие показатели пригодности – 26 и 27 баллов – имеет лиственница, соответственно –

106

Таблица 2.9

Пригодность древесно-кустарниковых видов для рекультивации ландшафтов в Пермском крае

Вид

Мел

иора

тивн

ые

свой

ства

Ско

рост

ь ро

ста

Уст

ойчи

вост

ь к

вред

ител

ям и

бо

лезн

ям Показатели устойчивости к эдафическим факторам

Суммарный показатель пригодности

для рекультивации

(баллы) Морозо- Свето- Засухо- Пожаро- Ветро- Требовательность к

качеству:

у с т о й ч и в о с т ь (+ - низкая, ++ - средняя, +++ -

высокая)

почвенного плодородия

атмосфер-ного

воздуха

(+++ - низкая, ++ - средняя, + - высокая )

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) ++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ + 25 С.Банкса (P.banksiana) ++ +++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ +++ + 25 С.черная (P.nigra) ++ ++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ 25 С.кедровая (P. sibirica) + + ++ ++ ++ ++ + +++ + + 16 Лиственница сибирская (Larix sibirica)

++ +++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ +++ +++ 27

Л.Сукачева (L.sukaczewii) ++ +++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ +++ ++ 26 Ель сибирская (Picea obovata) + + ++ +++ ++ + + + ++ ++ 16 Ель европейская (P. abies) + + ++ ++ ++ + + + + ++ 15 Пихта сибирская (Abies ++ + + ++ ++ + + ++ + + 14

106

sibirica)

Окончание табл. 2.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Пихта европейская (Abies alba)

++ + + + ++ + + ++ + + 13

Береза бородавчатая (Betula pendula)

++ ++ +++ +++ +++ +++ ++ +++ ++ ++ 25

Береза пушистая (B.pubescens) ++ ++ +++ +++ +++ ++ ++ +++ ++ ++ 24 Тополь белый (Populus alba) ++ +++ + ++ +++ +++ ++ ++ ++ +++ 23 Т.душистый (P.suaveolens) + +++ + +++ +++ ++ ++ ++ +++ +++ 23 Т.дрожащий (P.tremula) +++ ++ + ++ +++ ++ ++ ++ ++ +++ 22 Ива белая (Salix alba) + +++ ++ ++ +++ + + +++ +++ +++ 22 И.козья (S.caprea) + +++ ++ ++ +++ + + +++ +++ +++ 22 Липа мелколистная (Tilia cordata)

+++ + ++ + +++ ++ + ++ + ++ 18

Вяз гладкий (Ulmus laevis) ++ + ++ ++ +++ +++ + +++ + ++ 20 Клен ясенелистный (Acer negundo)

++ +++ ++ ++ ++ ++ + + ++ ++ 19

К.остролистный (A.platanoides)

+++ ++ + + +++ +++ + ++ + ++ 19

Лох серебристый (Elaeagnaceae argentea )

+++ ++ ++ + +++ ++ + +++ ++ ++ 21

Л.узколистный (E.angustifolia ) +++ ++ ++ + +++ ++ + +++ ++ ++ 21 Ракитник русский (Cytisus ruthenicus)

+++ ++ ++ ++ +++ +++ + +++ +++ +++ 25

Роза иглистая (Rosa acicularis) + ++ ++ +++ ++ ++ + +++ ++ ++ 20 Р.майская (R.majalis) + ++ ++ ++ ++ + + +++ ++ ++ 18 Спирея средняя (Spiraea ++ ++ ++ ++ +++ ++ + +++ + + 19

107

media)

108

Larix sibirica и L.sukaczewii. В естественных условиях Пермского края данные древесные породы распространены весьма ограниченно. В породной структуре лесного фонда доля лиственничников 0,02 % [58]. Столь незначительное распространение связано отнюдь не с невозможностью произрастания здесь лиственницы – оно обусловлено естественно-историческими факторами формирования восточно-европейской тайги, типологической доминантой в которой является темнохвойная формация из ели и пихты.

Перспективность использования лиственницы для целей рекультивации высока. Все представители рода Larix характеризуются широкой экологической амплитудой. Они морозо- и засухоустойчивы. Обладая пластичной корневой системой, лиственница хорошо растет там, где не могут произрастать другие древесные виды – на почвах, пораженных многолетней мерзлотой. В ареалах распространения многолетнемерзлых почв она формирует приповерхностную корневую систему, распространяя ее в верхнем слое сезонного оттаивания, имеющего малую мощность, поэтому подвержена ветровалам. В прочих условиях корневая система лиственницы глубокая, сильно разветвленная , с хорошо развитым стержневым корнем. Это позволяет лиственничникам противостоять даже очень сильным ветрам [33]. Высокое расположение кроны относительно земной поверхности делает лиственницу одним из наиболее устойчивых к низовым пожарам хвойных деревьев.

Лиственница – быстрорастущее, долговечное дерево. В естественных условиях она живет до 350–400 лет, формируя запас древесины 1000–1500 м3/га [26]. Даже в крайне неблагоприятных экологических условиях, на промышленных территориях, практически лишенных почвенного покрова, культуры лиственницы в опытах к пятилетнему возрасту достигают высоты не менее 140 см [4]. Очень чутко лиственница реагирует на внесение минеральных удобрений и уходы. Не предъявляя высоких требований к почвенным условиям, данная древесная порода все же лучше растет на суглинистых, рыхлых, хорошо дренированных почвах, на которых может давать годовые приросты по высоте до 110 см [33].

По сравнению с прочими хвойными культурами лиственничники обладают наиболее высоким мелиоративным потенциалом. Ежегодно сбрасывая хвою, лиственница активно участвует в процессе почвообразования и, благодаря большому объему биогенного опада, насыщенного биофильными минеральными элементами, значительно ускоряет его. Весьма ценным качеством

109

лиственницы является высокая устойчивость к загрязнению воздуха, позволяющая культивировать данный вид в районах с интенсивными промышленными выбросами. Еще одна особенность лиственничных насаждений, повышающая их экологическую ценность, связана с тем, что в равных климатических условиях у лиственничников более продолжительный вегетационный период, чем у сосняков и ельников. Хвоя лиственницы обладает повышенной фотосинтезирующей способностью по сравнению с прочими хвойными породами деревьев, поэтому она поглощает в 2–2,5 раза быстрее и больше СО2 из воздуха и выделяет во столько же раз большее количество О2 [33].

Как и прочие лесные насаждения, лиственничники подвержены влиянию негативных биологических факторов. Реальную угрозу их благополучию представляют вредители и болезни, общие для всех типов хвойных насаждений. Наиболее известные вредители – лиственничная листовертка (Zeiraphera diniana), сибирский коконопряд (Dendrolimus sibiricus), лиственничная муха (Lasiomma laricicola), пяденица (Semiothisa continuaria), почковая галлица (Dasyneura laricis) и др. Самым распространенным заболеванием лиственницы является лиственничная губка (Fomitopsis officinalis), вызывающая бурую ядровую гниль стволов, сопровождающуюся суховершинностью [21]. Наибольшую опасность вредители и болезни представляют для лиственничных насаждений на протяжении первого десятилетия роста и развития, в фазе молодняков. В Пермском крае широкого распространения вредителей и болезней лиственницы не установлено [58] .

Наряду с экологической устойчивостью лиственничники обладают высокой хозяйственной ценностью. Древесина лиственницы слабо подвержена гниению, широко используется для производства пиломатериалов, фанеры, целлюлозы, для изготовления деревянных конструкций. Из нее получают множество ценных продуктов глубокой химической переработки.

Таким образом, перспективность лиственницы для биологической рекультивации весьма высока и связана с нетребовательностью ее насаждений к эдафическим условиям (температуре, влажности, трофности субстрата), с быстрым ростом, устойчивостью к атмосферному загрязнению, пожарам и ветровалу. Важным аргументом для введения лиственницы в состав рекультивационных культур на территории Пермского края является высокий мелиоративный и экологический потенциал этого дерева. При создании лиственничных культур необходимо иметь в виду, что это

110

дерево очень рано трогается в рост, поэтому период посадок ограничен. Наиболее благоприятные сроки проведения посадочных работ в сравнении с другими хвойными культурами смещаются к ранневесенней фенологической фазе и должны завершаться до начала формирования зеленого аспекта в сезонном состоянии ландшафтов.

Несколько ниже, чем у лиственницы, но также высок – 25 баллов – суммарный показатель пригодности для рекультивации у сосны (Pinus sylvestris, P.banksiana, P.nigra). Сосна является одной из основных лесообразующих пород в таежной зоне России. В чистых насаждениях и в составе смешанных лесов она представлена на огромном территориальном ареале, охватывающем весь умеренный пояс Евразии. В Пермском крае доля сосняков в породной структуре лесного фонда достигает 14% [58]. Столь широкому распространению сосны способствует ее толерантность к условиям среды, обусловленная морфофизиологическими особенностями, важнейшими из которых являются способность к поглощению атмосферного азота и симбиотические отношения с низшими представителями флоры. Сосна, будучи азотфиксатором и микоризообразователем, способна получать необходимое для роста и развития количество азота из недоступных другим растениям соединений, поэтому она хорошо растет на обедненных элементами питания сухих песках, каменисто-щебнистых осыпях, на почвах любого механического состава, уровня кислотности, трофности и влажности.

В благоприятных природных условиях сосна (Pinus sylvestris) – высокое, до 70 м высотой, прямоствольное дерево со сложной корневой системой, состоящей из главного стержневого и широко расходящихся приповерхностных боковых корней. Глубоко проникающая в почву разветвленная корневая система обеспечивает соснякам устойчивость к ветровалам и возможность получения достаточного количества питательных веществ даже на очень обедненных субстратах, позволяя осваивать экотопы, непригодные для других древесных видов. В числе бесспорных экологических достоинств сосны, определяющих возможность ее использования для рекультивационных целей – морозоустойчивость, быстрый рост, долговечность, засухоустойчивость. Потребляя крайне незначительное количество влаги, благодаря ксерофитной организации листовых органов, сосна способна находить ее даже в условиях физиологической сухости.

Толерантность к условиям среды определяет способность сосны формировать чистые насаждения, но она легко уживается и с

111

разнообразными по составу древесно-кустарниковыми породами, образуя устойчивые смешанные древостои с елью, березой, осиной и др. В нарушенных лесных ландшафтах сосна часто играет пионерную роль. По данным Л.П.Баранника культуры сосны даже на нарушенных промышленным воздействием территориях при определенных уходах за ними к 15–30-летнему возрасту достигают высокой сомкнутости, позволяющей реализовать противоэрозионную функцию и необходимый почвозащитный потенциал, обеспечивая тем самым надлежащую экологическую стабильность природному комплексу [4].

Лесные насаждения с преобладанием сосны не только декоративны – они имеют высокую хозяйственную ценность как источники легкой и прочной древесины, пневого осмола, продуктов побочного пользования (грибов, ягод). В сосняках формируется особый микроклимат, поскольку они выделяют в атмосферу большое количество фитонцидов, обладают пыле- и газоулавливающими свойствами. Все это наделяет сосновые насаждения высокими средообразующими свойствами, придает им не только хозяйственную, но и повышенную рекреационную ценность, позволяя рассматривать сосну в составе наиболее перспективных древесных пород для рекультивации нарушенных ландшафтов в Пермском крае.

Однако при всех положительных эколого-хозяйственных качествах сосна не лишена некоторых недостатков, снижающих ее рекультивационный потенциал. Наиболее значимым из них является чувствительность сосняков к загрязнению воздуха [25]. Именно этой особенностью ограничено использование сосны в городском озеленении и при рекультивации ландшафтов, расположенных в условиях высокой атмохимической нагрузки. Нельзя не отметить особую требовательность этой породы к технике лесопосадочных работ. Сосна крайне чувствительна к положению корневой шейки относительно поверхности почвенного слоя. Она не может расти, если корневая шейка обнажается или, наоборот, заглублена. Поэтому сосну нельзя использовать для создания культур на рыхлых, не прошедших гравитационную усадку субстратах. На ранних стадиях формирования сосняки, несмотря на высокую эдафическую толерантность, характеризуются пониженной морозоустойчивостью и подвержены вымерзанию, при низких зимних температурах гибнут на участках, лишенных снежного покрова.

Культуры и естественные насаждения сосны неустойчивы к вредителями и болезнями. Наиболее распространенные вредители сосновых древостоев в Пермском крае – сосновый усач (Monohamus

112

galloprovincialis), майский хрущ (Melolontha hippocastani, M.melolontha и др.), большой сосновый долгоносик (Hylobius abietis), пяденица (Bupalus piniarius), совка (Panolis flammea), сосновый коконопряд (Dendrolimus pini) [58]. Болезни у сосны общие с прочими хвойными представителями таежных древостоев, однако для нее наиболее характерно шютте, вызываемое грибами порядка фацидиевых (Lophodermium pinastri, Phacidium infestans, Hupodermella sulcigena), ржавчина (Coleosporium) и поражение сосновой губкой (Phellinus pini). Для повышения устойчивости сосновых культур рекомендуются весенние посадки сеянцев и саженцев с обязательным последующим уходом, включающим рыхление, прополку междурядий, при необходимости – инсектицидную обработку [73].

Наряду с сосной обыкновенной в лесах Пермского края встречается ее подвид – сосна сибирская, или кедровая (Pinus sibirica). Сосна кедровая, часто называемая кедром – медленно растущее, но долго живущее крупное орехоплодное дерево. Это светолюбивая порода, один из основных компонентов тайги континентального и резко континентального типов. Не предъявляя жестких требований к климатическим условиям, сосна кедровая очень избирательно относится к почвенному субстрату, предпочитая хорошо дренированные тучные суглинистые почвы. Болезненно реагируя на переуплотнение почвенного слоя, сосна кедровая плохо переносит рекреационную нагрузку. Для создания культур в условиях атмохимической нагрузки и низкотрофных грунтов непригодна, поскольку требовательна к почвенному питанию и чистоте воздушной среды.

