Способ природоохранной рекультивации отвалов горнодобывающих предприятий

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при природоохранном направлении биологической (лесной) рекультивации отвалов вскрышных пород горнодобывающих предприятий, ориентировано на восстановление лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений. Способ природоохранной рекультивации отвалов горнодобывающих предприятий включает: частичное выполаживание отвала, формирование микрорельефа, нанесение плодородного почвенного слоя, высаживание деревьев и кустарников биогруппами в шахматном порядке с засевом открытых пространств травосмесями с обязательным включением бобовых. Изобретение обеспечивает создание на отвалах природоподобных лесных фитоценозов таежной зоны бореального подцарства, формирующих благоприятные защитные и кормовые условия, необходимые фаунистическому компоненту восстанавливаемой экологической системы, в том числе крупным животным, охотничье-промысловым птицам и растительноядным млекопитающим.

 

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при природоохранном направлении биологической (лесной) рекультивации отвалов вскрышных пород горнодобывающих предприятий, ориентировано на восстановление лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений.

Известные способы биологической рекультивации отвалов вскрышных пород, направленные на восстановление нарушенных экосистем, не принимают во внимание фаунистический компонент биоценоза, для представителей которого необходимо воссоздать кормовые и защитные условия с целью возможности их успешного расселения и размножения на рекультивированных территориях. Так известен способ создания устойчивых лесных экосистем на отвалах, образованных при разработке угольных месторождений открытым способом (патент RU 2731345). Наиболее близким к заявленному патенту является способ восстановления экосистем, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (патент RU 2682040).

Недостатками представленных способов восстановления экосистем являются отсутствие в них проработки экологических факторов воссоздаваемого фитоценоза с позиции формирования кормовых и защитных условий, необходимых фаунистическому компоненту экологической системы, в связи с чем представленные способы рекультивации не удовлетворяют современным требованиям ГОСТ-5 7446-2017 (Наилучшие доступные технологии. Рекультивация нарушенных земель и земельных участков. Восстановление биологического разнообразия), который определяет приоритет восстановления биологического разнообразия по образцу природных сообществ. Так же в соответствии с ГОСТ-5 7446-2017 одним из направлений рекультивации является природоохранное, которое до настоящего времени не используется.

В основу настоящего изобретения положена задача восстановления на отвалах биологического разнообразия по образцу природных сообществ таежной зоны бореального подцарства.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Планируют отвалы вскрышных пород, а именно подвергают их частичному выполаживанию, заключающемся в срезке вершины отвала и формированию выположенного склона южной и юго-западной экспозиции, с северной и северо-восточной сторон отвала так же формируют выположенный склон, либо широкие террасы. Во всех случаях предусматривают формирование микрорельефа в виде незначительных возвышений и понижений, способных выполнять функции частичного затенения и аккумулирования влаги.

После планировки отвала на его вершину и склоны наносят плодородный почвенный слой мощностью 50-100 см. Именно такая мощность почвенного слоя позволит переживать неблагоприятные зимние условия различным герпетобионтам, а так же обеспечить приживаемость большего разнообразия древесно-кустарниковых растений.

При нехватке снятых и складированных при разработке угольного месторождения почвогрунтов для нанесения на всю поверхность отвала, гумусовый горизонт в обязательном порядке наносится на северный и северо-восточный склоны и в основании всего отвала.

Исходя из биологии объектов животного мира, характерных для региона расположения отвала, формируется биотоп, способный выполнять защитные и кормовые функции. Это производится следующим образом.

