Сообщения
Изучение сукцессионных процессов важно для рекультивации
нарушенных экосистем. Рекультивация, по существу, является манипулированием
сукцессий, с целью получения нужного результата. Восстановительные работы в
разных случаях включают инициирование сукцессии, ее ускорение или замедление,
то или иное подражание сукцессии. В другой стороны практика рекультивации, ее
успехи или поражения, позволяют корректировать сукцессионные модели,
тестировать теорию сукцессии. Теория сукцессии должна обеспечить выбор наиболее
эффективных методов, места и времени рекультивации. По большому счету,
восстановительная сукцессия и рекультивация – процессы, направленные к
формированию более или менее устойчивой экосистемы.
Для обозначения мероприятий, обеспечивающих
дальнейшее использование антропогенно нарушенных ландшафтов, применяются
термины «рекультивация», «ренатурализация», «регенерация», «реабилитация».
Под ренатурализацией понимается обязательное и
полное восстановление всей совокупности природных компонентов нарушенных
ландшафтов, обеспечение их взаимодействия, самоорганизации и саморегулирования
с целью возврата к естественному состоянию.
Под реабилитацией понимается восстановление
способности нарушенных ландшафтов к выполнению биосферных и хозяйственных
функций, которые выполняли до антропогенного воздействия. В отличие от
ренатурализации реабилитация не предусматривает обязательного и полного
восстановления биосферных функций ландшафтов, их способности к ресурсовоспроизводству,
саморегуляции и самоорганизации.
Рекультивация – комплекс работ, направленных на
восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель, а
также на улучшение условий окружающей среды.
Рекультивации подлежат земли, нарушенные при
разработке месторождений полезных ископаемых открытым или подземных способом;
при прокладке трубопроводов, проведении строительных, мелиоративных,
лесозаготовительных, геологоразведочных, испытательных, эксплуатационных,
проектно-изыскательских и иных работ,
связанных с нарушением почвенного покрова; при ликвидации промышленных,
военных, гражданских и иных объектов и сооружений; при складировании и
захоронении промышленных, бытовых и других отходов; при строительстве,
эксплуатации и консервации подземных объектов и коммуникаций; при ликвидации
последствий загрязнения земель, если по условиям их восстановления требуется
снятие верхнего плодородного слоя почвы; при проведении войсковых учений за
пределами специально отведенных для этих целей полигонов.
Рекультивация нарушенных земель осуществляется для
восстановления их для сельскохозяйственных, лесохозяйственных,
водохозяйственных, строительных, рекреационных, природно-охранных и
санитарно-оздоровительных целей.
Сельскохозяйственное направление рекультивации –
создание на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий.
Лесохозяйственное направление рекультивации –
создание на нарушенных землях лесных насаждений различного типа.
Водохозяйственное направление рекультивации –
создание в понижениях техногенного рельефа водоемов различного назначения.
Рекреационное направление – создание на нарушенных
землях объектов отдыха.
Природоохранное направление – приведение нарушенных
земель в состояние, пригодное для использования в природоохранных целях.
Санитарно-гигиеническое направление рекультивации –
биологическая или техническая консервация нарушенных земель, оказывающих
отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для
использования в хозяйственных целях экономически не эффективна.
Строительное направление – проведение нарушенных
земель в состояние, пригодное для промышленного, гражданского и другого
строительства.
Биологическая рекультивация нарушенных земель
осуществляется на основе сельскохозяйственного подхода, предусматривающего
активное восстановление плодородия путем нанесения плодородных пород
(гумусового горизонта), внесение удобрений и мелиорантов, подбор и высаживание
разных видов трав и деревьев, устойчивых в техногенный среде (комплекс
агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение
агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почв).
Альтернативой сельскохозяйственному подходу при
биологической рекультивации является сукцессионный подход – использование
способности природных геосистем и их компонентов к самовосстановлению в ходе
первичных и вторичных сукцессий растительности.
Сукцессионный подход учитывает степень нарушений
природной подсистемы и позволяет создавать растительный покров, способный
существовать и развиваться без постоянных энергетических и вещественных затрат.