Доминирующей зональной формацией лесов Пермского края является темнохвойная тайга с преобладанием ели (Picea abies и P.obovata) и пихты (Abies sibirica, A.alba). Доля ельников в составе естественных лесных насаждений края – 59,3 % [41, 58]. Несмотря на столь обширное распространение в естественных условиях, для целей рекультивации данные виды мало перспективны. Суммарный показатель их пригодности значительно ниже, чем у лиственницы и сосны – не превышает 16 баллов.

Низкий рекультивационный потенциал ели является следствием повышенных требований, предъявляемых данной культурой к условиям обитания, – качеству воздуха, почвенному плодородию, увлажнению. Уязвимым местом еловых насаждений, снижающим их рекультивационную ценность, является низкая пожароустойчивость. Наиболее чувствительны к эдафическим факторам еловые молодняки,

113

плохо переносящие недостаток почвенного питания, избыточную освещенность, подверженные вымерзанию. Для достижения необходимого уровня приживаемости ели на протяжении первых 3–5 лет необходимы уходы за посадками, включающие создание промежуточных покровных культур защитного назначения. Наилучший вариант – высокостебельные травянистые растения с сидерофильными свойствами, например донник (Melilotus albus) или люпин (Lupinus polyphyllus).

Декоративные показатели и высокие водоохранно-защитные свойства ельников позволяют рассматривать ель в качестве желательного компонента при рекультивации насаждений в зеленых зонах городов. Ельники хорошо растут при благоприятном (гумидном) сочетании тепла и влаги на дренируемых суглинистых и супесчаных почвах. Имея приповерхностную корневую систему, еловые насаждения чувствительны к засухе, плохо переносят не только дефицит почвенной влаги, но и низкую (ниже 80 %) влажность воздуха. В равной степени пагубно для них застойное увлажнение. Однако в отличие от сосны ель относительно легко переносит умеренную атмохимическую нагрузку. Так, например, на одном из наиболее неблагополучных участков зеленой зоны г.Перми (в ареале рассеивания выбросов крупнейшего в Пермском крае нефтехимического предприятия) еловый подрост успешно конкурирует с сосной, внедряясь естественным образом в ее культуры (рис.2.2).

Ельники, как молодые, так и перестойные, поражаются вредителями и болезнями. Основные вредители ели: еловый усач (Tetropium fuscum, T.castaneum), большой еловый лубоед (Dendroctonus micans), еловая смолевка (Pissodes harcynae), златка (Anthaxia guadripunctata), шишковая листовертка (Laspeyresia strobilella) и др. Помимо вредителей ель поражается трутовыми грибами: корневой губкой (Fomitopsis annosa), еловым трутовиком (Polystictus circinatus var.trigueter) и др. Все эти вредители и болезни обычны для условий Пермского края, их нельзя не учитывать при проектировании посадок еловых культур, поэтому мероприятия по рекультивации должны предусматривать профилактические уходы [58].

Биоэкологическая характеристика пихты позволяет отнести ее к древесным породам, наименее перспективным для рекультивации в Пермском крае. Суммарный показатель пригодности пихты ниже, чем у прочих хвойных пород и составляет всего 13–14 баллов (см. табл.2.9, рис.2.3). В естественных древостоях на территории Пермского края

114

произрастает преимущественно сибирский вид пихты – Ábies sibírica. Будучи представленными на западной периферии ареала, пихтовые леса (пихтарники) распространены ограниченно. Их площадь в крае имеет тенденцию к сокращению: в 1969 г. она составляла 293,0 тыс.га; к 1986 г. сократилась до 170,0 тыс.га; к 2000 г. снизилась еще на 76 %, составив таким образом 1,5 % лесной площади.

115

Рис.2.2. Внедрение ели в культуры сосны в зеленой зоне Перми

116

Рис.2.3. Усыхание пихты в насаждениях санитарно-защитной зоны Березниковского калийного комбината

Пихтарники отличаются низкими темпами роста, особенно в молодом возрасте, нуждаются в уходах, в сильной степени подвержены пагубному воздействию вредителей и болезней даже в экологически благоприятных условиях произрастания (рис.2.4).

Рис.2.4. Шютте (Lophodermium nervisequum) на пихте в естественных

ценозах Вишерского заповедника

Из лиственных древесных пород, произрастающих в Пермском

крае, наиболее перспективна для рекультивации береза (Betula pendula, B.pubescens). Береза морозостойка, светолюбива, не требовательна к плодородию и влажности почвы, устойчива к загрязнению воздуха. Оба вида, обычные для лесов Пермского края, имеют высокий, на равном уровне с сосной, суммарный показатель пригодности для рекультивации – 24–25 баллов (см. табл. 2.9). Зачастую та и другая растут в одном насаждении, однако Betula pendula предпочитает

117

возвышенные, хорошо дренированные экотопы, Betula pubescens лучше растет в увлажненных понижениях.

Важнейшим достоинством березы является ее эдафическая неприхотливость. При экологическом обследовании территории, нарушенной угледобычей в Кизеловском бассейне, установлено интенсивное возобновление березы на техногенных экотопах с кислотностью среды, равной 3,7 (рис.2.5).

Возобновляясь путем естественного обсеменения, береза хорошо растет на песчаных, глинистых, каменисто-щебнистых почвах, на загрязненных, с низким уровнем плодородия, компенсируя недостаток почвенного питания развитием мощной корневой системы, закрепляющей рыхлый эрозионно неустойчивый почвенно-грунтовый слой. Это крайне важно при рекультивации рыхлых, токсичных промышленных отвалов.

Рис. 2.5. Естественное возобновление березы на вскрышных отвалах

Кизеловского угольного бассейна

Наиболее часто в лесных культурах, в том числе создаваемых на

промышленных землях, используют Betula pendula [5, 34]. Она легче переносит транспортировку и быстрее адаптируется на новых посадочных участках. При формировании культур средообразующего

118

назначения березу целесообразно высаживать биогруппами в сочетании с хвойными древесными видами. Береза обладает выраженными почвоулучшающими свойствами, благодаря высокому содержанию в опаде зольных элементов и СаО, поэтому может использоваться как промежуточная культура, предшествующая созданию устойчивых хвойных насаждений. Она пригодна для формирования почвозащитных лесных полос на землях сельскохозяйственного пользования и для стабилизации эрозионно неустойчивых поверхностей. Учитывая высокую фитонцидность и декоративность, березу целесообразно вводить в культуры рекреационного назначения.

Березовые насаждения устойчивы к вредителям и болезням, характерным для лесных ценозов в Пермском крае. Однако для стареющих березняков реальную опасность представляют березовая губка (Piptoporus betulinus) и березовый заболонник (Scolytus ratzeburgi) [58].

Тополь (Populus suaveolens, P.alba, P.laurifolia) не образует значительных естественных насаждений в Пермском крае, но обычен в культурах, особенно в городском озеленении. Все виды тополя характеризуются быстрым ростом, светолюбием, морозостойкостью. К почвенным условиям культуры тополя нетребовательны, они хорошо переносят низкий уровень плодородия, терпимы к почвенному засолению и сухости воздуха, активной ветровой деятельности, практически не подвержены ветровалу. Наиболее благоприятными экотопами для тополевников служат хорошо аэрированные, рыхлые, влажные почвы приречных участков. Все виды тополя очень чутко реагируют на залегание грунтовых вод – постоянный водоток, «обмывание» корневых систем водными потоками значительно ускоряют рост и развитие насаждений. В сочетании с другими древесными видами тополь благополучно произрастает не только в приречных, но и в прочих местообитаниях, в том числе на сухих водоразделах.

Важным экологическим свойством тополей, определяющим высокий суммарный показатель их пригодности для рекультивации – 23 балла (см. табл.2.9) – наряду с выше охарактеризованными является их способность к быстрому развитию мощной корневой системы, распространяющейся даже в неблагоприятных техногенных субстратах на глубину порядка 3–5 м [4, 5]. Архитектоника корневой системы, объединяющая мощные приповерхностные и отходящие от них «якорные» и боковые корни, делает тополь незаменимой породой

119

для закрепления неустойчивых к эрозии откосов рыхлых отвалов. Формирование тополевых культур возможно не только саженцами, но также черенками, кольями и хлыстами, поэтому относительно нетрудоемко и не требует специальной механизированной посадочной техники. Даже при разреженных посадках культуры тополя быстро разрастаются, активно возобновляясь корневыми отпрысками, и к 15–16-летнему возрасту могут сформировать запас древесины порядка 900 м3/га при среднем годовом приросте порядка 40–60 м3/га [4, 34].

Особенностями тополевых культур, снижающими их хозяйственное значение, являются недолговечность и слабая устойчивость к вредителям и болезням. Наиболее интенсивно тополь растет до 25–30 лет, после чего в культурах обнаруживаются признаки стагнации: рост замедляется, накапливается большое количество мертвой органики, служащей субстратом для поселения паразитов и распространения фитотий. Типично тополевыми вредителями и паразитами являются: тополевый листоед (Melasoma populi), моль (Batracherda praeangusta), марсонина (Marssanina populi) и др.[21].

В естественных местообитаниях Пермского края повсеместно распространена разновидность рода тополевых – осина (Populus tremula). Как все тополевые осина – быстрорастущая, светолюбивая, но недолговечная порода. Ареал осины на территории России очень обширен, охватывает все пространство лесной и лесостепной зон. Осина более требовательна к почвенным условиям, чем прочие тополевые насаждения, плохо переносит избыток почвенной влаги, даже проточной. Предпочитая дренированные почвы, она охотно поселяется на склонах. Вследствие способности к вегетативному размножению осинники в благоприятных условиях быстро формируют сомкнутый полог, поэтому являются предпочтительной культурой для облесения оврагов в лесной зоне России.

Хозяйственная ценность осинников низка вследствие обычной для них фаутности. Осиновые древостои весьма неустойчивы к грибным заболеваниям и паразитам, из которых в Пермском крае наиболее распространены большой и малый осиновые скрипуны (Saperda carcharias, S.populnea), осиновый листоед (Melasoma tremulae), златка (Poecilonota variolosa), ложный трутовик (Phellinus tremulae) [21, 58]. Зеленая листовая фитомасса осинников чутко реагирует на все виды атмохимического воздействия, в том числе и на загрязнение воздуха. Обычной реакцией листовой зелени осины является появление химических ожогов в виде бурых некротических пятен (рис.2.6).

120

Равный с осиной показатель пригодности для рекультивации – 22 балла – имеет ива. Ивовые в Пермском крае представлены несколькими видами (Salix alba, S.acutifolia, S.caprea, S.triandra, S.cinerea), обычно образующими небольшие по площади и недолговечные заросли на участках нарушенных переувлажненных лесов, на опушках естественных лесных ареалов и по долинам рек. Все ивы влаго- и светолюбивы, быстрорастущи, устойчивы к климатическим колебаниям – относительно легко переносят низкие и высокие температуры, избыточное увлажнение.

Рис.2.6. Бурая пятнистость листьев осины в зеленой зоне Перми

В естественных условиях ивняки предпочитают долинно-

приречные экотопы, хотя вполне удовлетворительно растут и на других местообитаниях. Средообразующая роль ивы в экосистемах

121

низка, тем не менее, обладая высокой скоростью роста, ивняки в большей степени, чем другие региональные культуры, удовлетворяют требованиям противоэрозионной защиты. Они неоднократно апробированы и рекомендуются для закрепления песчаных и супесчаных размываемых склонов оврагов и балок [4, 5, 34]. Наибольший эффект дает шелюгование в виде ранневесенней посадки ивы кольями и хлыстами зимней заготовки. В условиях достаточного естественного увлажнения такие посадки весьма удобны, поскольку не требуют дополнительных уходов, быстро закрепляют неустойчивые в эрозионном отношении участки техногенного рельефа.

Несмотря на все положительные аспекты, введение ивы в культуру на промышленных территориях может рассматриваться только как временная мера, поскольку почвоулучшающего эффекта ивняки не дают, имеют низкую устойчивость к атмохимической нагрузке. Важнейшие функции, возлагаемые на иву – водоохранно-защитные – наиболее полно выполняются только молодыми насаждениями, в возрасте 10–15 лет. В благоприятных условиях уже к концу второго десятилетия развития происходит естественное загущение и начинается распад ивовых культур, сопровождающийся распространением вредителей: ивовой паутинной моли (Hyponomeuta rorella, Yponomeuta rorellus), волнянки (Stilpnotia salicis), древоточца (Cossus cossus) и др. [21]. Хозяйственное использование древесины ивы осложнено ее маломерностью и подверженностью гнилостным заболеваниям.

Разнообразие широколиственных пород в естественных древостоях Пермского края невелико – липа (Tilia cordata), вяз (Ulmus laevis), клен (Acer negundo, A.platanoides). Ареал их распространения корректируется климатическими и почвенными условиями. Все широколиственные породы теплолюбивы, при низких зимних температурах вымерзают, поэтому представлены только в южной части края, ограниченной с севера изотермой наиболее холодного месяца -17°С [41]. Из перечисленных видов наиболее перспективен для рекультивации, с показателем пригодности 20 баллов, вяз. Это свето-, засухо- и морозоустойчивый представитель широколиственных лесов, но медленно растущий и требовательный к почвенному плодородию. В благоприятных условиях – на открытых, хорошо дренируемых водоразделах, склонах и в долинах рек лесной зоны – вяз развивает мощную корневую систему и формирует эстетически привлекательную шаровидную крону. Он широко используется в

122

городском озеленении, где хорошо зарекомендовал себя как вид, устойчивый к загрязнению [27].