Южный и юго-западный склоны подвергаются наиболее сильной солнечной инсоляции, вершина отвала дополнительно подвержена значительной ветроударной нагрузке, из-за чего здесь отмечается самая низкая приживаемость саженцев деревьев. Поэтому, с учетом низкой влагоудерживающей способности отвала, на южном и юго-западном склонах, а так же вершине обвала высаживают ксерофильные виды кустарников, способные расти на каменистом субстрате: карагана кустарниковая Caragana frutex (L.) С.Koch; спирея (таволга) зверобоелистная Spiraea hypericifolia L. и кизильник черноплодный Cotoneaster melanocarpus Fisch. ex Blytt. Отдельные участки этой же экспозиции можно засаживать облепихой крушиновидной Hippophae rhamnoides L. без примеси других кустарников. Несмотря на то, что это растение не является аборигенным видом, его можно рассматривать как кормовое для животных, так как плоды облепихи активно поедаются зимующими птицами, в том числе тетеревами. Из деревьев высаживают наиболее экологически пластичные породы: сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., лиственница сибирская Larix sibirica Ledeb., береза повислая Betula pendula Roth.

Способ посадки кустарников - группами в виде куртин с плотностью 10-15 тыс. саженцев/га. Площадь каждой куртины от 25 кв. м до 150 кв. м.

Пространство между куртинами кустарников засеивают травосмесью с долей бобовых от 20 до 30%. Это обусловлено тем, что именно бобовые растения являются основным источником растительного белка в кормовой базе. Ширина открытого пространства между куртинами кустарников 7-10 м.

Состав травосмеси - ксерофитные травы: овсяница ложноовечья Festuca pseudovina Hack. ex Wiesb., тонконог (келерия) гребенчатый Koeleria cristata (L.) Pers., астрагал датский Astragalus danicus Retz., донник лекарственный Melilotus officinalis (L.) Pall., донник белый Melilotus albus Medik., чина клубневая Lathyrus tuberosus L. Допустимо к основе травосмеси добавлять семена других аборигенных травянистых растений соответствующей экологической группы.

Деревья на южной и юго-западной экспозиции высаживают в понижениях рельефа и в нижней части отвала, поскольку там происходит аккумуляция влаги. Береза повислая, лиственница и сосна обыкновенная высаживаются в равных пропорциях, при этом хвойные участки должны сменяться смешанными. В конечном результате плотность посадки участков с деревьями должна составлять 2-3 тыс. саженцев/га, при этом на этих участках 50-70% посадочных мест должны быть представлены кустарниками. Деревья высаживают участками в шахматном порядке по отношению к группам кустарников.

При такой схеме посадки кустарниковые заросли формируемого биотопа способствуют успешному гнездованию воробьинооразных птиц, открытые пространства между кустарниками позволят растительноядным животным свободно подходить к зарослям кустарников, а густота посадок не позволит их полностью выедать. Разреженный лес с хорошей инсоляцией наиболее продуктивен для животных, питающихся зимой семенами и ветвями этих деревьев, так как именно отдельно стоящие деревья характеризуются максимальной пищевой ценностью по сравнению с таковыми в перегущенных монопосадках.

Северный и северо-восточный склоны характеризуются меньшей солнечной инсоляцией, чем южный и юго-восточный, потому подходят для высадки темнохвойных пород коренной черневой тайги. В верхней части северного и северо-восточного склонов отвала высаживают: сосну обыкновенную Pinus sylvestris L., лиственницу сибирскую Larix sibirica Ledeb., березу повислую Betula pendula Roth. В средней и нижней части северного и северо-восточного склона высаживают темнохвойные породы деревьев: ель сибирская Picea obovata Ledeb., пихта сибирская Abies sibirica Ledeb. и сосна сибирская Pinus sibirica Du Tour. Из лиственных пород высаживают: осину Populus tremula L. и березу белую Betula pubescens Ehrh. Береза повислая, сосна обыкновенна и лиственница сибирская также могут всаживаться, но они не должны являться доминантами. В рассматриваемой экспозиции высаживают кустарники, пригодные к такому местообитанию: боярышник кроваво-красный Crataegus sanguinea Pall., жимолость обыкновенная Lonicera xylosteum L., жимолость алтайская Lonicera altaica Pall., жимолость татарская Lonicera tatarica L., ива Бебба Salix bebbiana Sarg., ива козья Salix caprea L., карагана древовидная Caragana arborescens Lam., кизильник черноплодный, рябина сибирская Sorbus sibirica Hedl., смородина колосистая Ribes spicatum Robson., таволга дубров ко листная Spiraea chamaedrifolia L., таволга средняя Spiraea media Franz Schmidt, шиповник иглистый Rosa acicularis Lindl., шиповник майский Rosa majalis Herrm., бузина сибирская Sambucus sibirica Nakai, черемуха Padus avium Mill.