В этом случае главная задачи при проведении восстановительных работ состоит в
подготовке нарушенных экотопов таким образом, чтобы она вызвала ускорение
восстановительной сукцессии в результате естественного заселения территории
сохранившимися видами растений. Важным условием успешного развития начальных
стадий сукцессии является оптимизация питательного режима путем разового
внесения необходимых мелиорантов и удобрений в почву. Оптимизация питательного
режима почв может рассматриваться как триггер для возникновения положительных
обратных связей в восстанавливающихся экосистемах.
Реализация сукцессионного подхода, основная цель
которого «запустить» естественную сукцессию в условиях техногенного ландшафта,
в зависимости от степени нарушенности экосистемы (наличие биоты и органогенного
горизонта почв) предусматривает:
1) внесение мелиорантов и удобрений без семян
растений с тем, чтобы способствовать колонизации местными видами территорий с
сохранившимися пятнами из живых растений и органогенными горизонтами;
2) посев семян устойчивых к загрязнению трав и
внесения мелиорантов и удобрений на территориях, полностью лишенных
растительности и органогенных горизонтов почв; предполагается, что чужеродные
виды трав будут формировать только пионерную стадию сукцессии и способствовать
оптимизации питательного режима почв для внедрения местных видов;
3) внесение мелиорантов и удобрений и посев семян
или посадка устойчивых к загрязнению деревьев – березы, ивы, осины, ольхи.
Внедрение древесных растений в искусственно
созданный травяной покров можно рассматривать как последовательный этап восстановительной
сукцессии. Травяное сообщество создает условия для внедрения местных древесных
растений, оптимизирует водный и питательный режим и т.д. Способность же
древесной растительности восстанавливать почвенное плодородие уже используется
человеком в течение тысяч лет при подсечно-огневом земледелии в разных
природных зонах.
Прогрессивные
современные подходы к рекультивации основываются на применении методов
всемерной стимуляции собственных возможностей природных экосистем к
самовосстановлению. Исходя из закономерностей процессов естественного
восстановления в ходе сукцессий, процесс рекультивации нарушенных земель также
должен носить многоэтапный (многостадийный) характер. Каждый этап рекультивации
должен соответствовать определенной стадии спонтанной восстановительной
сукцессии.
В
благоприятных условиях проведение мероприятий по оптимизации питательного
режима не требуется. Степень применимости сукцессионного метода восстановления
определяется благоприятностью начальных условий для развития растительности.
Сравнение основных показателей структуры растительности (видовой состав,
проективное покрытие, сходство видов) различных стадий сукцессии позволяет
оценить «саморекультивационный» потенциал техногенных ландшафтов и на этой
основе разработать рекомендации по их рекультивации.
Сукцессионный метод можно рассматривать как
универсальный подход к реабилитации (т.е. восстановлению способности к
выполнению биосферных и хозяйственных функций) некоторых типов природных
экосистем, например нарушенных при торфоразработке болот.
Изучение сукцессионных процессов в
техногенно-нарушенных геосистемах выполнялось нами на территории Белорусского
Полесья. Объектами исследований являлись карьерно-отвальные комплексы
месторождений строительных, формовочных, стекольных песков, глинистых пород;
массивы намывных песков; отвальные комплексы полигонов промышленных и бытовых
отходов; поля фильтрации; буровые площадки; земли, нарушенные строительными
работами; пахотные земли, выведенные из оборота.
В задачи исследований входило:
изучение растительности начальных стадий сукцессий,
развивающихся в нарушенных ландшафтах;
выяснение закономерностей протекания сукцессионных
процессов в зависимости от экологических условий техногенных экотопов;
разработка системы оценки способности нарушенных
лесных геосистем к самовосстановлению (потенциала самовосстановления) для
обоснования применимости сукцессионного метода рекультивации и реабилитации.
Для оценки потенциала
самовосстановления важны два показателя:
1) длительность сукцессии (время от
ее начала до климаксовой стадии);
2) длительность нелесных стадий
(время от начала сукцессии до формирования леса).
