Фосфогипсовый ландшафт – сукцессия на отвалах фосфогипса

Primary succession on phosphogypsum landscape

Фосфогипсовый ландшафт часто привлекает своей необычностью, почти неземным обликом. Его можно легко разглядеть путешествуя по миру с помощью Google Earth. Но еще большее впечатление он производит, если оказаться внутри.

Фосфогипсовый ландшафт

Воскресенск

Гомель

Вот Воскресенский террикон (Россия) – вид с боку.

Вот отвалы фосфогипса под Гомелем (Беларусь).

Отвалы фосфогипса как побочный продукт образуются в химическом производстве. Рассмотрим одно из таких предприятий и его отвалы. Предприятие производит серную и фосфорную кислоты, минеральные соли (аммофос, суперфосфат, азотно-фосфорно-калийные удобрения), фтористый алюминий, криолит и т.д. Выбросы в атмосферу содержат аммиак, пары серной кислоты, аммофос, соединения фтора, сернистый ангидрид. Применяемая на предприятии технология обработки апатитового концентрата приводит к образованию твердых фосфогипсовых отходов, которые складируются на промплощадке. В настоящее время отвалы занимают территорию около 100 га и живописно возвышаются над окрестностями.

Фосфогипс в отвалах содержит до 40 % влаги; в его составе около 97 % составляет гипс и 3 % – фосфаты железа и алюминия, ортофосфорная кислота, фторсиликаты калия и натрия, фториды кальция. Из отвалов фосфогипса сульфаты, фториды, фосфаты постоянно поступают в поверхностные и грунтовые воды, почву и грунт.

Воды поверхностных водотоков вблизи отвалов имеют минерализацию 1,5-30 г/л и характеризуются крайне кислой средой (рН=1,5-3).

The phosphogypsum dump is a permanent source of sulfates, fluorides, and phosphates polluting surface and ground waters and soil. Water in surface streams near the dumpsite contains 1,5–30 g/l of total dissolved solids and is highly acidic (pH 1,5–3).

Нас, прежде всего, интересует развитие сукцессий растительности на фосфогипсовом субстрате (в климатических условиях зон подтаежных и широколиственно-лесных ландшафтов).

Это типичные первичные сукцессии, начинающиеся с нуля.

Successions on technogenic phosphogypsum  substrates can be regarded as primary.

Свежие участки фосфогипса, имеющие еще высокую влажность, токсичны для растений из-за очень низкого рН (1-2 единицы). Здесь жизни нет. Пока.

Постепенно фосфогипс теряет влагу, его поверхность выветривается и на его поверхности появляются растения-пионеры. В данном случае такими пионерами являются вейник наземный (Calamagrostis epigeios (L.) Roth) и иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium (L.) Scop.).

The pioneer group is represented by only two herbaceous plant species, reed grass Calamagrostis epigeios (L.) Roth and fireweed Chamaenerion angustifolium (L.) Scop.

Пионерные группировки иван-чая осваивают фосфогипсовый субстрат.

Токсичные воды с низким рН – главный фактор, задерживающий сукцессию. Эти воды имеют высокую минерализацию (5-30 г/л), содержание сульфатов – 1-6 г/л, фосфатов – 0,5-2 г/л, иона фтора – 0,3-1 г/га, иона алюминия – 0,1-0,2 г/л.

Соответственно влажные участки, подтопленные высокоминерализованными водами, остаются безжизненными весьма долгое время.

Развитие сукцессии идет медленно, что связано не только с поступлением токсичных вод и особенностями фосфогипса, но и с формами техногенного рельефа. Склоны и вершины заселяются еще медленнее. На нижней части склонов и ровных местах сомкнутый растительный покров с зарослями деревьев и кустарников формируется через 20-30 лет.

Местами можно обнаружить даже небольшие березово-осиновые рощи (возраст участков более 40 лет). Отличает их крайне скудное флористическое разнообразие (3-4 вида на 100 кв. м) и полное отсутствие каких-либо лесных видов.

Обнаруживаются даже некие зачатки процесса почвообразования в виде специфической коры выветривания на фосфогипсовом субстрате. Слой сильновыветрелого фосфогипса имеет мощность около 1 см, а слой фосфогипса, подверженного изменениям (которые диагностируются по изменению его окраски и другим визуальным признакам) – 5-10 см (в местах произрастания растительности). В лиственном опаде (подстилке) обнаружены личинки насекомых, муравьи, низшие бескрылые жуки, паукообразные.

An ecosystem with a fragmentary tree–shrub layer, a continuous herbaceous layer, a litter horizon, and an animal population (a complex of invertebrates) is formed on the dumps within 20–30 years. Succession proceeds at the highest rate at the base of dumps, where conditions are relatively favorable (a small thickness of phosphogypsum crust and the optimal level of the water table).

На самых старых участках отвалов биомасса подстилочной мезофауны составляет 100-300 мг/м² (личинки насекомых – 49,5%; муравьи – 25,9%; жуки – 5,3%). В экологической структуре доминируют сапрофаги (55,0% биомассы).

The biomass of invertebrates ranges from 100-300  mg/m² (larvae of insects 49,5%, ants 25,9%, beetles 5,3%). In the ecological structure, saprophages become dominant (55,0% of the biomass).

Для изучения сукцессионных процессов нами был построен эколого-генетический ряд, представляющий отвалы различного возраста: 0-10 лет (1-я стадия); 10-20 лет (2-я стадия); более 20 лет (3-я стадия).

To study succession in the dumpsite, we constructed an ecological-genetic series including plots on dumps of different ages: up to 15 years (stage 1), 15–30 years (stage 2), and more than 30 years (stage 3).

Изменение различных показателей по градиенту возраста отвалов приводятся на рисунках.

Change of various indicators on a gradient of age of dumps are resulted in drawings.

Общее проективное покрытие растительности в нижней части склона (в %).

Coverage of herbaceous layer ( %)

Численность подроста деревьев в нижней части склона (штук на га)

Density of young tree growth (ind./ha)

Мощность подстилки в нижней части склона (см)

Litter thickness (cm)

Численность почвенной мезофауны в нижней части склона (экз./м²)

Population density of soil macrofauna (ind./m²)

Исследования показывают, что несмотря на экстремальные условия среды, растительность постепенно заселяет отвалы и идет развитие сукцессионного процесса.

Так неземной ландшафт становится земным.

Более научно и подробно об этом:

Gusev A.P. Primary succession on phosphogypsum Dumps (Gomel Chemical Plant, Belarus) // Russian Journal of Ecology. – 2006. - Vol. 37. №3. – PP. 210-212.

Гусев А.П. Первичная сукцессия на отвалах фосфогипса (Гомельский химический завод, Белоруссия) // Экология. – 2006. – №3. – С. 232-235.

Гусев А.П. Экологическая сукцессия в техногенном ландшафте // Вестник Витебского государственного университета. – 2002. - №3 (25). – С. 134-138.