В южных природных зонах европейской части России вяз обычен в почвозащитных и противоэрозионных культурах, в водоохранных зеленых массивах по берегам водоемов. Использование вяза в рекультивационных целях сдерживается затратностью создания культур. Они требуют значительных объемов горнотехнических работ по формированию плодородного корнеобитаемого слоя, мощность которого должна быть не менее 0,7 м. На протяжении последующих за посадкой 3–5 лет за культурами необходим уход, включающий прополку, рыхление и полив формирующегося молодняка, внесение извести, минеральных и органических удобрений. Без уходов вяз растет плохо. По данным Л.П.Баранника, апробировавшего культуру вяза для промышленного озеленения в Кузбассе, даже при наличии уходов темпы роста вяза не превысили 40% от показателей роста прочих зональных культур. По прошествии 4 лет роста и развития культур почти все входящие в насаждение особи вяза приобрели кустистую многовершинную форму [5].

Препятствует распространению культур вяза его подверженность заболеваниям и высокая повреждаемость насекомыми: лубоедом (Pteleobius kraatzi, P.vittatus), заболонником-разрушителем (Scolytus scolytus), ильмовым листоедом (Pyrrhalta luteola) и ногохвостом (Exaereta ulmi). Для предотвращения возникновения крупных очагов распространения этих вредителей в насаждениях вяз рекомендуется сочетать с устойчивыми к перечисленным вредителям видами – липой и кленом [34]. Однако в условиях Пермского края перспективность липы для рекультивации еще ниже, чем вяза – суммарный показатель ее пригодности всего 18 баллов. Липа медленно растет, требовательна к плодородию и влажности почв, ее называют «тест-культурой» для выявления участков с низким почвенным плодородием [5]. Тем не менее, в границах естественного ареала липу можно использовать для повышения эстетической привлекательности культур рекреационного назначения за ее эстетические свойства, высокую нектаропродуктивность, устойчивость к атмосферному загрязнению, к вредителям и болезням.

Средообразующая ценность липняков обусловлена исключительно высокими мелиоративными свойствами обильного листового опада, насыщенного кальцием и биогенными элементами. Наибольший эффект наблюдается при двухэтапной технологии

123

создания культур: на первом этапе на рекультивируемый участок высевают клевер красный (возможно использование других видов травянистых растений, обладающих сидерофильными свойствами); на втором этапе производится их запахивание и посадка липы биогруппами. Для лучшей приживаемости предпочтителен крупномерный посадочный материал с закрытой корневой системой.

Клен (Acer platanoides, A.negundo) имеет обширный естественный ареал, охватывающий территорию к югу от линии Санкт-Петербург – Киров, практически всю лесостепную и южную часть лесной зоны, распространяясь на восток до Урала. В естественных условиях он обычен для смешанных древостоев, покрывающих склоны балок, оврагов и речные террасы, чистые кленовые насаждения редки. Привлекательность клена для целей рекультивации обусловлена его экологическими особенностями. Эта порода светолюбива, засухоустойчива, декоративна, характеризуется относительно быстрым ростом и высокими мелиоративными свойствами, поскольку дает большой объем быстро разлагающегося опада с высоким содержанием кальция и биогенных элементов. Помимо перечисленных достоинств, клен известен как высокопродуктивный медонос, устойчивый к вредителям и болезням. Он широко используется в городском озеленении, но для промышленного озеленения мало пригоден в связи с повышенной требовательностью к эдафическим условиям. Опытным путем установлено, что положительный эффект культуры клена дают только в границах ареала распространения при использовании в ландшафтных посадках биогруппами на рыхлых, плодородных грунтах в качестве сопутствующей породы, дополняющей зональные древесные виды [5, 41, 46].

Лох (Elaeangnus angustifolia, E.argentea) – светолюбивое, быстро растущее в культуре декоративное дерево небольшой высоты. В естественных природных условиях лох распространен на юге России и в междуречьи Волги и Урала. Естественный ареал регулируется климатическими условиями – лох теплолюбив. Распределение насаждений внутри ареала коррелируется уровнем залегания грунтовых вод. Данный вид не имеет естественного ареала в Пермском крае, сравнительно мало представлен в городском озеленении. Тем не менее, учитывая современные климатические изменения в сторону повышения региональной теплообеспеченности, способствующие продвижению более южных видов в северном направлении, лох представляет определенные перспективы как для использования в

124

целях промышленного озеленения, так и для рекультивации территорий, нарушенных хозяйственной деятельностью.

В культуре лох отдает предпочтение рыхлым свежим экотопам с близким, не глубже 2,5 м, залеганием грунтовых вод. Важной физиологической особенностью является его склонность к размножению черенками и корневыми отпрысками. Это в немалой степени определяет актуальность использования данной культуры для быстрого озеленения промышленно нарушенных территорий. Благодаря вегетативному размножению, лох быстро формирует сомкнутый покров с высокими водоохранно-защитными и почвоулучшающими свойствами, чему способствует его мощная корневая система, фиксирующая атмосферный азот, благодаря клубеньковым бактериям. Культуры лоха укрепляют склоны, противодействуя эрозии, не требовательны к почвенному плодородию. Данные особенности придают привлекательность лоху с точки зрения использования его в целях рекультивации нарушенных земель.Сдерживающим фактором для внедрения лоха в культуры является его отношение к грунтовому увлажнению. В связи с типично поверхностной корневой системой культуры плохо приживаются и гибнут от недостатка влаги при глубоком залегании грунтовых вод [5].

Перечень кустарниковых видов, обычно используемых для рекультивации, в условиях Пермского края ограничен. К апробированным видам, распространенным в крае, относятся: ракитник русский (Cytisus ruthenicus), розы иглистая (Rosa acicularis) и майская (R.majalis), спирея средняя (Spiraea media). Из перечисленных видов для рекультивации наиболее перспективен ракитник, имеющий суммарный показатель пригодности 25 баллов (см.табл.2.9). Ракитник, будучи представителем семейства бобовых растений, обладает высокими мелиоративными свойствами, свето- и засухоустойчив, не предъявляет высоких требований к почвенному плодородию и состоянию атмосферного воздуха. Его можно использовать как в чистом виде для формирования растительного покрова противоэрозионного назначения, так и в качестве промежуточной мелиоративной культуры для улучшения почвенных условий.

Средообразующие и мелиоративные свойства прочих видов кустарников низки. Перспективы их использования в целях рекультивации ограничиваются введением в состав культур рекреационного назначения для формирования эстетически привлекательных ландшафтных биогрупп.

125

Таким образом, оценка показала, что наиболее пригодными для использования при рекультивации нарушенных ландшафтов в Пермском крае из древесных видов растений являются: лиственница (Larix sibirica, L.sukaczewii), сосна (Pinus sylvestris), береза (Betula pendula, B.pubescens). Данные виды имеют показатели пригодности свыше 20 баллов, характеризуются на фоне прочих культур повышенной эдафической и биологической устойчивостью, высокой скоростью роста, мелиоративными свойствами. Они не предъявляют жестких требований к плодородию почвы, относительно терпимы к качеству атмосферного воздуха. Наибольшей устойчивостью к атмохимической нагрузке характеризуется лиственница. К сожалению, культура лиственницы в Пермском крае в настоящее время не получила должного признания и распространения, несмотря на ее очевидные преимущества перед другими хозяйственно ценными видами.

126

Г л а в а 3

О Т Р АС Л Е ВЫ Е П Р О Б Л Е М Ы Р Е К У Л Ь Т И ВАЦ И И Л АН ДШ АФ Т О В В П Е Р М С К О М К Р АЕ

Несмотря на принадлежность к старопромышленным регионам

и почти 400-летнюю историю освоения природных ресурсов, Пермский край, благодаря вновь открытым на его территории месторождениям углеводородного сырья, солей, руд цветных и редких металлов, имеет большие перспективы хозяйственного развития. Согласно официальным данным на начало 2009 г. в крае выявлено и разведано около 1400 месторождений разнообразных полезных ископаемых, в том числе: твердых полезных ископаемых – более 1000, углеводородного сырья – 227, подземных вод – 140 [59]. По статистической отчетности на территории края осуществляют производственную деятельность, связанную с нарушением почвенного покрова, свыше 300 предприятий и организаций различных отраслей экономики. Наиболее активно развивается добыча нефти и газа, немногим уступает им по темпам освоения запасов добыча калийно-магниевых и натриевых солей на Верхнекамском месторождении.

Старейшие отрасли промышленности края – солеварение, металлургия и угледобыча – долгое время являлись важнейшими факторами воздействия на природные ландшафты. Однако в последние годы они все более уступают место молодой, но развивающейся быстрыми темпами и крайне негативно влияющей на среду обитания нефтедобывающей отрасли. Будучи открытой в 1929 г., пермская нефть сегодня извлекается из 808 скважин, значительная часть которых приурочена к южной, сельскохозяйственной части края [59]. В результате эксплуатации месторождений нарушаются и загрязняются под влиянием плановых и аварийных сбросов загрязнителей крупные сельскохозяйственные площади. Общая площадь нарушенных земель с каждым годом увеличивается, изменяется их структура, повышается уровень опасности нарушений. Все большую долю в структуре земель занимают территории, нарушенные вследствие деятельности нефтедобычи и нефтепереработки (табл.3.1).

Значительные запасы минеральных богатств и активное их освоение позволяют прогнозировать дальнейшее увеличение площади техногенных ландшафтов за счет изъятия из хозяйственного оборота

127

продуктивных лесных и сельскохозяйственных угодий, предопределяя растущую актуальность мероприятий по рекультивации. Нельзя сказать, что рекультивация в крае не выполняется совсем. Ее темпы в последние годы даже нарастают, так, в 2007 г. площадь рекультивированных земель, по сравнению с 2006 г., увеличилась с 8127 га до 8205 га. За 2009 г. было нарушено земель 1006 га и рекультивировано 942 га, из них: 481га – под пашню и другие сельскохозяйственные угодья, 328 га – под лесные насаждения, 133 га – под водоемы и другие цели [60]. Наибольшие площади нарушенных земель остаются в сельском хозяйстве, основная их часть – это торфоразработки. Добыча торфа в настоящее время приостановлена, поэтому сократился объем отработки и рекультивации торфяников. Многие участки естественным образом заросли мелколесьем, поэтому выведены из категории нарушенных земель без рекультивации.

Таблица 3.1

Структура и динамика нарушенных ландшафтов Пермского края по отраслям хозяйства [59]

Хозяйственная отрасль Площади нарушенных земель по годам, га

1997 2005 2006 2007

Сельское хозяйство 2084 2074 2174 2121 Цветная металлургия 965 985 988 804 Нефтедобыча и нефтехимия 931 922 968 1263 Промышленность стройматериалов 822 689 711 716 Угледобыча и переработка 456 560 554 598 Энергетика 93 12 12 12 Прочие отрасли 3144 2954 2720 2689 Всего 8495 8226 8127 8205

Наиболее актуальными объектами рекультивации в крае в

настоящее время являются нефтедобывающие и нефтезагрязненные территории. Темпы рекультивации их низки в связи с отсутствием эффективных технологий восстановления, сложностью удаления нефтепродуктов из почвенного субстрата. Загрязненная нефтью или нефтепродуктами почва не может естественным образом восстановить свой исходный экологический потенциал даже за длительный период. Помимо нефтяного загрязнения объекты нефтедобычи являются источниками засоления почв, поскольку для промывки скважин

128

используются химические растворы, сбрасываемые после отработки «на рельеф». Сжигание попутных газов, сопровождающих нефтедобычу, ведет к рассеиванию и накоплению в окружающих месторождение ландшафтах летучих ароматических углеводородов. Многие из них, например бенз′пирен, очень опасны для биоты и устойчивы в природной среде. Экологические последствия нефтяного загрязнения хорошо изучены, однако эффективных методов быстрой рекультивации ландшафтов, нарушенных нефтедобычей, пока нет.

Крайне неблагополучна в экологическом отношении и остро нуждается в рекультивации территория, нарушенная угледобывающей отраслью. Законсервированные в последнем десятилетии прошлого века объекты разработки Кизеловского угольного месторождения, вопросы рекультивации которых не решены до настоящего времени, имеют тенденцию к расширению ареала негативного воздействия. В границах шахтных полей сформировались многочисленные самоизливы кислых, грязных шахтных вод, загрязняющих речные водотоки. Терриконы подвержены самовозгоранию, при горении они являются источниками рассеивания технофильных элементов, концентрирующихся в растительности, почвах, водах. По пищевой цепи токсичные вещества поступают в организм человека, поэтому у населения, проживающего в границах ареала рассеивания, фиксируется опасная для здоровья концентрация тяжелых металлов – цинка, свинца, хрома и др.[8, 52].

Сложность решения вопросов рекультивации обусловлена тем, что техногенные процессы имеют региональную специфику, весьма существенную с экологической точки зрения. На каждый вид воздействия природные ландшафты реагируют определенным образом, изменяясь не только внешне, но и функционально. Своеобразие этих изменений требует индивидуального подхода при планировании восстановительных мероприятий на каждом конкретном объекте. Только учитывая в совокупности отраслевые особенности техногенных изменений и региональную специфику процессов ренатурализации нарушенного ландшафта можно получить максимальный эффект от рекультивации.

3.1. Рекультивация ландшафтов, нарушенных добычей, переработкой и транспортировкой нефти

Начиная с середины 70-х гг. прошлого века нефтегазодобывающая отрасль нашей страны уверенно занимает

129

позиции наиболее ущербной для природных ландшафтов. Согласно данным Института мониторинга климатических и экологических систем территория, нарушенная добычей, транспортировкой и переработкой нефти, в России стала исчисляться миллионами га. Только непосредственно загрязненная нефтью и нефтепродуктами площадь, без учета участков сопутствующих нарушений и ареалов рассеивания, приближается к 1,5 млн га [84].

