Формирование ландшафтного разнообразия при организации заповедно-охраняемых территорий как экологическая мера успешной биологической реабилитации отработанных земель горно-рудными разработками

Размещено на http://allbest.ru

1Днепропетровский национальный университет

2Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины

3ОАО «Орджоникидзевский ГОК»

УДК 613.95.001.2

Формирование ландшафтного разнообразия при организации заповедно-охраняемых территорий как экологическая мера успешной биологической реабилитации отработанных земель горнрудными разработками

В.Л. Булахов1, А.Г. Шапарь2,

В.Н. Романенко2, В.В. Постоловский3

Днепропетровск;

Орджоникидзе, Днепропетровской области

Введение

Интенсификация горных работ в 21 веке возрастёт ещё больше, чем в 20 веке и, как следствие, вызовет более серьёзные экологические последствия. В настоящее время только в пределах Днепропетровской области нарушенные земли горнорудными предприятиями превышают цифру 37 тыс.га. В создавшихся условиях назрела острая необходимость экологической реабилитации трансформированных экосистем и разработки путей и методов реабилитационных процессов.

Среди технологий по экологической реабилитации земель, трансформированных горными разработками, ведущее место занимает биологическая рекультивация. Методы и способы направленной поддержки спонтанных процессов формирования вторичных экосистем на отработанных землях находятся на начальных стадиях разработки.

Однако, в первом и во втором случаях необходимо предусмотреть меры по обеспечению условий формирования ландшафтного разнообразия, так как они выступают основным фактором, удовлетворяющим экологические требования различных представителей развивающейся биоты. В то же время эти особенности биоты часто не учитываются, и при проведении биологической рекультивации проявляется основная тенденция к созданию ландшафтного однообразия. Кроме того, при биологической рекультивации сформировалась, на наш взгляд, неправильная парадигма о необходимости компенсации нарушенных естественных экосистем соответствующими подобными искусственными системами. Так как в условиях степной зоны промышленных регионов почти не сохранились естественные экосистемы, а ранее господствующие степные экосистемы преобразованы в агросистемы (сельскохозяйственные поля), то по сложившейся традиции рекультивация направлена в основном на восстановление сельскохозяйственных угодий. Однако такой подход не учитывает главного, а именно, что в процессе ведения горных работ не только нарушается и изымается земля из сельскохозяйственного оборота, но и катастрофически ухудшается общая экологическая обстановка. В этих условиях необходимо предусмотреть создание таких экосистем, которые смогли бы противостоять общей трансформации экологической обстановки и оптимизировать окружающую среду.

В условиях степной зоны более целесообразным является создание такой биологической рекультивации или поддержка тех спонтанно развивающихся вторичных экосистем, которые способствовали бы как общей оптимизации экологической обстановки, так и созданию необходимых условий для восстановления и развития биологического разнообразия. В районе горнорудных предприятий Приднепровья сельскохозяйственные угодья занимают свыше 86% территории. На остальной части территории сформировались техногенные и урбанизированные экосистемы с незначительным наличием искусственных лесных насаждений типа лесополос. Естественные экологические системы сохранились в разных промышленных регионах лишь на 0,1-0,2% территории. В то же время для нормального подземного водного стока необходимо до10% лесистости, а для общей оптимизации экологической обстановки - не менее 8% общей площади заповедно-охраняемых территорий. При производстве биологической рекультивации основной упор делается на создание сельскохозяйственных угодий, способствующих формированию однообразного ландшафта и не оказывающего заметного влияния на улучшение экологической обстановки в регионе. Лесной рекультивации отводилось лишь 5-10 % территории.

Цель. Показать необходимость создания условий для формирования мозаичного разнообразного ландшафта, как в процессе технической, так и биологической рекультивации, а также при естественной реабилитации техногенных систем.

Сущность выполненной работы

Исследованиями установлено, что экологическая устойчивость систем обусловлена множественностью биотических компонентов, способных к взаимозамещению в проявлении функций системы [1-3]. Множественность биотических компонентов создаёт биоразнообразие с многоканальными консортивными биогеоценотическими и межэкосистемными связями, обеспечивающее нормальную работу биогеоценозов [3].