Способ посадки предполагает создание небольших еловых и пихтовых куртин (по 15-25 деревьев без добавления кустарникового яруса), примыкающих к смешанным посадкам, в которых доля кустарников колеблется от 50 до 90%. Общая плотность посадки деревьев и кустарников должна составлять 2-2,5 тыс. посадочных мест/га.

Способ посадки деревьев, смешанных посадок и кустарников так же имеет шахматную структуру.

Формируемые еловые и пихтовые куртины, смешанные посадки и кустарниковые заросли должны примыкать к полянам, то есть поляны должны быть окружены различными типами насаждений. Диаметр полян выполняют в 1-2 высоты окружающего древостоя, то есть порядка 20-50 м. Поляны организуют таким образом, что их общая площадь составляет 20-40% всех насаждений.

Пространство между деревьями засеивают травосмесью с долей бобовых от 20 до 30%. Это обусловлено тем, что именно бобовые растения являются основным источником растительного белка в кормовой базе. Основа травосмеси: кострец безостый Bromopsis inermis (Lyss.) Holub., мятлик луговой Роа pratensis L., овсяница красная Festuca rubra L., ежа сборная Dactylis glomerata L., мятлик узколистный Роа angustifolia L., тимофеевка луговая Phleum pratense L., горошек мышиный Vicia cracca L., клевер ползучий Trifolium repens L., люцерна хмелевидная Medicago lupulina L., люцерна серповидная Medicago falcata L., чина луговая Lathyrus pratensis L., донник лекарственный, донник белый, астрагал датский, чина клубневая, клевер люпиновый Trifolium lupinaster L.

При такой высадке растений еловые и пихтовые куртины выполняют защитную роль для таежных зверей и птиц. Примыкающие лесные поляны служат кормовыми стациями, так как именно на них находятся места летних жировок зверей и птиц. Разреженные леса с развитым плодово-ягодным кустарниковым ярусом крайне необходимы животным для питания осенью, зимой и ранней весной. Кустарниковые заросли активно используются воробьинообразными птицами для гнездования.

При создании кормовых условий для животных, особое значение имеют водоемы как места водопоя и кормежки. Так же для расселения околоводных животных на территории отвала необходимо создать благоприятные водные биотопы. Водопой реализуют на местах затопленных карьеров. Для нормального подхода животных берега карьера выполаживают, а ширину берега должна быть достаточной для произрастания достаточного количества околоводной растительности. Поэтому от уреза воды планируемого водоема на ширину от 30 м до 50 м организуют плавное повышение рельефа не более, чем на 1 м. В подводной части карьера на ширину не менее 15 м от уреза воды выполняют плавное понижение дна на глубину до 2 м. Далее начинается глубоководная часть карьера. Не более 1/4 всей береговой линии может быть представлена в виде крутого обрыва.

30-50% подходов к карьеру окружают посадками гигрофильных деревьев и кустарников, таких как различные виды ив Salix L.: ива шерстистопобеговая Salix dasyclados Wimm., ива трехтычинковая Salix triandra L., ива корзиночная Salix viminalis L. Их высаживают вокруг водоема только с одной стороны карьера в 3-6 рядов с плотностью 2-3 тыс. саженцев/га.

Основа высеянной травосмеси на подходах к водоему аналогична основе для северного и северо-восточного склонов.

При таком размещении посадок кустарниковые заросли части береговой линии способствуют созданию защитных условий для околоводных зверей и птиц, которые могут найти в них укрытие и места для размножения. Мелководная выположенная прогреваемая часть карьера способствует расселению водной растительности и животных, которые, в свою очередь, выступают пищевым ресурсом для околоводных животных. Наличие большого объема воды в глубоководной части карьера препятствует развитию процессов эвтрофикации водоема. Наличие полого открытого подхода к водоему обеспечивает свободный подход животных на водопой. На пологих берегах происходит частичное заболачивание, и в дальнейшем образуются травяные болота и сырые луга, летом выполняющих кормовую функцию.