В Пермском крае площадь земель, нарушенных в результате добычи, переработки, транспортировки нефти и связанных с этими работами стихийных процессов, ведущих к загрязнению природных ландшафтов, нарастает столь быстрыми темпами, что не всегда поддается официальному учету. Так, помимо нарушений природной среды, имеющих место непосредственно в границах промышленных участков, добыча нефти всегда сопровождается появлением инфраструктуры в виде линейных сооружений – дорог, трубопроводов, энергопоставляющих магистралей. Это значительно увеличивает землеемкость отрасли. По официальным данным прокладка всего 1 км магистрального нефтепровода в Пермском крае требует безвозвратного изъятия 4 га земель, строительство такого же участка подъездной автодороги – 2 га земель [59]. На участках нефтепромыслов воздействие на природные ландшафты происходит двояко: посредством механического нарушения поверхности при обустройстве кустов скважин и под влиянием загрязнения.

Механические нарушения земной поверхности наиболее активно проявляются на первом этапе горнодобывающих работ при обустройстве нефтепромыслов и прокладке трубопроводов. Основную нагрузку на ландшафты при этом оказывает тяжелая техника, уничтожающая почвенно-растительный покров, трансформирующая естественный рельеф, перемешивающая плодородные и подстилающие малоплодородные почвенные слои, переуплотняющая их. В процессе горнотехнических работ формируются новые техногенные формы рельефа: валы, насыпи, карьеры, выемки, траншеи. Увеличивается степень расчленения поверхности, что приводит к повышению уровня эрозионной напряженности рельефа, активизации процессов поверхностной денудации и эрозионного смыва, вследствие чего находящиеся в ареале воздействия водные объекты (реки, озера и др.) подвергаются заилению и эвтрофикации.

Особенно опасны в экологическом плане механические нарушения поверхности на территории распространения сезонно промерзающих грунтов. Под влиянием орографических деформаций

130

здесь активизируются негативные физические процессы – образование оползней, солифлюкция, суффозия, вызывающие нестабильность поверхности, формирование просадок и провалов.

Механические нарушения – весьма существенный фактор изменения природных ландшафтов, но в случаях нефтедобычи относительно легко устранимый и не самый опасный с экологической точки зрения. Значительно большую опасность представляет загрязнение природной среды нефтью, нефтепродуктами, сопутствующими высокоминерализованными нефтяными и сточными водами, продуктами сжигания попутных газов.

Нефть как загрязнитель природных ландшафтов имеет ярко выраженную специфику, обусловленную ее составом и физико-химическими свойствами. С минералогической точки зрения нефть – комплексное соединение, состоящее из ароматических, метановых, нафтеновых углеводородов и микропримесей (кислородных, сернистых и азотистых соединений). Химический состав нефти разных месторождений колеблется в широком диапазоне как по микро–, так и по макроэлементам: С – 82–87 %; Н – 11–15 %; О – 0,05–0,7 %; S – 0,0–8,5 %; N – 0,1–1,8 % [22]. По данным Н.П.Солнцевой в составе нефти не менее 450 соединений, соотношения которых варьируют в зависимости от месторождения [75]. Наиболее токсичными фракциями нефти являются легкие соединения – бенз′пирен, бензол, толуол, ксилол и другие ароматические углеводороды, обладающие ярко выраженными канцерогенными свойствами [19, 51]. Они всегда присутствуют в сырой нефти, в продуктах ее переработки, в бензиновых и керосиновых фракциях.

Помимо легких ароматических соединений в нефти содержится значительное количество «твердых» углеводородов (парафинов, асфальтенов, смол и др.), соединений серы и азота. Сернистые соединения нефти представлены сероводородом, меркаптанами, сульфидами, тиофанами и др. Азот входит в состав пиридина, гидропиридина и гидрохинолина. Обычными примесями нефти являются растворенные в различных концентрациях металлы – V, Ni, Co, Hg, As и др. Поскольку состав примесей специфичен и при разрушении нефтепродуктов наиболее устойчив в природной среде, элементы примесей принято рассматривать в качестве индикаторов остаточного нефтяного загрязнения [75].

Важным экологическим свойством нефти является ее неспособность растворяться в воде. Обладая в сравнении с водой более легким удельным весом и высокой текучестью, при попадании в

131

водоемы нефть растекается на поверхности воды тончайшей газонепроницаемой пленкой, нарушая газообмен в системе «вода-воздух». Это пагубно влияет на кислородный режим водных экосистем, ведет к гибели водных организмов.

При поступлении в наземную сферу ландшафтообразования нефть претерпевает физико-химическую деструкцию. По имеющимся данным [19, 51, 75 и др.] особенности данного процесса и интенсивность деструкции зависят от конкретной природной обстановки, но в наиболее обобщенном виде могут быть разбиты на два этапа. Первый этап – этап дегазации и ультрафиолетовой деструкции, происходящих вследствие изменения давления, под влиянием солнечного света и кислородной среды. Продолжительность его измеряется несколькими месяцами, на протяжении которых меняется соотношение тяжелых и легких фракций в пользу первых. Нефть значительно обедняется ароматическими соединениями, биотоксичность ее понижается, происходит гравитационная дифференциация и перераспределение в грунтовом слое. Второй этап – этап глубокого химического и микробиологического разложения продуктов первичной деструкции. Продолжительность его варьирует в зависимости от объема нефти и природных условий, составляя в наиболее благоприятной среде 3–4 года, в ландшафтах же с низким микробиологическим потенциалом почв, например, в подзолистых и дерново-подзолистых почвах Пермского края, битуминозные вещества сохраняются на протяжении 25 и более лет [19, 51].

Важнейшим природным компонентом, депонирующим нефтяное загрязнение, является почвенный покров. Нефть и ее производные активно взаимодействуют с органическим веществом, содержащимся в почве, в любых его формах: растворяются в органических растворителях, сорбируются органикой растительного и животного происхождения, поглощаются почвенным субстратом, концентрируясь как на поверхности почвы, так и в ее профиле до значительной глубины. При поступлении в почву нефть относительно быстро фракционируется с образованием нескольких групп сложных производных, наиболее устойчивыми из которых являются битумоиды. Эта группа нефтяных производных отличается низкой миграционной активностью в нормальных природных условиях, поэтому техногенный поток естественным образом локализуется. Большая его часть задерживается верхними почвенными горизонтами. Внутрипочвенное распределение зависит от физико-химических и биологических свойств почвы. В таежно-лесных почвах отмечается

132

два максимума нефтенакопления, обусловленных аккумулятивными процессами в верхнем органическом и в иллювиальном горизонтах почвенного профиля [19, 51]. Наибольшей «нефтеемкостью» за счет активной сорбции органическим веществом характеризуются болотные почвы, наименьшей – плотные глинистые почвы с низким содержанием органики.

Глубина первичного просачивания нефти в почвенный профиль зависит от механического состава субстрата, его влажности и насыщенности органическим веществом. Средней величиной внутрипочвенного проникновения считают величину около 1 м, наибольшая глубина просачивания, достигающая 8,5 м, выявлена в пористых, обогащенных гравием песчаных почвах [75]. Просачиваясь вглубь почвенного слоя, заполняя поры и капилляры, нефть трансформирует водно-воздушный режим почвы, приводит к формированию анаэробных условий, подавляющих развитие корневых систем растений, вследствие чего наступает их гибель.

Многочисленными агрохимическими исследованиями установлено, что нефтяное загрязнение оказывает негативное воздействие на все составляющие почвенного комплекса. Загрязненные нефтью почвы теряют способность поглощать и удерживать влагу, у них резко ухудшается режим аэрации, нарушается агрегированность и механическая структура субстрата, увеличивается доля плотных новообразований органо-минерального происхождения, в том числе железистых. Данные процессы ведут к более глубоким внутрипочвенным деформациям, важнейшим из которых является изменение окислительно-восстановительных условий, связанных с нарушением аэрации и развитием анаэробного режима. Помимо этого уменьшается емкость поглощения и рН почвенной среды, изменяется гумусное состояние почвы. По данным М.И.Герасимовой с соавторами в нефтезагрязненных почвах наблюдается резкое снижение содержания гуминовых кислот, активности гумификации органического вещества, подавляется подвижность и, таким образом, биологическая активность соединений фосфора [19]. Все это ухудшает экологические условия роста и развития растительности, ведет к деградации почвы как природного компонента.

К сожалению, до настоящего времени верхний предел допустимой, не вызывающей необратимых деградаций концентрации нефти в почве не установлен. Его ориентировочные значения в разных странах существенно колеблются – от 1,0 до 10,0 г/кг почвы. Порог допустимой концентрации нефтяного загрязнения, принятый в нашей

133

стране, выражается величиной 10,0 г нефти на 1 кг почвенного субстрата (1 % массы). При превышении данного уровня происходит гибель не менее 50 % лесной растительности на загрязненной площади [19]. Длительность процесса почвенной деструкции определяется составом нефти и региональными природными условиями, в первую очередь климатическими, поскольку для разложения нефти необходимы температурно-влажностные условия, при которых активны нефтеразрушающие почвенные микроорганизмы.

Исследованиями установлено, что оптимальный температурный режим для почвенной деструкции нефти лежит в интервале 25–300С [19, 51 и др.]. В этой связи естественный процесс разрушения нефтяного загрязнения коррелирует с ландшафтной зональностью, растягиваясь на десятилетия в зонах с дефицитом тепла (тундра, лесотундра, северная тайга) и в зонах с избытком тепла (южно-степная, полупустынная, пустынная). Относительно быстро, на протяжении 8–15 лет, почвенная деструкция нефти при поверхностном загрязнении протекает в зонах климатического оптимума (южная тайга, лесостепь, степь), однако при этом формируется очаг геохимической нагрузки, обусловленный осаждением в почвенном субстрате остаточных ингредиентов-микропримесей, содержащихся в нефти: V, Ni, Co, Hg ,As, Cd и др. [68]. Имеются данные, свидельствующие об остаточной радиоактивности очагов нефтяного загрязнения [51].

Наряду с нефтяными производными и остаточными ингредиентами обычными загрязнителями природной среды на объектах нефтедобычи являются высокоминерализованные нефтяные и сточные воды. Их появление обусловлено изливанием на поверхность попутных нефтяных вод, буровых и промывочных растворов, прочих загрязняющих стоков. В этой связи нефтедобыча сопровождается специфической формой засоления почв и грунтов, развивающейся даже в гумидных условиях таежной зоны, для которой процесс соленакопления нетипичен. Влияние такой формы засоления на ландшафты детально изучено и получило название «техногенный галогенез» [75].

Суммарное содержание солей в почвах гумидных, слабо дренируемых ландшафтов нефтедобывающих территорий может достигать 10 %, что соответствует «высокому» уровню солевой нагрузки. В составе засоления представлены в разных пропорциях солевые группы – хлориды, сульфаты, карбонаты – в зависимости от состава используемых промывочных растворов. В большинстве

134

случаев засоление формирует территориальные ореолы солевого рассеивания, центральные части которых характеризуются наименее подвижным составом солей – карбонатами, периферийные участки концентрируют наиболее подвижные хлоридные солевые производные. Именно хлоридное засоление в силу высокой миграционной активности занимает наибольшие площади.

Почвенный покров различным образом реагирует на поступающий солевой поток. Наиболее низкой солевой емкостью отличаются легкие по гранулометрическому составу почвы. По мере утяжеления субстрата, при прочих равных условиях, активность засоления повышается. Процесс техногенного галогенеза полностью изменяет естественное почвообразование, ведет к ухудшению водно-воздушных свойств почвы – почва уплотняется, повышается ее гидрофобность. При увлажнении она набухает, приобретая вязкость, при высыхании – твердеет, распадаясь на глыбистые отдельности. На фоне галогенеза, сопровождающегося активным вытеснением ионов водорода и алюминия из почвенного поглощающего комплекса, увеличивается щелочность водных почвенных растворов до значений рН 7,8–8,3. Изменение химизма почвенного субстрата, связанного с засолением, нарушает среду обитания микроорганизмов и понижает микробиологическую активность почвы, негативно воздействуя на процесс почвообразования в целом. Восстановить первичное плодородие засоленных почв так же сложно, как и загрязненных нефтью.

Пирогенное воздействие при добыче и переработке нефти обусловлено сжиганием попутных газов, присутствующих в сырой нефти. При строгом контроле данного процесса пирогенное воздействие может рассматриваться только как атмохимическое загрязнение. В составе загрязняющих выбросов превалируют оксиды углерода и азота, сажа. Именно этими ингредиентами определяется специфика пирогенного влияния. Практически все загрязняющие вещества от сжигания попутного газа имеют относительно непродолжительный (до нескольких суток) период токсической активности, поэтому будучи представленными в воздушной среде в высоких концентрациях они оказывают негативное воздействие на биотические компоненты, однако склонность к концентрированию почвенным субстратом у них весьма незначительна и влияние их на почвенные процессы ослаблено.

Процесс естественного восстановления природного потенциала ландшафтов, нарушенных нефтедобычей и переработкой нефти, в

135

зависимости от вида и интенсивности воздействия растягивается на десятилетия. Острота проблемы рекультивации в нефтяной отрасли обусловлена ее неподготовленностью к эффективному решению вопросов восстановления нарушенных угодий, несмотря на принятые отраслевые документы [85]. Существующие в настоящее время технологические решения даже при тщательном соблюдении регламентов в большинстве случаев не позволяют добиваться желаемого эффекта от восстановления нарушенных угодий. В наиболее общем виде рекультивация нефтезагрязненных ландшафтов проектируется с учетом их нарушенности и территориального положения в природной зоне. Обычно восстановительные мероприятия включают два стандартных этапа – горнотехнический и биологический.

Основной задачей горнотехнического этапа является стабилизация поверхности нарушенного участка, обеспечивающая условия для его биологического освоения. При этом выполняется удаление загрязненных грунтов, выравнивание поверхности до устойчивого состояния с последующим взрыхлением и землеванием, внесение мелиорантов и прочих необходимых для восстановления требуемого уровня плодородия ингредиентов (структураторов, раскислителей, минеральных удобрений и др.). Биологический этап производится по мере завершения горнотехнических работ и включает посевы или посадку рекультивационных культур, последующий уход за ними до полной стабилизации состояния.