Первый показатель как критерий оценки
имеет существенный недостаток: восстановительные процессы характеризуются
значительной длительностью (порядка сотен и даже тысяч лет), которая не
позволяет проверить правильность полученных экспертных оценок непосредственными
наблюдениями; определить общую продолжительность сукцессии весьма сложно. С
другой стороны, часто полное восстановление исходных климаксовых экосистем не
является целью рекультивации или же не возможно. Практически в этих случаях
важно определить потенциал самовосстановления способности геосистем к
выполнению биосферных и хозяйственных функций (биологической, гидрологической,
газорегуляторной, геохимической и т.д.). С этих позиций наибольшее значение
имеют показатели начальных (нелесных) стадий восстановительной сукцессии.
Важными показателями начальных стадий
являются:
длительность абиогенного этапа (время
от момента формирования субстрата до появления пионерных группировок);
длительность начальных стадий
(особенно длительность пионерной стадии);
общее проективное покрытие
растительности на начальных стадиях;
эколого-фитоценотическая структура
(набор ассоциаций) растительности начальных стадий;
общее проективное покрытие на луговой
стадии;
время появления, состав и численность
первых древесных видов (раннесукцессионных);
время появления, состав, численность
климаксовых (позднесукцессионных) древесных видов и другие.
Длительность абиогенной стадии определяет риск
развития эрозионных процессов, потери запасов элементов минерального питания.
Общее проективное покрытие пионерной стадии определяет способность
растительности предотвратить потерю элементов минерального питания, аккумулируя
их в фитомассе (чем большее покрытие и соответственно фитомасса, тем больше
элементов будет закреплено в растительном покрове). Значительная
продолжительность и низкое покрытие растительности начальной стадии
благоприятствуют активному протеканию процессов водной и ветровой эрозии и
связанному с ними выносу элементов минерального питания, органического
вещества, разрушению гумусового горизонта.
Далее на фото примеры эрозионных форм, развитых в техногенных комплексах.
По мере увеличения способности противодействовать
этим негативным процессам растительные сообщества образуют ряд: сообщества
однолетников; сообщества многолетних трав; сообщества многолетних злаков
(луговые); лесные сообщества с доминированием деревьев. Чем быстрее в ходе
восстановительной сукцессии протекают нелесные стадии и, соответственно,
быстрее происходит формирование сомкнутого древесного насаждения, тем меньше
риск деградации экотопа и больше вероятность его восстановления.
Заросшие склоны, на которых эрозия прекратилась:
Изучение нами корреляционной зависимости активности
эрозионных процессов на начальной стадии восстановительной сукцессии в
нарушенных ландшафтах (полигон отходов фосфогипса, карьеры по добычи песков,
строительные пустыри) от ряда факторов показало достоверную связь пораженности
территории водноэрозионными процессами (отношение площади водноэрозионных форм
рельефа к общей площади территории) с уклоном поверхности (коэффициент
корреляции Спирмена – 0,692 при р<0,001) и общим проективным покрытием
растительности (соответственно -0,523 при р<0,01). Сомкнутый растительный
покров из многолетних трав с общим проективным покрытием 80-100% практически
полностью исключает проявление водной эрозии уже на начальных стадиях сукцессии
даже при значительных уклонах рельефа (5-20о).
Указанные показатели также позволяют оценить степень
экстремальности субстрата. Крайне неблагоприятные условия (обусловленные низким
или высоким рН, каменистостью, высоким содержанием солей, нефтепродуктов и
т.д.) диагностируются значительной продолжительностью абиогенного этапа (многие
годы и даже десятилетия), разреженным растительным покровом начальных стадий,
крайне низкой численностью естественного возобновления даже при близком
расположении источников семян деревьев. Заселение таких субстратов идет
чрезвычайно медленно. Разреженные пионерные группировки не способны оказывать
заметного влияния на снижение негативных свойств субстрата. Формирование более
или менее сомкнутого покрова происходит по мере выщелачивания и выноса
токсичных соединений осадками и стоком. Пионерная растительность не способна
преобразовывать субстрат, но способна существовать на нем.
Сукцессия на экстремальном субстрате:
Длительность пионерной стадии определяется: а)
наличием банка семян в почвах или расстоянием от источников семян; б)
экстремальностью субстрата. Если условия субстрата неэкстремальны (т.е.
пригодны для поселения большинства видов растений, участвующих в сукцессии), то
длительность пионерной стадии, представленной сообществами терофитов,
составляет 1-2 года. В климатических условиях юга Беларуси нелесные стадии
восстановительных сукцессии, как правило, имеют продолжительность до 10 лет.