Пример 1. Изобретение реализовано на территории «Моховского угольного разреза» - филиала АО "УК "Кузбассразрезуголь", а именно на Моховском поле площадью 6,0 га и Караканском поле площадью 18,0 га.

На отвале Моховского поля проведено частичное выполаживание: срезана вершина отвала, выположены склоны южной, юго-западной, северной и северо-восточной экспозиции. На вершине и склонах сформирован микрорельеф в виде незначительных возвышений и понижений для частичного затенения и аккумулирования влаги.

Далее на вершину и склоны отвала нанесли плодородный почвенный слой мощностью 70 см.

На вершине, а также южном и юго-западном склоне высажены в произвольном соотношении: карагана кустарниковая Caragana frutex (L.) С. Koch; спирея (таволга) зверобоелистная Spiraea hypericifolia L. и кизильник черноплодный Cotoneaster melanocarpus Fisch. ex Blytt. Из деревьев высажены: сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., лиственница сибирская Larix sibirica Ledeb., береза повислая Betula pendula Roth.

Способ посадки кустарников - группами в виде куртин с плотностью 15 тыс. саженцев/га. Площадь каждой куртины от 25 кв. м до 150 кв. м.

Пространство между куртинами кустарников засеивают травосмесью. Ширина открытого пространства между куртинами кустарников 10 м. Состав травосмеси: доля бобовых 30%, остальное - в произвольном соотношении - овсяница ложноовечья Festuca pseudovina Hack. ex Wiesb., тонконог (келерия) гребенчатый Koeleria cristata (L.) Pers., астрагал датский Astragalus danicus Retz., донник лекарственный Melilotus officinalis (L.) Pall., донник белый Melilotus albus Medik., чина клубневая Lathyrus tuberosus L.

Деревья на южной и юго-западной экспозиции высажены в созданных при выполаживании понижениях рельефа и в нижней части отвала, поскольку там происходит аккумуляция влаги. Береза повислая, лиственница и сосна обыкновенная высажены в равных пропорциях, при этом хвойные участки перемежаются смешанными. Плотность посадки участков с деревьями составляет 3 тыс. саженцев/га, при этом на этих участках 60% посадочных мест отведено кустарникам. Деревья высаживают участками в шахматном порядке по отношению к группам кустарников

В верхней части северного и северо-восточного склонов отвала высадили: сосну обыкновенную Pinus sylvestris L., лиственницу сибирскую Larix sibirica Ledeb., березу повислую Betula pendula Roth. В средней и нижней части северного и северо-восточного склона - ель сибирская Picea obovata Ledeb., пихта сибирская Abies sibirica Ledeb. и сосна сибирская Pinus sibirica Du Tour. Из лиственных пород - осину Populus tremula L. и березу белую Betula pubescens Ehrh. Высажены кустарники: боярышник кроваво-красный Crataegus sanguinea Pall., жимолость обыкновенная Lonicera xylosteum L., жимолость алтайская Lonicera altaica Pall., жимолость татарская Lonicera tatarica L., ива Бебба Salix bebbiana Sarg., ива козья Salix caprea L., карагана древовидная Caragana arborescens Lam., кизильник черноплодный, рябина сибирская Sorbus sibirica Hedl., смородина колосистая Ribes spicatum Robson., таволга дубров ко листная Spiraea chamaedrifolia L., таволга средняя Spiraea media Franz Schmidt, шиповник иглистый Rosa acicularis Lindl., шиповник майский Rosa majalis Herrm., бузина сибирская Sambucus sibirica Nakai, черемуха Padus avium Mill.