К сожалению, перечисленные мероприятия не всегда выполняются в нужных объемах и зачастую не дают должного эффекта, поскольку не позволяют полностью устранить загрязнение и восстановить первичную биопродуктивность ландшафта. Действенных методов борьбы с данными видами загрязнения пока нет. Наиболее эффективным из известных на сегодня методов устранения наземного нефтяного загрязнения представляется стимулирование процессов естественного самоочищения почвенного покрова [51 и др.]. Важнейшую роль в этом процессе играют горнотехнические мероприятия, которые направлены на улучшение водно-воздушного режима почвенно-грунтового слоя, – рыхление, вспашка, дискование с последующим внесением в почвенный субстрат бактериальных препаратов и ингредиентов, ускоряющих деструкцию нефтепродуктов. Однозначной положительной оценки такой подход пока не получил. Разработка методов рекультивации ландшафтов, нарушенных добычей, транспортировкой и переработкой нефти, продолжается в

136

нескольких направлениях, которые условно можно объединить в три группы: физико-химическая рекультивация, биоремедиация, фитомелиорация.

Методы физико-химической рекультивации применяются на территориях, ландшафты которых нарушены преимущественно механически, слабо загрязнены или на участках небольших по объему разливов нефти и нефтепродуктов. Эта группа методов объединяет приемы и способы, преимущественно механического воздействия на загрязненные почвы, включая упоминавшиеся выше мероприятия, направленные на улучшение водно-воздушного режима корнеобитаемого слоя, внесение структураторов и адсорбентов, минеральных удобрений, извести.

На небольших участках аварийных разливов нефти и нефтепродуктов первоочередной задачей рекультивации является механический сбор и удаление загрязненных субстратов с последующей их утилизацией. Для более полного и быстрого удаления нефтепродуктов используют сорбенты, как химические, так и органические. Наиболее дешевым, экологически безопасным и эффективным сорбентом является мелкофрационная органика – торф, опилки, измельченная солома или сено и т.п. Известно использование для этих целей минеральной смеси из глины и песка, природных полимеров, цеолитов и пр. Органические сорбенты предпочтительнее, поскольку позволяют не просто утилизировать собранные нефтепродукты, но и использовать их, например, для отопительных целей.

Интересный прием рыхления загрязненных грунтов на этапе мелиоративной подготовки к землеванию апробирован на объектах нефтедобычи в Западной Сибири. Новизна предложенного способа в том, что выравнивание нарушенного участка с одновременным его рыхлением проводится взрывным методом. Для этого на рекультивируемой поверхности густо размещаются микрозаряды направленного действия – после включения взрывного механизма поверхность становится относительно ровной и взрыхленной, пригодной для биологического этапа рекультивации [85].

Методы биоремедиации объединяют совокупность приемов и способов санации (очистки от токсичных соединений) загрязненных почв и грунтов с использованием культур микроорганизмов, работающих на деструкцию нефтепродуктов. Это относительно новый способ рекультивации. Суть его в том, что в нефтезагрязненный субстрат вводятся специально подобранные штаммы

137

микроорганизмов, активно разрушающих нефтепродукты. В лабораторных и мелкоделяночных опытах на юге России биоремедиация хорошо себя проявила. Однако она совершенно непригодна для объектов рекультивации, расположенных в районах с многолетнемерзлыми или холодными грунтами, для районов с резко континентальным климатом из-за перепадов температур в течение суток и для районов с коротким вегетационным периодом, а также жарких и сухих, поскольку штаммы микроорганизмов обладают низким порогом толерантности: им необходима относительно стабильная температура (оптимальный рабочий диапазон 18–250С) и достаточная увлажненность субстрата. Поэтому, несмотря на активную разработку, микробиологические препараты пока не находят широкого применения на объектах рекультивации [19,51,86 и др.].

Методы фитомелиорации представляются наиболее перспективными применительно к рекультивации нефтезагрязненных ландшафтов. Данное направление предполагает восстановление экологического благополучия ландшафта, нарушенного нефтяным загрязнением, путем подбора и внедрения растительных видов, устойчивых к загрязнению и активно работающих на его деструкцию. В результате изучения естественных процессов ренатурализации нефтезагрязненных территорий и опытным путем выявлены виды, устойчивые к нефтяной нагрузке. Для условий таежной зоны Пермского края наиболее перспективны в культурах при рекультивации лесохозяйственного и природоохранного направлений лиственница (Larix sibirica), сосна (Pinus sylvestris), береза (Betula pubescens). При рекультивации санитарно-гигиенического направления, требующей быстрого и устойчивого закрепления техногенного субстрата для предотвращения дефляции и водной эрозии, весьма перспективны из древесных видов – ивы (Salix alba, S.caprea); из травянистых – травосмеси из пырея (Elytrigia repens), костра (Bromopsis inermis), донника (Melilotus officinalis), клевера ( Trifolium repens).

В связи с устойчивыми остаточными геохимическими деформациями почвообразующего слоя сельскохозяйственная рекультивация территорий, нарушенных и загрязненных нефтедобычей нецелесообразна. Наиболее приемлемы направления восстановительных мероприятий, не предполагающие выращивание на данных землях пищевой продукции. Например, санитарно-гигиеническая рекультивация, природоохранная или рекреационная.

138

3.2. Рекультивация ландшафтов, нарушенных торфоразработками

Ландшафты, нарушенные в результате разработки торфяных месторождений, широко распространены в равнинной части Пермского края. В настоящее время несмотря за значительные запасы торфа в регионе, его промышленная заготовка здесь не производится. Территории с ранее освоенными запасами находятся на балансе сельскохозяйственных предприятий. Их совокупная площадь в земельном фонде края около 2 тыс.га [59]. Рекультивация нарушенных ландшафтов на объектах торфодобычи не проводилась. Это связано со сложным финансовым положением сельхозпредприятий, с одной стороны, и отсутствием очевидного негативного экологического воздействия на прилегающие ландшафты – с другой.

Эпизодический контроль состояния нарушенных добычей торфяников показал, что благодаря удовлетворительной эдафической обстановке они относительно успешно возобновляются путем естественного зарастания лесными ценозами, поэтому по мере формирования сомкнутого растительного покрова списываются с баланса нарушенных земель. В этой связи площадь земель данной категории за последнее десятилетие уменьшилась почти на четверть [59].

Успешное естественное возобновление (ренатурализация) характерно только для относительно небольших по площади (до 10 га), неглубоких (менее 3 м глубиной) выработок, расположенных в слабо нарушенных или ненарушенных лесных массивах. Более глубокие и значительные по площади участки торфозаготовок в северной, гумидной части Пермского края (в границах зоны тайги) естественным образом обводняются, что препятствует их ренатурализации даже при наличии источников естественного обсеменения и незначительной глубине карьеров.

Избыточная увлажненность, низкий уровень плодородия вскрытых торфодобычей минеральных грунтов, кислая реакция среды – вот основные факторы, осложняющие хозяйственное использование нарушенных территорий. Вместе с тем, очень часто там, где торфяной слой удален не полностью, техногенные площади могут успешно использоваться для сельскохозяйственных целей, например, под лугово-сенокосные угодья. Мероприятия по их рекультивации для данных целей на горнотехническом этапе в обязательном порядке

139

должны включать регулирование сложившегося водного режима, направленное на отведение избытка влаги, рыхление верхнего грунтового слоя с одновременным внесением в него минеральных удобрений и извести. Биологический этап рекультивации может ограничиться посевом дерновинных травосмесей, включающих костер (Bromopsis inermis), пырей (Elytrigia repens), мятлик (Poa trivialis) в сочетании с бобовыми сидерофильными видами, из которых наиболее предпочтителен донник (Меlilotus albus, M.officinalis). Хозяйственное использование рекультивируемой площади для сенокошения возможно после восстановления устойчивого дернового горизонта на поверхности почвенно-грунтового слоя, не ранее чем через 2 года после посева травосмесей.

3.3. Рекультивация ландшафтов, нарушенных добычей и переработкой угля

Территории, нарушенные угледобычей, в Пермском крае представлены локально, в границах Кизеловского угольного бассейна (КУБ). Месторождение вытянуто узкой полосой вдоль западного склона Уральской горной гряды почти на 150 км, площадь бассейна около 200 км2, продуктивные горизонты залегают на глубине до 1020 м [22]. Добыча угля проводилась с 1797 г. шахтным способом. В период промышленной эксплуатации на территории месторождения работало 18 шахт, ежегодная добыча достигала 3,7–12 млн т. Промышленная разработка была прекращена в середине 90-х гг. прошлого века вследствие нерентабельности, обусловленной затратностью добычи и низким качеством добываемого продукта. Последнее обстоятельство связано со спецификой кизеловских углей, характеризующихся на фоне прочих российских месторождений повышенной зольностью и низкой теплотворной способностью. За длительный период эксплуатации КУБа на поверхность извлечены и складированы в отвалах громадные объемы пород со специфическими геохимическими характеристиками (табл.3.2).

Таблица 3.2 Микроэлементный состав углей Кизеловского бассейна [44]

Элемент Содержание, мг/кг Элемент Содержание,

мг/кг Элемент Содержание, мг/кг

Бериллий 3,9 Кобальт 9,0 Иттрий 11,0 Скандий 3,8 Никель 16,0 Цирконий 107,0

140

Марганец 14,0 Цинк 285,0 Ниобий 9,9 Ванадий 23,0 Галлий 16,0 Молибден 1,9 Хром 12,0 Свинец 11,0 Мышьяк 8,0

На период завершения работ площадь нарушенных земель

составила 456 га [59]. Их рекультивация не была проведена из-за отсутствия целевого финансирования и эффективных технологий. До настоящего времени нарушенная в результате угледобычи территория характеризуется крайне неблагоприятными экологическими условиями. Почвенный покров и отвальные грунты загрязнены тяжелыми металлами, мышьяком, алюминием, соединениями серы, определяющими их экстремальную кислотность (рН 1,6–3,3) [8]. Ситуация усугубляется естественными изливами кислых шахтных вод (рН<3), с высоким содержанием соединений железа и солей тяжелых металлов, загрязняющих прилегающие к шахтному полю территории и речные водотоки (рис.3.1).

Рис.3.1. Участок территории Кизеловского бассейна после

консервации. На переднем плане – дренирующая скважина, на заднем плане – шахтные отвалы

141

На загрязняемых участках рек формируются громадные объемы техногенных донных отложений с высоким содержанием гидроксидов железа, алюминия, тяжелых металлов. Очаги аккумуляции являются вторичными источниками загрязнения, представляющими угрозу для централизованного питьевого водоснабжения [8]. Предпринимаемые мероприятия по экологизации нарушенной территории малоэффективны и не дают результата. Неблагоприятные экологические последствия имеют тенденцию к расширению ареала, поэтому, несмотря на консервацию объектов угледобычи, нарушенная площадь увеличивается, в том числе и под влиянием самоизливов шахтных вод. К настоящему времени площадь техногенного ареала достигла 598 га [59].

Территории, нарушенные угледобычей, относятся к сложным объектам рекультивации. Главная причина, усложняющая восстановительные мероприятия, – высокая пестрота эдафических условий, требующих дифференцированного подхода к разным техногенным участкам. В границах территории угледобычи выделяются: терриконы, вскрышные отвалы, карьеры, шламохранилища (шламовые поля) и другие, более мелкие нарушения. Все они характеризуются только для них свойственной экологической спецификой.

Наибольшего внимания при рекультивации требуют терриконы и шламохранилища. Они сформированы непригодными для растительности глубинными породами с высоким содержанием сульфидов и примесью угольной массы. Попадая на поверхность, сульфидосодержащие породы активно окисляются с образованием токсичных соединений – серной кислоты, оксидов железа и алюминия, солей металлов, определяющих основные факторы экологического неблагополучия посттехногенных ландшафтов. Примесь угольной массы в терриконах приводит к их самовозгоранию, в процессе которого активизируется атмохимическое рассеивание токсичных ингредиентов на значительной площади. Ареал негативного воздействия распространяется на двухкилометровую зону от источников рассеивания [11].

Наиболее эффективный способ борьбы с самовозгоранием терриконов – своевременная их разваловка, которая является, по сути, горнотехнической рекультивацией, включенной в технологический цикл разработки месторождения. К сожалению, такой подход не всегда реализуется. Отсыпанные большим объемом глубинные углесодержащие породы подвергаются естественной геохимической

142

деформации, сопровождающейся разогреванием, и воспламеняются. Процесс их тушения технически сложен и длителен. После завершения горения токсичность грунтов, слагающих терриконы, снижается незначительно, поскольку большая часть наиболее токсичных ингредиентов, в том числе тяжелых металлов, остается в золе и шлаке. Проведение рекультивации как свежеотсыпанных, так и перегоревших терриконов невозможно без сложных мероприятий по мелиорации токсичных грунтов.

Проблема рекультивации территорий, нарушенных угледобычей, активно разрабатывается в России с середины прошлого века. Первые опыты рекультивации имели место на территории Донецкого угольного бассейна еще в 1930-е гг., однако наиболее широко исследования развернулись в 1960–1970-е гг. на объектах Подмосковья [47–49 и др.] и в Кузбассе [11, 71 и др.]. В 1975 году для решения природоохранных проблем угольной отрасли в Перми создан научно-исследовательский институт – ВНИИОСуголь (в настоящее время – ФГУП МНИИЭКОТЭК), долгое время занимавшийся разработкой рекультивационной тематики. Несмотря на столь длительный период научно-исследовательских работ, проблема рекультивации объектов угледобычи до сих пор остается открытой. Отраслевые проекты рекультивации ориентированы на способы, апробированные на объектах других отраслей, и не учитывают специфику угледобычи, поэтому малоэффективны. По сложившейся традиции и с целью минимизации затрат обычно избирается природоохранное направление рекультивации, предусматривающее выравнивание нарушенной поверхности и воссоздание на ней устойчивого растительного покрова. Нейтрализация токсичных грунтов при этом проводится путем создания глинистого экрана, подстилающего насыпанный поверх него плодородный почвенно-грунтовый слой. В большинстве случаев положительные результаты реализации таких проектов рекультивации непродолжительны, созданный рекультивационный слой быстро разрушается и негативные процессы вновь активизируются.