Техногенное нарушение экосистем, как правило, ведёт к резкому сокращению разнообразия и количества биоты, что обуславливает ещё большую трансформацию системы. Сохранение же важных элементов функциональной биоты создаёт механизм восстановления функций системы [4-6]. Поэтому, главным при любых методах реабилитации отработанных земель должно быть стремление к восстановлению нарушенной множественности биоты, которая зависит, прежде всего, от степени разнообразия экологических условий. Кроме создания необходимых благоприятных физико-химических условий на нарушенных землях, важнейшим экологическим требованием является способность развития биоразнообразия. Последнее невозможно без разнообразия ландшафтов и выполнения необходимых требований для биоты. Это прежде всего, содействие формированию разнообразного ландшафтного фона - мозаичного сочетания спланированной поверхности карьеров, холмистой территории с разными перепадами высот, величины наклона склонов холмов, в т.ч. образованных участков обрывистых коренных вертикальных склонов овражного типа, долин между холмами и различного типа водных систем и открытых степных участков.

Сравнительный анализ формирования некоторых элементов биоты на техногенных участках с различной степенью ландшафтного разнообразия показал, что при проведении сплошного планирования поверхности с дальнейшей сельскохозяйственной рекультивацией образуется крайне бедный состав биоты (таблице 1).

Таблица 1. Формирование функционального разнообразия биоты (количество видов или групп на 1 га площади) при различных сочетаниях участков рекультивации отработанных земель на карьерах Орджоникидзевского ГОКа

Продуцентная часть биоты на спланированных участках с дальнейшим созданием сплошных сельскохозяйственных участков рекультивации представлена всего 15-23 флористическими элементами. Консументная часть - 110-180 фаунистическим элементом.

Редуцентная часть всего 2 функциональными группами микроорганизмов. Чередование участков сельскохозяйственной рекультивации с лесными вызывает увеличение видового разнообразия функциональной биоты в 2-5 раз. Подобная тенденция наблюдается и при сравнении сплошных лесных рекультивированных участков с вышеприведенными мозаичными участками, но с меньшей амплитудой изменчивости (в 1,3 для продуцентной и редуцентной части биоты и в 2,6 - для консументной).

При создании моноценотичных участков лесной рекультивации создаются условия для формирования более бедного биотического разнообразия (таблице 2).

Таблица 2. Формирование флористических и фаунистических элементов биоты в различных типах лесной рекультивации (20-23-летних возрастных групп)

промышленный ландшафт экологический

В моноценотичных насаждениях наиболее благоприятные условия для формирования флористических элементов создаются в лоховых и акациевых насаждениях; несколько менее благоприятные - в сосновых. Для фаунистических комплексов беспозвоночных (в основном наземная энтонофауна) наиболее благоприятные условия создаются в акациевых, затем в сосновых и наименее - в лоховых. Фаунистические комплексы позвоночных (в основном птицы) наибольшее развитие получили в лоховых, затем в акациевых и наименее - в сосновых насаждениях.

Создание смешанных насаждений (акациево-ясеневых, дубово-ясеневых) или чередование небольших участков, приведенных в таблице 2, обуславливает значительный прирост биотического разнообразия. В отношении наиболее бедных в флористическом отношении насаждений прирост видов высших растений увеличивается почти вдвое (на 96,9%), в богатых - на 57,5%. В отношении фаунистических комплексов (беспозвоночных и позвоночных) в наиболее бедных насаждениях их прирост составляет 104,8 и 93,1%; в наиболее богатых - 44,4% и 27,3%. Большое влияние на формирование биотического разнообразия оказывает рельеф ландшафта (табл. 3). В одних и тех же растительных ассоциациях, но с различным рельефом отмечается различное количество птиц с различным этологическим проявлением в использовании экосистем.

Таблица 3. Формирование разнообразия орнитофауны в различных типах рельефа (К - только кормятся на участке, Г - гнездятся и кормятся)

В холмистой местности по сравнению с равнинными участками видовое разнообразие птиц выше. Так, в открытых ландшафтах с ровным рельефным профилем отмечается всего 14 видов птиц, в основном использующих эти участки как кормовые, и только 4 вида гнездящихся. В холмистой местности общее количество птиц возрастает до 25 (т.е. видовое разнообразие увеличивается в 1,8 раз) при гораздо более высоком значении этих участков как воспроизводственных. Количество гнездящихся птиц здесь увеличивается по сравнению с предыдущими условиями в 2,75 раза, что имеет большое значение для дальнейшего формирования разнообразия. Такая же тенденция отмечается и для вторичных лесных экосистем, сформированных спонтанно благодаря форической деятельности зооценоза. На равнинных спланированных участках в одновозрастных лоховых ассоциациях отмечается 26 видов птиц, тогда как на сходных, но холмистых участках - 39 (прирост видового разнообразия птиц составляет 50%). Значительно возрастает количество гнездующихся видов. Их видовой прирост составляет 88,9%.