Деревья высажены по 15-25 единиц без добавления кустарникового яруса еловыми и пихтовыми куртинами, примыкающими к смешанным посадкам, в которых доля кустарников составляет от 50 до 90%. Общая плотность посадки деревьев и кустарников составляет 2-2,5 тыс.посадочных мест/га. Способ посадки деревьев, смешанных посадок и кустарников так же имеет шахматную структуру, при этом эти посадки примыкают к полянам, чья общая площадь составляет 20-40% всех насаждений. Диаметр полян выполнен в 20-50 м. На полянах высеяна травосмесь, в которой доля бобовых 30%), остальное в произвольном соотношении: кострец безостый Bromopsis inermis (Lyss.) Holub., мятлик луговой Роа pratensis L., овсяница красная Festuca rubra L., ежа сборная Dactylis glomerata L., мятлик узколистный Роа angustifolia L., тимофеевка луговая Phleum pratense L., горошек мышиный Vicia cracca L., клевер ползучий Trifolium repens L., люцерна хмелевидная Medicago lupulina L., люцерна серповидная Medicago falcata L., чина луговая Lathyrus pratensis L., донник лекарственный, донник белый, астрагал датский, чина клубневая, клевер люпиновый Trifolium lupinaster L.

Пример 2. На отвалах Караканского поля проведены аналогичные операции примеру 1. У расположенного на рассматриваемой территории затопленного карьера были выполажены берега, при этом от уреза воды на ширину 50 м организовано плавное повышение рельефа на 1 м. В подводной части карьера на ширину 15 м от уреза воды выполнено плавное понижение дна на глубину до 2 м.

40% подходов к карьеру окружили посадками гигрофильных деревьев и кустарников в различном соотношении: ива шерстистопобеговая Salix dasyclados Wimm., ива трехтычинковая Salix triandra L., ива корзиночная Salix viminalis L. Их высадили вокруг водоема только с одной стороны карьера в 5 рядов с плотностью 3 тыс. саженцев/га.

Основа высеянной травосмеси на подходах к водоему аналогична основе для северного и северо-восточного склонов.

Эффективность предлагаемого способа природоохранной рекультивации отвалов горнодобывающих предприятий обеспечивается за счет:

- Создания на отвалах фитоценозов, способных удовлетворить защитные и кормовые потребности фаунистического компонента биоценоза.

- Повышение эколого-биологической ценности рекультивируемых земель отвалов за счет восстановления на них экосистем.

- Ускорение перевода рекультивируемых земель в категорию земель запаса, рекреационных зон, особо охраняемых природных территорий или охотничьих угодий.

- Посадки растений по схеме, обеспечивающей создание оптимальных условий обитания растительноядным охотничье-промысловым видам животных.

- При посадке растений учитываются экологические факторы структуры отвалов на южных и северных склонах, что обеспечивает восстановление на отвалах экологически более сбалансированных экосистем.

- Сохранения и увеличения популяций объектов животного мира, характерных для региона расположения отвала.

- Высокое разнообразие высаживаемых растений способствует формированию более устойчивой экосистемы, как в рамках природоохранной деятельности, так и в перспективе ведения охотничьего хозяйства.

Таким образом, достигается общий технический результат - создание на отвалах природоподобных лесных фитоценозов таежной зоны бореального подцарства, обеспечивающих формирование благоприятных защитных и кормовых условий, необходимых фаунистическому компоненту восстанавливаемой экологической системы, в том числе крупным животным, охотничье-промысловым птицам и растительноядным млекопитающим.