В последние годы на волне новых веяний и опыта Западной Европы рекультивацию в сложившемся ее понимании стали отождествлять с так называемой «биоремедиацией» – способом нейтрализации токсичных грунтосмесей микробиологическими культурами. Опыт биоремедиации, поставленный усилиями ученых лаборатории рекультивации ФГУП МНИИЭКОТЭК, имел место и на объектах КУБа, но результата не дал вследствие низкой толерантности

143

микробной культуры, ее требовательности к температурному режиму грунтов.

Более успешный опыт рекультивации участка шахтного поля с использованием нетрадиционных реагентов реализован в 2003–2005 гг. Естественнонаучным институтом при Пермском государственном университете [8]. Его результаты позволили разработать алгоритм эффективной мелиорации токсичных грунтов, включающий последовательное выполнение приемов:

• разваловку техногенных форм с понижением высоты и формированием устойчивого рельефа; • пескование верхнего слоя с одновременным внесением извести в дозах, необходимых для погашения избытка актуальной кислотности,; • рыхление поверхности и посев травосмесей с сидерофильными и дерновинообразующими свойствами. Целью мелиоративных приемов является создание устойчивого

задернения поверхности техногенных грунтов, предотвращающего развитие эрозионно-дефляционных процессов, ее укрепление для формирования благоприятных условий восстановления лесной растительности. Подбор растительных видов для травосмесей выполнен с учетом эдафических условий и биофизиологических особенностей растений. В состав травосмесей включены дерновинообразующие виды (злаки) в сочетании с почвоулучшающими сидерофильными (бобовыми) видами – оптимальное соотношение 60:40, соответственно. Травосмеси сформированы с учетом видовой специфики, отраженной в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Характеристика растительных видов, потенциально пригодных для рекультивации ландшафтов, нарушенных угледобывающей отраслью

Название растения Эколого-эдафическая характеристика Хозяйственная ценность

Ива ( Salix caprea L., S.viminalis L., S.cinerea L.)

Устойчивые к неблагоприятным факторам, быстро растущие виды, не требовательные к качеству почв

Для создания культур противоэрозионного и водоохранно-защитного назначения

Береза (Betula pubescens Ehrh.)

Толерантный к эдафическим факторам вид с высокой свето-, морозо-, засухоустойчивостью

Обеспечивает условия для восстановления хвойных ценозов.

144

Ольха серая (Alnus incana L.)

Мезофит с выраженными мелиоративными свойствами по отношению к низко-плодородным вторичным экотопам

Для создания культур мелиоративного назначения

Вейник наземный (Calamagrostis epigeios L.)

Многолетний злак с мощной корневой системой, устойчивый к колебаниям тепла и влаги, к загрязнению почв, вытаптыванию

Может использоваться для закрепления песков, насыпей, склонов отвалов

Донник (Melilotus officinalis L.)

Нетребовательный к эдафическим факторам вид с высокими мелиоративными свойствами

Для создания культур мелиоративного назначения

Канареечник тростниковидный (Phalaroides arundinaceae L.)

Многолетний злак с высокими дерновинными свойствами; морозо- и засухоустойчив, но предпочитает слабокислые или нейтральные почвы.

До цветения обладает высокими кормовыми свойствами.

Клевер красный (Trifolium pratense L.)

Многолетник с мощной корневой системой, нетребователен к плодородию, но предпочитает почвы с нейтральной реакцией среды

Растение с высокими мелиоративными свойствами: закрепляет почвы и обогащает их азотом

Окончание табл. 3.3 Название растения Эколого-эдафическая

характеристика Хозяйственная ценность

Клевер белый (T.repens L.)

Многолетник с разветвленной, мощной корневой системой; засухоустойчив; нетребователен к почвенному плодородию и реакции почвенной среды

Растение с высокими мелиоративными свойствами: закрепляет почвы и обогащает их азотом

Костер безостый (Bromus inermis Leus.)

Многолетний злак с мощным корневищем.; морозоустойчив, легко переносит избыток влаги и продолжительное затопление; устойчив к загрязнению, но предпочитает слабокислые и нейтральные почвы

Имеет высокие кормовые свойства; используется для закрепления почв, подверженных смыву

Луговик дернистый, щучка (Deschampsia cespitosa L.)

Плотнодерновинный многолетник, нетребовательный к условиям увлажнения, к механическому составу и кислотности почв; морозоустойчив; хорошо переносит уплотнение почвы

Пастбищный сорняк, ухудшающий условия сенокошения вследствие образования кочек, снижающий качество сена

Пырей ползучий Пионерный вид с широкой Хорошее кормовое

145

(Elytrigia repens L.) экологической амплитудой и высокими дерновинообразующими свойствами; благодаря вегетативному размножению легко разрастается, быстро закрепляя рыхлые поверхности

растение с высокой устойчивостью к пастбищной дигрессии

Изучение условий роста и развития растительного покрова на

разных участках КУБа позволяет рекомендовать предлагаемый список видов как универсальный для всей территории. Состав растительного покрова в зависимости от целевого назначения может варьировать в пределах видового разнообразия, предлагаемого табл.3.3. Норма высева травосмесей рассчитывается с учетом качества семян (всхожести), в суммарном выражении не должна быть ниже 70 кг/га.

Изучение процессов ренатурализации за прошедший с момента консервации КУБа период показало, что естественный восстановительный потенциал нарушенной территории достаточно высок, но территориально дифференцирован. Наиболее экстремальные по экологическим условиям экотопы (терриконы и шламовые поля) естественным образом практически не возобновляются и требуют выполнения полного объема мероприятий по рекультивации. Вместе с тем, вскрышные отвалы и карьеры нуждаются только в содействии процессам естественного возобновления, которые могут ограничиваться планировкой рельефа с последующим рыхлением поверхности и известкованием. Естественное возобновление растительности на подготовленных таким образом участках отвалов вскрыши и сухих карьеров развивается активно, минуя первичные сорно-рудеральные группировки, с формированием древесных ценозов из березы (Betula pubescens) (рис.3.2).

146

Рис.3.2. Возобновление березы на участке вскрышного отвала в

ареале нарушений Кизеловского угольного бассейна

Учитывая характерное для всей территории КУБа загрязнение почвенно-грунтовой толщи тяжелыми металлами, длительность периода токсической активности данных загрязнителей и сложность их нейтрализации в природных условиях, восстановление здесь лесных ценозов следует рассматривать как наиболее перспективный вид рекультивации. Березники являются первой стадией естественного лесовозобновления. Лесные насаждения должны формироваться с санитарно-гигиенической целью, для общего оздоровления природно-техногенной среды и для предотвращения «расползания» очага загрязнения под влиянием дефляционных и водно-эрозионных процессов. Перспективные для данного направления рекультивации виды растительности приведены в табл.3.3.

В составе работ по санитарно-гигиенической рекультивации наряду с восстановлением растительного покрова необходимо предусматривать водохозяйственные мероприятия, направленные на ликвидацию изливов шахтных вод, очистку и обустройство русел рек и ручьев в границах шахтного поля и ниже по течению.

147

3.4. Рекультивация ландшафтов, нарушенных добычей рудных полезных ископаемых

Специфика ландшафтов, нарушенных в результате разработки рудных месторождений, как объектов рекультивации определяется множеством факторов, важнейшими среди которых являются ландшафтно-геохимические, обусловленные процессом извлечения и рассеивания металлов в природной среде. Данный процесс получил название «металлизации биосферы», поскольку сопровождается активным поглощением и накоплением металлов в биотических компонентах в концентрациях, несвойственных естественному состоянию биоты и представляющих реальную экологическую опасность для человека.

Целью рекультивации в таких условиях является не просто ликвидания механических нарушений в границах техногенных ландшафтов, но и нейтрализация происходящих в них агрессивных биогеохимических процессов, предотвращение рассеивания и водной миграции токсичных ингредиентов за пределы техногенного ареала. Реализация этой целевой установки осложняется геохимической неоднородностью нарушенных ландшафтов, обусловленной неодинаковым составом руд, высоким содержанием в них элементов-примесей, неоднородными предпосылками водной и воздушной миграции химических элементов. Помимо этих природных факторов существенное значение имеет избранный способ добычи, технологические особенности обогащения, транспортировки и переработки руд.

В связи с необходимостью учета всех перечисленных факторов, в том числе геохимической специфики объектов, задачи рекультивации в рамках отрасли решаются дифференцированно, применительно к конкретным объектам. Выбор целесообразного направления и проектирование рекультивационных работ возможно только после детального изучения ситуации на местности и выполнения геохимического опробования грунтов.

Из расположенных на территории Пермского края рудных месторождений наиболее давнюю историю промышленного освоения и важное хозяйственное значение имеют россыпные месторождения золота, Сарановское месторождение хромитов и Верхнекамское месторождение солей калия и магния. Разработка россыпных месторождений золота, приуроченная к долинам рек горной

148

Предуральской части края, проводилась на протяжении двух последних столетий, к настоящему времени наиболее богатые месторождения выработаны. Оставшиеся естественные и техногенные запасы бедны. На современном этапе их разработка нерентабельна, поэтому временно прекращена. Последнее из осваиваемых месторождений – Верхневелсовское – отрабатывалось в период 1993–2004 гг. силами старательской артели и ЗАО « Прииск Уралалмаз». После завершения разработки территория была рекультивирована в упрощенном варианте – проведен технический этап рекультивации (бульдозерное выравнивание рельефа) с передачей нарушенных земель под естественное зарастание (рис.3.3).

Рис.3.3. Общий вид участка Верхневелсовского месторождения,

рекультивированного в 2004 г. (август 2009 г.)

Обследование территории месторождения в 2009 г. показало, что по прошествии пяти лет после рекультивации и передачи под самозарастание состояние ее мало изменилось. Процесс лесовозобновления развивается неудовлетворительно, что обусловлено экстремальностью эдафических условий техногенного полигона: каменистостью и низкой трофностью грунтов, формирующих почвообразующий слой, неблагоприятным температурно-влажностным режимом нарушенных ландшафтов. Изучение

149

естественного лесовозобновления на объектах-аналогах, в качестве которых выступили старые, дореволюционные «дедовские» отвалы на этом же месторождении, приводит к неизбежному выводу о пролонгации неудовлетворительного результата на обозримую перспективу (рис.3.4).

Рис. 3.4. Лиственный ценоз с преобладанием березы на отвалах золотодобычи XIX в. в верховьях р.Велс

За более чем столетний период, прошедший после завершения горных работ, отвальные экотопы до настоящего времени не восстановили первичный уровень продуктивности. На фоне зональной темнохвойной тайги они выделяются разреженным низкопродуктивным лиственным мелколесьем (см.рис.3.4).

150

Почвенный покров на них фрагментарен, имеет маломощный (менее 20 см) слой с пониженным относительно зонального фона содержанием гумуса и прочих элементов плодородия.

Необходимость полного цикла рекультивации ландшафтов после разработки россыпных месторождений обусловлена рядом причин, являющихся следствием приуроченности россыпных месторождений к долинам рек, их геохимической спецификой. Разрушение почвенно-растительного покрова, выполняющего важнейшие водоохранно-защитные функции, ведет к активизации процессов испарения поверхностных вод и выступает, таким образом, одним из факторов развития крайне негативной экологической тенденции, характерной для малых рек края, – резкого снижения водности со всеми вытекающими из этого негативными экологическими последствиями, в том числе гибелью водных и околоводных обитателей, включая ценные виды рыб.

Геохимическая специфика золоторудных месторождений обусловлена высокой концентрацией в продуктивном слое химических элементов – спутников золота. Значительная их часть относится к тяжелым металлам 1–3 классов экологической опасности (мышьяк, свинец, цинк, сурьма и др.). В силу технологических особенностей процесса разработки россыпи, которая ведется посредством промывания золотосодержащих отложений в месте их залегания, значительная часть тяжелых металлов со сточными водами поступает в речной водоток, концентрируясь в русловых отложениях. Дополнительно стоки обогащаются токсичными ингредиентами, используемыми для обогащения и извлечения золота – ртутью, цианидами и др. Геохимическое опробование показало, что основными участками обогащения тяжелыми металлами являются отложения отстойников и технологических водоемов, создаваемых для оборотного водоснабжения (рис.3.5). После завершения промывочных работ технологический водоем спускают. Ровная обсыхающая илисто-глинистая поверхность его днища представляет собой локальную геохимическую аномалию, требующую особого подхода при рекультивации. В отличие от заиленных понижений крупнофракционный субстрат отвалов обладает низкой поглотительной способностью, поэтому не удерживает токсичные ингредиенты и в экологическом отношении безопасен.

С учетом охарактеризованной специфики рекультивация отработанных россыпных месторождений должна включать полный

151

восстановительный цикл работ по экологизации долинно-речной экосистемы, в том числе:

• восстановление речного водотока, включая расчистку и углубление заиленного русла, ликвидацию дамб, перемычек и прочих сооружений, препятствующих стоку; • планировку техногенного рельефа с приданием орографическим элементам устойчивых форм; • нейтрализацию токсичных грунтов; • восстановление лесных ценозов водоохранно-защитного назначения.

Рис.3.5. Высыхающий технологический водоем на участке

Верхневелсовского месторождения

В связи с низким уровнем плодородия техногенного субстрата наиболее перспективный способ восстановления лесных насаждений на отвалах – посадки саженцев (сосна, ель) с закрытой корневой системой или, при отсутствии такого посадочного материала, обычными 2–3-летними саженцами в лунки с комом земли. На пойменных, прирусловых участках, подверженных размыву, предпочтительно шелюгование – посадки ивы кольями или хлыстами. Посевы травосмесей на таких объектах нецелесообразны, поскольку не дают желаемого экологического результата.