Разнообразие рельефа местности с почти одинаковыми биогеоценозами способствует увеличению численного состава животных.

Особенно это чётко проявляется для таких хозяйственно ценных видов, как фазан, заяц-русак, косуля европейская. При условии заповедания общая численность указанных животных сравнима с показателями наиболее развитых охотничьих хозяйств.

Наибольшая встречаемость их отмечается в холмистых участках экосистем (в 1,3-1,7 раза выше, чем в равнинных спланированных участках). Холмистый рельеф участков способствует увеличению защитных условий для многих элементов фауны (особенно для птиц и млекопитающих), которые значительно повышают их естественную выживаемость и образуют условия для более эффективного репродуктивного воспроизводства [7,8]. Кроме того, на общее биологическое разнообразие (особенно на фаунистическое) положительное влияние оказывает наличие разных по размерам углов склонов рельефа и обрывистых участков склонов, образованных на исходных позициях при начале или завершении эксплуатации участков, образованных карьерных водоёмов и окружающих водно-болотных систем в поймах рек.

Таким образом, создание разнообразного ландшафта на сравнительно небольшой территории способствует ускорению формирования биоты и увеличению степени её разнообразия. Сочетание равнинных и холмистых участков с открытыми и облесенными пространствами, насаждение разнопородных лесных участков, сохранение систем овражного типа, образование водоёмов на отработанных землях и сохранение естественного окружения луговых и водно-болотных систем и целинных склонов в ближайшем окружении земель, нарушенных горными работами, ускоряет формирование биоты в 1,5-2 раза во времени и по показателям биотического разнообразия по разным группам биоты и разным типам горных разработок (марганцевые, железорудные) в 3-11 раз.

При этом, как при производстве биологической рекультивации, так и при спонтанном развитии экосистем при условии создания или сохранения ландшафтного мозаичного разнообразия, формирование общего биоразнообразия более высокое и более эффективное. После производства горных работ и проведения лишь частичных планировочных работ с сохранением части обрывистых и разной степени пологости образованных терриконов и выемок даже без насыпки почво-грунтов отмечается эффективное развитие биотических комплексов с довольно высокой численностью их элементов. Это создаёт предпосылки для разработки более экономичных экологических технологий по экологической реабилитации земель, нарушенных горными работами.

Выводы

1. Изучение скорости формирования и образования биотического разнообразия при использовании различных технологий позволяет рекомендовать создание следующего разнообразия ландшафтной структуры при экологической реабилитации земель, нарушенных горными работами: спланированные территории в разных уровнях должны занимать 30- 50 % холмистые участки территории - до 30-40%, овражно-балочные с отвесными и пологими склонами - до 5-10%; водные системы (карьерные водоёмы) - 1-2% при наличии сопредельных водно-болотных систем и до 3-5% в случае их отсутствия.

2. Соотношения созданных искусственных или вторично сформированных экосистем должны составлять в пределах: лесных - 60-70% (в т.ч. до 30-40% полиценотических), открытых ландшафтов (приближённых к степным и луговым системам) - до 30-40%.

3. Соблюдение этих требований значительно ускорит процесс естественного формирования биоты с высокой степенью биоразнообразия способствующего экологической реабилитации отработанных земель горными работами.

4. Работы по формированию ландшафтного разнообразия при организации заповедно-охраняемых территорий будут способствовать выполнению общегосударственной программы создания Национальной экологической сети Украины на 2000-2015 годы, в соответствии с законом Украины от 21 сентября 2000 года.

Перечень ссылок

1. Чернова Н.М. Биологическое разнообразие и структура почвенных сообществ // Проблема почвенной зоологии. - Новосибирск, 1991. - С. 149-152.