На экстремальных субстратах, например, на отвалах
фосфогипса (лимитирующие сукцессию факторы – высокая кислотность субстрата и
особенности техногенного рельефа) нелесные стадии длятся несколько десятков
лет. Несмотря на присутствие источников семян позднесукцессионных видов
деревьев вблизи отвалов (на расстоянии до 100 м), даже через 40 лет после
начала сукцессии их появления не наблюдается. На пустырях, которые находятся в
зоне влияния отвалов (лимитирующий фактор – высокая кислотность субстрата, обусловленная
выносом загрязняющих веществ с отвалов) сукцессия развивается сравнительно
быстрее, но здесь формирование фрагментарных древесных насаждений наблюдается
только через 20-30 лет после отсыпки отвалов.
Сукцессия на экстремальном субстрате:
Подробнее:
В лесном ландшафте, нарушенном строительными
работами (прокладка трубопроводов), развитие восстановительной сукцессии
протекает относительно быстро и зависит от механического состава, богатства
питательными веществами и влажности субстрата. В условиях аллювиальных
террасированных ландшафтов, для которых характерен сравнительно однородный
песчаный состав поверхностных отложений, фактором, определяющим скорость
восстановительной сукцессии, является глубина залегания уровня грунтовых вод.
На основе повторных наблюдений на постоянных пробных площадках нами были
выявлены особенности протекания восстановительной сукцессии в основных урочищах
аллювиального террасированного ландшафта: дюна, надпойменная терраса, склон
ложбины стока, ложбина стока. Пробные площадки размещались в однотипных
условиях по форме и степени нарушений, связанных со строительными работами:
почвенный покров полностью разрушен; субстрат – песчано-супесчаные грунты с
включениями перемешанных почвенных горизонтов.
Сукцессия на дюне (3-й год):
Сукцессия на надпойменной террасе (5 лет):
Сукцессия на надпойменной террасе (10 лет):
Наиболее интенсивно восстановительная сукцессия
протекает в ложбине стока, где уже к 6-8 году формируются сомкнутые заросли
ольхи черной. В целом для всех изученных урочищ, за исключением дюны, уже на
начальной стадии характерно образование сомкнутого травяного покрова,
сдерживающего проявление эрозионных процессов.
Нарушенные экосистемы дюн обладают низким
потенциалом самовосстановления, что проявляется в слабом развитии травяного
покрова и неудовлетворительном естественном возобновлении древесных видов в
течение первого десятка лет сукцессии, что увеличивает риск эрозионных
процессов.
На графике - численность подроста деревьев (штук/га):
На графике - общее проективное покрытие растительности (в %):
Таким
образом, анализ основных показателей растительности различных стадий сукцессий
позволяет оценить потенциал самовосстановления нарушенных лесных геосистем и на
этой основе разработать рекомендации по определению техногенных экотопов для
приемки под самозарастание. На основе исследований, выполненных в нарушенных
ландшафтах на территории Белорусского Полесья, можно предложить региональную
систему оценки, позволяющую выделять четыре класса (ранга) способности
природных геосистем к самовосстановлению:
1) крайне
низкая (для восстановления необходимо проведение технической и биологической
рекультивации);
2) низкая
(восстановление требует проведения в основном биологической рекультивации);
3)
удовлетворительная (восстановление возможно путем активизации спонтанной
сукцессии на начальной стадии);
4) высокая
(восстановление возможно за счет спонтанной сукцессии).
В случае
удовлетворительной и высокой способности геосистем к самовосстановлению
сукцессионный метод может эффективно использоваться для их рекультивации и
реабилитации.
Гусев
А.П. Сукцессии растительности и оценка способности техногенно-нарушенных
геосистем к самовосстановлению // Вестник Белорусского государственного
университета. Серия 2. – 2008. - №2. – С. 82-86.
Гусев А.П. Сукцессионный метод рекультивации
нарушенных ландшафтов // Природопользование: сборник научных трудов. Выпуск 14.
– Минск: ИПИПРЭ, 2008. – С. 104-110.
Гусев А.П. Сукцессии и потенциал самовосстановления
техногенно-нарушенных ландшафтов // Экология и промышленность России, 2009. –
№3.
Комментариев нет:
Отправить комментарий