152

Один из крупнейших очагов рассеивания металлов в Пермском крае приурочен к Верхнекамскому месторождению калийно-магниевых солей. Освоение месторождения началось в 1934 г., с тех пор объемы добычи постоянно увеличиваются, пропорционально им растут объемы складируемых отходов (рис.3.6).

Рис. 3.6. Породный отвал в границах участка Верхнекамского

месторождения, разрабатываемого шахтным способом

Отложения Верхнекамского месторождения, помимо извлекаемых ингредиентов, содержат значительное количество металлов, остающихся в горной массе, формирующей породные отвалы (в г/т): Fe – 4000; Br – 680; Mn – 300; Sr – 50; B – 30; Ti – 20; Cu – 5; Li – 3; Rb – до 120 [22]. В этой связи проблема их рекультивации долгое время сдерживалась необходимостью вторичной переработки горной массы, и восстановительные мероприятия не проводились. В настоящее время отношение к данной проблеме изменилось. Запасы редких элементов в отвалах, ранее оцененные на уровне балансовых (например, по оксиду рубидия), признаны нерентабельными для разработки, принято решение об их списании. Накопленную в отвалах горную массу предполагается использовать для заполнения шахтных полостей с целью предотвращения развития негативных процессов на поверхности шахтных полей – образования различного рода просадок и провалов (рис. 3.7).

153

Технологический процесс заполнения шахтных полостей пока не отработан, отвалы остаются на поверхности, оказывая негативное влияние на прилегающие территории. Это обусловлено их высокой эродируемостью, под влиянием которой происходит солевое загрязнение почвенного покрова, поверхностных и подземных вод. В ареалах влияния солевых стоков формируются участки антропогенного заболачивания с «сильной» степенью засоления.

Рис.3.7. Провал, образовавшийся в границах рудного поля

Верхнекамского месторождения

Будучи бесконтрольным, данный процесс сопровождается солевым стрессом, под влиянием которого изменяется флористический состав растительности. В структуре растительного покрова происходит замена типичных южно-таежных растительных ассоциаций несвойственными таежной зоне солеустойчивыми растительными группировками с доминирующей ролью рогоза (Typha latifolia), камыша (Scirpus paludosus), бескильницы (Puccinellia altaica, Р.gigantea) и других интразональных видов. Это ведет к снижению общей фитопродуктивности и к обеднению видового состава растительности. Поэтому участки засоления нуждаются в

154

рекультивации. Мероприятия по их рекультивации выполняются в соответствии с ГОСТ 17.5.3.05-84 и включают:

• устранение источника засоления; • проходку дренажных канав для отведения засоленных вод за пределы участка; • пескование засоленного слоя в пропорции 1:5 относительно восстанавливаемого корнеобитаемого горизонта с последующим рыхлением. Учитывая гумидный климат территории размещения

Верхнекамского месторождения, в условиях которого почвенное засоление неустойчиво, других мероприятий для рекультивации засоленных участков не требуется.

Сарановское месторождение хромитов, расположенное в Горнозаводском районе Пермского края, является уникальным горнопромышленным объектом. Это единственное в России эксплуатируемое месторождение хрома, имеющее значительные запасы и перспективы добычи. Детальная разведка проведена в 30-е гг. прошлого столетия, после чего началось промышленное освоение месторождения. Горнодобывающие работы выполняются шахтным способом, наземное отвалообразование незначительно и реализуется в границах промышленной площади, поэтому вопросы рекультивации для данного объекта на современном этапе освоения месторождения не рассматриваются.

3.5. Свалки твердых хозяйственно -бытовых отходов (ТХБО) как объекты рекультивации

В процессе жизнедеятельности человек производит громадное количество отходов, в том числе плохо поддающихся переработке и естественному разложению в природной среде. Поэтому ситуация с обезвреживанием отходов крайне остра во всем мире. Решается она различным образом: утилизацией на мусоросжигательных заводах, захоронением и складированием на полигонах, называемых свалками. Первый способ – сжигание – еще недавно рассматривался как панацея, избавляющая от отходов. В последние годы отношение к нему изменилось. Установлено, что экологическая опасность от сжигания современных отходов, значительно выше, чем от их складирования, поскольку в результате термических реакций в атмосферу выделяется громадный объем трудно уловимых токсичных выбросов, наиболее

155

опасными составляющими которых являются диоксины – самые токсичные из известных человеку отравляющих веществ.

Улавливать летучие формы загрязнителей, особенно диоксинов, опасность которых проявляется начиная с концентрации n•10-15[36], крайне сложно, поэтому все больше стран отдают предпочтение переработке, захоронению и складированию отходов, нежели сжиганию. Складирование осуществляется в специально оборудованных местах, называемых свалками ТХБО. Они являются неотъемлемыми атрибутами любой селитебной территории и, располагаясь преимущественно в зеленых зонах населенных пунктов, по мере накопления отходов становятся проблемными объектами рекультивации.

Плохо оборудованные свалки представляют угрозу для окружающей среды. На них развиваются дефляционные и водно-эрозионные процессы, ведущие к загрязнению прилегающих территорий. Неправильно складированный значительный объем отходов подвержен самовозгоранию. Отравляющие вещества рассеиваются в воздухе, перемещаясь на значительные расстояния с атмосферными потоками, проникают в грунтовые и поверхностные воды (табл. 3.4).

Таблица 3.4 Усредненные характеристики химического состава дренажных вод

пригородной свалки ТХБО [42]

Ингредиенты Единицы

измерения Величины Группа Показатель

Общие показатели

рН (по Н2О) 6,5–9,0 Сухой остаток мг/л 20000 Нерастворимые вещества мг/л 2000 Электропроводимость (200С) мкСм/см 20000

Неорганические компоненты

Щелочные и щелочно-земельные металлы

мг/л 8000

Тяжелые металлы мг/л 10 Соединения Fe мг/л 1000 NH4

+ мг/л 1000 SO4

2− мг/л 1500 HCO3

− мг/л 10000

Органические компоненты

БПК5 мг/л 4000 ХПК мг/л 6000 Фенол мг/л 50 Детергенты мг/л 50

156

Вещества, экстрагируемые метиленхлоридом

мг/л 600

Места размещения свалок являются не только источниками

загрязнения среды химическими веществами, но и ареалами расселения эпидемически опасных животных (крыс, мышей и др.), синантропных видов насекомых-переносчиков инфекционных заболеваний.

Продолжительность периода заполнения полигонов ТХБО существенно варьирует. Средний срок эксплуатации составляет 40 лет. По прошествии этого периода значительная часть погребенных в нижних слоях отходов разрушается. Однако их экологическая опасность не снижается, напротив, возрастает. Это обусловлено тем, что при разрушении первичных субстратов составляющие их химические элементы освобождаются, трансформируясь в новые химические соединения, зачастую обладающие более высокой миграционной активностью, следовательно – в более опасные. Потенциальная токсичность ТХБО обусловлена их составом. Типичный состав отходов пригородного полигона на примере Пермской городской свалки приведен в табл. 3.5.

Таблица 3.5 Состав ТХБО типичной пригородной свалки

(Пермский район Пермского края)

Ингредиенты Доля в общей массе, % Химический состав

Бумага 30 С6Н7О2(ОН)→ H2, CH4, CO; S, Cl, Ca, NH4 Пищевые отходы 30 Разнообразный Текстиль 5 Разнообразный Металлы 4 Cr, Ni, Co, V, W, Mo, Pb, Zn, Sr, Li, Hg и др. Пластик 3 Разнообразный Дерево 3 H2, CH4, CO; S, Cl, Ca, Fe, Al, NH4 Прочие 25 NO3, Cl, Ba, P, Cr, Ni, Co, V, W, Mo, Pb, Zn, Sr,

Li и др.

Представленная в табл.3.5 информация о химическом составе

складируемых отходов свидетельствует о высоком содержании в них устойчивых в естественной природной среде химических элементов 1– 3 классов экологической опасности. Мигрируя из продуктов разрушения, они обогащают подземные воды, рассеиваются с пылью и

157

свалочными газами. Поэтому даже старые законсервированные объекты складирования отходов представляют реальную экологическую опасность. Их рекультивация выполняется в соответствии с нормативно-законодательной базой, важнейшим руководящим документом в данном случае является отраслевая инструкция № 01-8/17-11 и другие документы (см. приложение).

Согласно нормативам при рекультивации свалок в обязательном порядке предусматривается стабилизационный этап, длительностью от двух до пятнадцати лет, предшествующий основному комплексу восстановительных работ. Началом этапа является закрытие полигона для складирования, окончанием – достижение устойчивого состояния мусорной толщи.

Последующая рекультивация полигона ТХБО выполняется в два этапа: технический и биологический. На техническом этапе проводится комплекс работ, включающий исследование состояния свалочного грунта, оценку его воздействия на окружающую природную среду и техническое обустройство территории: планировку, формирование откосов, нанесение технологических слоев (глинистого экрана, покрытие мембранной тканью и др.), экранирующих токсичные отложения, последующее землевание технической поверхности. В случаях необходимости (например, при выделении биогаза) создаются технические сооружения, способствующие дегазации отвальной толщи. Биологический этап рекультивации включает агротехнические и фитомелиоративные мероприятия, направленные на восстановление растительного покрова природоохранного или санитарно-гигиенического назначения. Другие направления рекультивации в данном случае не гарантируют экологической безопасности последующего использования рекультивированной территории, поэтому нежелательны.

158

З АК Л Ю Ч Е Н И Е

В современных условиях антропогенное воздействие на

природную среду стало негативным процессом глобального масштаба и продолжает нарастать. Особенно активно изменяются регионы с давней историей промышленного освоения, такие как Пермский край. В настоящее время даже беглый взгляд на космический снимок территории края, где отчетливо различимы результаты хозяйственной деятельности – плотная сеть магистралей (дорог и трубопроводов), громадная, видимая даже в мелком масштабе площадь земель, оголенных и занятых промышленными отвалами, «съеденных» эрозией, – заставляет задуматься о необходимости восстановительных мероприятий.

Анализ современного состояния рекультивации нарушенных ландшафтов в крае показал, что подход к решению данных вопросов поверхностный. Выполненные формально восстановительные мероприятия не только не дают положительного результата, но причиняют дополнительный ущерб природным ландшафтам. Ярким примером этого служит Кизеловский угольный бассейн, вопросы рекультивации которого не сходят с повестки дня более 15 лет.

Основной нормативно-законодательный документ, регламентирующий восстановительные мероприятия в настоящее время, постановление № 525/67 от 22.12.1995 г. [57], предоставляет свободу выбора направлений рекультивации. В результате в большинстве случаев исполнители работ стараются реализовать наименее затратное из направлений – природоохранное, ограничиваясь минимальным объемом горнотехнических мероприятий. Мониторинга состояния рекультивированных таким образом земель не проводится. Поэтому медленно, но неотвратимо природные ландшафты края трансформируются в низкопродуктивные антропогенные бедленды. Вместе с тем, истинное богатство нашего края – леса и сельскохозяйственные угодья.

Практически вся территория Пермского края лежит в лесной зоне – лесные ресурсы придают региону статус одной из ведущих лесопромышленных и заготовительных баз России, это наше богатство. Данные особенности должны учитываться при планировании восстановительных мероприятий, предопределяя приоритет лесохозяйственного направления рекультивации в лесной зоне края.

159

В южной части Пермского края – в границах подтаежной природной зоны с высоким уровнем сельскохозяйственного использования земель – приоритетные позиции должно занимать сельскохозяйственное направление рекультивации. Однако восстановительные мероприятия при этом нуждаются в разумном обосновании, они должны учитывать всю совокупность негативных экологических последствий, не приводить к вовлечению в сельскохозяйственный оборот земель, загрязненных и эрозионно неустойчивых. Поэтому в задачи сельскохозяйственной рекультивации должно входить не просто воссоздание эксплуатационных угодий (пашни, пастбищ, сенокосов), но восстановление нарушенного экологического баланса территории, в том числе лесных площадей защитного назначения.

160

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андроханов В., Фаткулин Ф. Объекты рекультивации –

техногенные ландшафты // Наука в Сибири. Новосибирск, 1998. С. 33 – 34.

2. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте. М.: Мысль, 1975. 286 с. 3. Бадюков Д.Д., Борсук О.А., Волкова О.А. и др. География России.

М.:Энциклопедия, 2005. 304 с. 4. Баранник Л.П. Экологическая оценка пригодности древесных и

кустарниковых пород для лесной рекультивации в Кузбассе // Восстановление техногенных ландшафтов Сибири (теория и технология). Новосибирск: Наука, 1977. С. 120 – 139.

5. Баранник Л.П. Биоэкологические принципы лесной рекультивации. Новосибирск: Наука, 1988. 83 с.

6. Башкин В.Н., Касимов Н.С. Биогеохимия. М.: Научный мир, 2004. 648 с.

7. Берг Л.С. Ландшафтно-географические зоны СССР. Л., 1931. Ч. 1. 397 с.

8. Блинов С.М., Потапов С.С., Ворончихина Е.А. и др. Новый метод улучшения экологической ситуации на участках сброса кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна // Минералогия техногенеза – 2005. Миасс: УрО РАН, 2005. С.229 – 237.

9. Бузмаков С.А., Кулакова С.А. Формирование природно-техногенных экосистем на территории нефтяных месторождений (на примере Пермского края) // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2007. №1. С. 20–24.

10. Вернадский В.И. Очерки геохимии // Избр. соч. в 5 т. М.: Изд-во АН СССР, 1954. Т.1. 391 с.

11. Водолеев А.С. Рекультивация техногенно нарушенных земель Южного Кузбасса с использованием нетрадиционных ме-лиорантов : автореф. дисс. д-ра сельскохозяйственных наук. Барнаул, 2007. 33 с.