2. Емельянов И.Г. Разнообразие и устойчивость биосистем // Успехи современной биологии. - 1994. Т. 114, вып. 3. - С. 304-318.

3. Булахов В.Л. Біорізноманіття, як фактор еколого-стійких екосистем в умовах посиленного антропогенного тиску // Збереження біорізноманітності в Україні: Зб. наукових праць конференції. - К.: ЕГЕМ, 1997. - С. 20-21.

4. Абатуров Б.Д. Млекопитающие как компонент экосистемы.- М.: Наука, 1984. - 286 с.

5. Пахомов А.Е. Биогеоценотическая роль млекопитающих в почвообразовательных процессах степных лесов Украины (в 2-х томах). - Дніпропетровськ: ДДУ, 1998. Т. 1, - 237 с., т. 2, - 216 с.

6. Булахов В.Л., Пахомов О.Е., Рева О.А. Функціональная роль тварин, як біогеоценотична основа збереження довкілля в індустріальному регіоні // Екологічні проблеми довкілля та шляхи їх вирішення: Зб. наукових праць. - Полтава, 2002. - С. 43-44.

7. Булахов В.Л., Романенко В.Н., Постоловський В.В., Шпак М.В. та інші. Природне формування фізико-хімічних особливостей і біологічного режиму на техногенних ландшафтах гірничо-рудних розробок та шляхи їх прискорення // Зб. наукових праць ІППЕ НАН України. - Дніпропетровськ, 2001. Вип. 3. - С. 106-113.

8. Булахов В.Л., Лебединец Н.Л., Романенко В.Н., Шпак Н.В. Становление и направленное формирование вторичных экосистем на отработанных землях марганцево-рудных разработок // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. - Дніпропетровськ, 2001. - С. 24-28.

Аннотация

УДК 613.95.001.2 Формирование ландшафтного разнообразия при организации заповедно-охраняемых территорий как экологическая мера успешной биологической реабилитации отработанных земель горнрудными разработками. В.Л. Булахов1, А.Г. Шапарь2, В.Н. Романенко2, В.В. Постоловский3

1Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск;

2Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск;

3ОАО «Орджоникидзевский ГОК», Орджоникидзе, Днепропетровской области

Представляется характеристика значения биоразнообразия ландшафтов в формировании разнообразия в условиях биологической рекультивации и спонтанно развивающихся вторичных экосистем на отработанных землях горно-рудных предприятий. Показано, что при сравнительно равных условиях при разнообразном рельефе и при увеличении степени мозаичности и разнообразии ландшафтов биоразнообразие возрастает в 2-5 раз. Представляются рекомендации по формированию ландшафтного разнообразия при производстве экологической реабилитации земель, нарушенных горными работами.

Анотація

Подається характеристика значення різноманіття ландшафтів в формуванні біорізноманіття в умовах біологічної рекультивації і вторинних екосистемах, що спонтанно розвиваються на відпрацьованих землях гірничорудними підприємствами. Показано, що в порівняно рівних умовах при різноманітному рельєфі і при збільшенні ступеню мозаїчності і різноманіття ландшафтів біорізноманіття зростає в 2-5 разів. Подаються пропозиції по формуванню ландшафтного різноманіття при виконанні робіт по екологічній реабілітації земель, порушених гірничорудними підприємствами.

Annotation

Formation of diversified landscapes during organization of preserved areas as ecological measure for successful biological rehabilitation of soils suffering from mining operation.V.L.Bulakhov1, A.G.Shapar2, V.V.Postolovsky3, V.N.Romanenko2

¹Dniepropetrovsk National University, Dniepropetrovsk, Ukraine,

²Institute of Problems on Nature Management and Ecology, National Academy of Sciences of Ukraine, Dniepropetrovsk, Ukraine,

³Open Joint Stock Company “Ordzhonikidzevsky Mining-and-Processing Integrated Works”, Ordzhonikidze, Ukraine

The paper characterizes the importance of landscape biological variety in generation of all-round diversity under the terms of biological rehabilitation and spontaneous development of secondary ecosystems on waste soils of mining enterprises. It is proved that under the comparably similar conditions, biological variety will become 2 - 5 times higher at higher mosaic level and diversity of landscapes. The paper offers recommendations on formation of landscape diversity during ecological rehabilitation of soils suffering from mining.

Размещено на Allbest.ru