Способ природоохранной рекультивации отвалов горнодобывающих предприятий, включающий нанесение на отвалы потенциально плодородного почвенного слоя, высадку растений, отличающийся тем, что проводят срез вершины отвала, выполаживание склонов отвала южной, юго-западной, северной и северо-восточной экспозиции с формированием микрорельефа, наносят плодородный почвенный слой мощностью 50-100 см, на вершине, южном и юго-западном склонах высаживают кустарники куртинами с плотностью 10-15 тыс. саженцев/га и площадью каждой куртины 25-150 кв.м, с шириной открытого пространства между куртинами 7-10 м в произвольном соотношении: карагана кустарниковая Caragana frutex L. C. Koch; спирея -таволга зверобоелистная Spiraea hypericifolia L., кизильник черноплодный Cotoneaster melanocarpus Fisch. ex Blytt и/или монокультуру облепихи крушиновидной Hippophae rhamnoides L.; высаживают деревья в процентном соотношении к кустарникам от 50:50 до 30:70 хвойными и смешанными участками плотностью 2-3 тыс. саженцев/га в понижениях рельефа и в нижней части отвала в шахматном порядке по отношению к куртинам кустарников, в равных пропорциях: сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., лиственница сибирская Larix sibirica Ledeb., берёза повислая Betula pendula Roth; пространство между куртинами кустарников засеивают травосмесью, в которой доля бобовых 20-30%, остальное – в произвольном соотношении: овсяница ложноовечья Festuca pseudovina Hack. ex Wiesb., тонконог - келерия гребенчатая Koeleria cristata L. Pers., астрагал датский Astragalus danicus Retz., донник лекарственный Melilotus officinalis L. Pall., донник белый Melilotus albus Medik., чина клубневая Lathyrus tuberosus L.; в верхней части северного и северо-восточного склонов отвала высаживают деревья: сосну обыкновенную Pinus sylvestris L., лиственницу сибирскую Larix sibirica Ledeb., берёзу повислую Betula pendula Roth; в средней и нижней части северного и северо-восточного склонов – ель сибирскую Picea obovata Ledeb., пихту сибирскую Abies sibirica Ledeb., сосну сибирскую Pinus sibirica Du Tour, осину Populus tremula L., берёзу белую Betula pubescens Ehrh; при этом деревья высаживают по 15‒25 единиц без добавления кустарникового яруса еловыми и пихтовыми куртинами, примыкающими к смешанным посадкам, в которых доля кустарников составляет от 50 до 90%, высаживают кустарники: боярышник кроваво-красный Crataegus sanguinea Pall., жимолость обыкновенная Lonicera xylosteum L., жимолость алтайская Lonicera altaica Pall., жимолость татарская Lonicera tatarica L., ива Бебба Salix bebbiana Sarg., ива козья Salix caprea L., карагана древовидная Caragana arborescens Lam., кизильник черноплодный, рябина сибирская Sorbus sibirica Hedl., смородина колосистая Ribes spicatum Robson., таволга дубровколистная Spiraea chamaedrifolia L., таволга средняя Spiraea media Franz Schmidt, шиповник иглистый Rosa acicularis Lindl., шиповник майский Rosa majalis Herrm., бузина сибирская Sambucus sibirica Nakai, черёмуха Padus avium Mill, общая плотность посадки деревьев и кустарников составляет 2‒2,5 тыс. посадочных мест/га, деревья, смешанные посадки и кустарники высаживают в шахматном порядке, выполняют поляны диаметром 20‒50 м общей площадью 20‒40% всех насаждений, на которых высевают травосмесь с долей бобовых 20-30%, остальное в произвольном соотношении: кострец безостый Bromopsis inermis (Lyss.) Holub., мятлик луговой Poa pratensis L., овсяница красная Festuca rubra L., ежа сборная Dactylis glomerata L., мятлик узколистный Poa angustifolia L., тимофеевка луговая Phleum pratense L., горошек мышиный Vicia cracca L., клевер ползучий Trifolium repens L., люцерна хмелевидная Medicago lupulina L., люцерна серповидная Medicago falcata L., чина луговая Lathyrus pratensis L., донник лекарственный, донник белый, астрагал датский, чина клубневая, клевер люпиновый Trifolium lupinaster L., у затопленных карьеров выполаживают берега, организуя плавное повышение рельефа на 1 м от уреза воды на ширину 30-50 м, в подводной части карьера на ширину 15 м от уреза воды выполняют плавное понижение дна на глубину до 2 м, 30‒50% подходов к карьеру окружают посадками деревьев и кустарников в различном соотношении: ива шерстистопобеговая Salix dasyclados Wimm., ива трёхтычинковая Salix triandra L., ива корзиночная Salix viminalis L., высаживая их вокруг водоёма только с одной стороны карьера в 3‒6 рядов с плотностью 2‒3 тыс. саженцев/га, на подходах к водоему высевают травосмесь составом, аналогичным для северного и северо-восточного склонов.