12. Водяницкий Ю.Н. Изучение тяжелых металлов в почвах. М.:ГНУ Почвенный ин-т им.В.В.Докучаева РАСХН, 2005. 110 с.

13. Ворончихина Е.А. К дискуссии об основных дефинициях ландшафтной географии. Деп. в ВИНИТИ, № 1770-83. М., 1983. 11 с.

161

14. Ворончихина Е.А. Блинов С.М., Доможирова С.А. Проблемы и перспективы рекультивации земель, нарушенных при эксплуатации Кизеловского угольного бассейна // Вопр. физ. географии и геоэкологии Урала. Пермь, 2006. С.33 – 44.

15. Ворончихина Е.А. Геофизика ландшафтов. Пермь, 2008. 84 с. 16. Восстановление техногенных ландшафтов Сибири (теория и

технология) / под ред. С.С.Трофимова. Новосибирск: Наука, 1977. 158 с.

17. Гвоздецкий Н.А. Основные проблемы физической географии. М.: Высш. шк., 1979. 322 с.

18. Геохимия окружающей среды / под ред. Ю.Е. Сает М.: Недра, 1990. 335 с.

19. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.

20. Глобальная продовольственная проблема // Итоги науки и техники. Т. 18. Сер. География зарубежных стран / В.А.Пуляркин, Т.К.Власова, А.А.Надирова и др. М., 1992. С.7 – 11.

21. Гнилевые болезни древесных пород // Лесная энциклопедия. М., 1985. Т.1. С.205–208.

22. Горная энциклопедия. М., 1987. 592 с. 23. Государственный доклад о состоянии и использовании земель в

Российской Федерации. М., 2008. URL: www.kadastr.ru (дата обращения 19.10.2010)

24. Греф Г.О. Земельный фонд Российской Федерации. Распределение земель по категориям // Недвижимость и инвестиции. Правовое регулирование. 2005. №2. С.3 – 23.

25. Грибков В.В. Сосна // Лесная энциклопедия. М., 1986. Т.2. С.386 – 389.

26. Грибков В.В. Лиственница // Лесная энциклопедия. М., 1986. Т.2. С.13 – 17.

27. Грудзинская И.А. Ильм // Лесная энциклопедия. М., 1985. Т.1. С.369 – 372.

28. Добровольский Г.В., Гришина Л.А. Охрана почв. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1985. 224 с.

29. Докучаев В.В. Наши степи прежде и теперь // Черноземный вестник. 1898. С.14 – 16.

30. Докучаев В.В. Учение о зонах природы. М., 1948. 63 с. 31. Докучаев В.В. Сочинения. М., 1951. Т.6. 146 с.

162

32. Дронов В.П., Ром В.Я. География России. Население и хозяйство. М.: Дрофа, 2004. 384 с.

33. Дылис Н.В. Лиственница. М., 1981. 217 с. 34. Зайцев Г.А., Моторина Л.В., Данько В.Н. Лесная рекультивация.

М.: Лесная промышленность, 1977. 128 с. 35. Звонкова Т.В. Горно -промышленные ландшафты рудных

месторождений // Геохимия ландшафта. М., 1999. С.493 – 495. 36. Зедайн О. Вся правда о диоксинах // Здоровье. 1999. №4. С.62–

64. 37. Инструкция по рекультивации земель, нарушенных при

разработке россыпей / Е.А.Ворончихина и др. Свободный, 1976. 27 с.

38. Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. М.: Высш.шк., 1991. 397 с.

39. Исаченко А.Г. Теория и методология географической науки. М.: Академия, 2004. 400 с.

40. Крауклис А.А. Проблемы экспериментального ландшафтоведения. Новосибирск: Наука, 1979. 232 с.

41. Колесников Б.П., Шиманюк А.А. Леса Пермской области // Леса СССР. М.:Лесная промышленность,1969. Т.4. С. 9 – 47.

42. Корте Ф., Бахалдир М., Клайн В. и др. Экологическая химия / под ред. Ф.Корте. М., 1997. 396 с.

43. Максимович Н.Г., Ворончихина Е.А., Каменщикова В.И., Дылдин И.Ю. Геоэкологическое обоснование рациональной организации территории в границах осушаемого участка Нижнезырянского водохранилища // Географический вестник. 2008. № 2. С.54–66.

44. Металлогения и геохимия угленосных и сланцесодержащих толщ СССР / под ред. Н.А.Созинова и др. М.: Наука, 1987. 157 с.

45. Мильков Ф.Н. Ландшафтная сфера Земли. М.: Мысль, 1970. 207с .

46. Моторина Л.В. Опыт рекультивации нарушенных промышленностью ландшафтов в СССР и зарубежных странах. М.,1975. 83 с.

47. Моторина Л.В., Овчинников В.А. Промышленность и рекультивация земель. М.: Мысль, 1975. 257 с.

48. Моторина Л.В. Развитие исследований и практических работ по рекультивации земель // Экологические основы рекультивации земель. М.: Наука, 1985. С.6 – 28.

163

49. Новикова Н.А., Савич А.И. Восстановление почвенного плодородия на отвалах открытых разработок при биологической рекультивации. М., 1980. 48 с.

50. Носов С.И. Современное состояние и перспективы рекультивации земель в стране // Научно-технические проблемы рекультивации земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых в СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1978. С.19 – 29.

51. Оборин А.А., Хмурчик В.Т., Иларинов С.А., Маркарова М.Ю., Назаров А.В. Нефтезагрязненные биоценозы. Пермь, 2008. 511 с.

52. Овчинников Л.Н. Прикладная геохимия. М.: Недра, 1990. 248 с. 53. О мерах по устранению излишеств в отводе земель для

строительства и других несельскохозяйственных целей: постановление СМ РСФСР // Собр. постановлений правительства РСФСР. М., 1966. № 7. С.109 – 112.

54. О рекультивации земель, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы при разработке месторождений полезных ископаемых и торфа, проведении геологоразведочных, строительных и других работ: постановление СМ СССР от 02.06.1976 г. № 407// Собр. постановлений правительства СССР. М., 1976. С.94 – 99.

55. Основные положения по восстановлению земель, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых, проведении геологоразведочных, строительных и иных работ. М., 1971. 13 с.

56. Основные положения по восстановлению земель, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых, проведении геологоразведочных, строительных и иных работ. М., 1977. 17 с.

57. Основные положения о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы [Утв. приказом Минприроды России и Роскомзема от 22.12.1995 г. № 525/67]. М., 1995. 17 с.

58. Основные положения организации и развития лесного хозяйства Пермской области. Пермь: Федеральная служба лесного хозяйства России, 2000. 434 с.

59. О состоянии и охране окружающей среды Пермского края: Ежегодный экологический доклад. Пермь, 2007. URL: www.permecology.ru (дата обращения 12.04.2009)

164

60. О состоянии и охране окружающей среды Пермского края: Ежегодный экологический доклад. Пермь, 2009. URL: www.permecology.ru (дата обращения 11.11.2010)

61. Охрана природы. Ландшафты. Термины и определения. ГОСТ 17.8.1.01-86. М., 1986.8 с.

62. Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и определения. ГОСТ 17.5.1.01-78. М., 1978. 9 с.

63. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1979. 278с .

64. Паюсова Е.А. Опыт комплексных исследований для целей рекультивации в районах с экстремальными условиями природной среды. Деп. в ВИТНИТИ, № 4306-79. М., 1979. 15 с.

65. Паюсова Е.А. К вопросу о перспективах использования техногенных земель в зоне БАМ // Актуальные проблемы общественных, естественных и технических наук. Пермь, 1980. С.231–232.

66. Паюсова Е.А. Лесная рекультивация дражных отвалов в Приамурье // Перспективы развития исследований по естественным наукам на Западном Урале. Пермь, 1981. С.133 – 134.

67. Паюсова Е.А. Географо-мелиоративное устройство техногенных земель в зоне БАМ // Проблемы мелиоративной географии. Л., 1983. С. 15–21.

68. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 768 с.

69. Полынов Б.Б. Геохимические ландшафты // Географические работы. М.: Географгиз, 1952. С.381-393.

70. Пресс-релиз к заседанию Правительства Российской Федерации 21 февр. 2008 г. URL: www.kadastr.ru (дата обращения 21.10.2010)

71. Рагим-Заде Ф.К., Трофимов С.С. Экологические и социально-экономические критерии районирования рекультивационных работ в Сибири // Восстановление техногенных ландшафтов Сибири (теория и технология). Новосибирск: Наука, 1977. С.3 – 14.

72. Рэуце К., Кырстя С. Борьба с загрязнением почвы. М., 1986. 221 с.

73. Синадский Ю.В. Сосна. Ее вредители и болезни. М., 1983. 186 с. 74. Солнцев Н.А. Учение о ландшафте. М: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 384

с.

165

75. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 370 с.

76. Сочава В.Б. Теоретическая и прикладная география. Новосибирск: Наука, 2005. 288 с.

77. Технология биологической рекультивации нарушенных земель на Европейском Севере. Сыктывкар, 1990. 13 с.

78. Требования к благоустройству зон рекреации. ГОСТ 17.1.5.02-80. М., 1980. 12 с.

79. Троян П. Факториальная экология. М.: Прогресс, 1989. 232 с. 80. Федосеева Т.П. Типология нарушенных земель и основы

районирования территории СССР по основным направлениям рекультивации // Научно-технические проблемы рекультивации земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых в СССР. М., 1978. С.109 – 119.

81. Филатов Б.Н., Данилина А.Е., Михайлов Г.М., Киселев М.Ф. Диоксин (тревоги сегодня, трагедия завтра). М., 1997. 41 с.

82. Шипунов Ф.Я. Организованность биосферы. М.: Наука, 1980. 172 с.

83. Ширяева Д. Поля и деревья Марьинского парка. М., 2007. URL: www.m-2.ru (дата обращения 06.08.2007).

84. Эковестник Института мониторинга климатических и экологических систем. 2007. URL: www.ecoil.ru (дата обращения 06.08.2007).

85. Экологические основы рекультивации земель в условиях нефтяного загрязнения. URL: www.ecoil.tomsc.ru (дата обращения 11.09.2008).

86. Янкевич М. Санация и рекультивация накопителя жидких токсичных отходов на полигоне «Зубчаниновка». Самара, 2007. URL: www.ecolgp.ru дата обращения 09.04.2010)

87. Bauer H.J. Recultivation and renewal of a balanced landscape in the lignite mining area of the Rhineland // Geoforum. 2001. № 8. Р. 31– 41.

88. Bauer G. Die Bedeutung künstlicher Wasserflächen für den Naturschutz // Natur und Landsch. 1973. № 10. S. 280 – 284.

89. Duxon B.F. Restoration of quarried areas // Quarry Manag. N.J. 1970. № 6. Р. 219 – 222.

90. Herbst H.-V. Nutzung von Gewässern, die durch den Abbau von Steinen und Erden entstanden sind // Forsch.und Berat. 1992. № 22. S.187– 200.

166

91. Hill R. Restoration of a terrestrial environment – the surface mine //ASB Bull. 1991. №3. Р.107– 116.

92. Mining and the environment // Proc. Ints. Civ. Eng. 1972. March. Р. 637–649. 93. Oxenham J.R. Land reclamation // J. Inst. Munic. Eng. 1998. № 10. Р. 264 –

267. 94. Environmental chemistry / J.O.M.Bockris. N.J. 2003. 672 р.

167

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИХ РЕКУЛЬТИВАЦИЮ НАРУШЕННЫХ

ЛАНДШАФТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ на 01.01.2010

ГОСТ 17.1.5.02-80. Охрана природы. Гидросфера.

Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 25 декабря 1980 г. N 5976.

ГОСТ 17.4.2.01-81. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 20 марта 1981 г. N 1476. Обновлен в 10 мая 1985 г. (ИУС 8-85).

ГОСТ 17.4.3.02-85 (СТ СЭВ 4471-84). Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 5 мая 1985 г. № 1294.

ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 декабря 1985 г. № 4046.

ГОСТ 17.4.3.06-86. Охрана природы. Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ. Разработан и внесен Государственным комитетом СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды от 01 июля 1987 г. № 0017.

ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 16 июля 1985 г. № 2228.

ГОСТ 17.5.3.04-83. Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30 марта 1983 г. № 1521.

ГОСТ 17.5.3.05-84. Охрана природы. Рекультивация земель. Общие требования к землеванию. Утвержден и введен в действие

168

постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 марта 1984 г. № 1020.

ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 июля 1985 г. № 2256.

ИНСТРУКЦИЯ по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов. Согласована и утверждена Министерством строительства Российской Федерации 05 ноября 1996 г., Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического контроля Российской Федерации 10 июня 1996 г. N 01-8/17-11.

МУ 2.1.7.730-99. Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы. Гигиенические требования к качеству почвы населенных мест. Утверждены и введены в действие Главным государственным санитарным врачом РФ 05 апреля 1999 г. Вводятся впервые.

РД 34.02.202-95. Рекомендации по рекультивации отработанных золошлакоотвалов тепловых электростанций. Утверждено Департаментом эксплуатации энергосистем и электрических станций РАО «ЕЭС России» 25 декабря 1995 г.

РД 39-00147105-006-97. Инструкция по рекультивации земель, нарушенных и загрязненных при аварийном и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов. Разработана АК «Транснефть» 06 февраля 1997 г. Согласована и утверждена Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ от 20 сентября 1995 г. N 11-03/3-384. Взамен РД 39-0147103-365-86.

169

Научное издание

Евгения Александровна Ворончихина

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НАРУШЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ

теория, технологии, региональные аспекты

МОНОГРАФИЯ

Редактор Г.В. Тулякова Корректор И.А. Михина

Подписано в печать 22.11.2010. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. Тираж 250 экз. Заказ

Редакционно-издательский отдел Пермского государственного университета

614990. Пермь, ул. Букирева, 15

Типография Пермского государственного университета 614990. Пермь, ул. Букирева, 15