Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

На территории Донбасса более 200 лет производится добыча угля шахтным способом. Кроме угля из шахт извлекается большое количество пустой породы, которая складируется в отвалы. Их на территории региона более 1500. Каждый из них занимает площадь от 20000 до 100000 м, имеет высоту 50–100 м и более, угол откоса до 40°. Вредное воздействие породных отвалов угольных шахт на окружающую среду исследовано многими авторами. Отвалы угольных шахт горят, пылят, эродируют, радиоактивны. В результате физического и химического выветривания порода разрушается, превращается в пыль и вместе с горючими газами и очагом горения является одним из основных источников загрязнения атмосферы и ухудшения санитарного состояния городов и рабочих поселков угледобывающих шахт.

Одним из способов снижения вредного воздействия является озеленение терриконов с помощью лесных насаждений. Лесные насаждения позволяют зарегулировать поверхностный сток и сократить эрозионные процессы на поверхности отвалов. Однако исследований по этому вопросу очень мало. При выпадении ливня на сухую почву решающую роль играет водопроницаемость в начальный период впитывания, а при предварительном увлажнении верхнего слоя породы до полного насыщения более существенной становится впитывающая способность породы в фазе стабилизации. Если интенсивность ливня превышает интенсивность впитывания, возникает сток воды и водная эрозия, если не превышает — эрозии не будет. Водная эрозия на терриконах характеризуется катастрофическим размером. Ее результатом на изучаемых отвалах стал вынос с каждого гектара их поверхности в окружающую среду от 2568 до 3450 тонн породы, содержащей многие небезопасные компоненты. Снизить активность водной эрозии на терриконах можно управляя водопроницаемостью породы по отношению к ливневым осадкам и талым водам, которая в большой степени зависит от наличия на отвалах древесной растительности. Создавая искусственные насаждения и способствуя развитию самосевной древесной растительности можно полностью остановить эрозионные процессы на отвалах [1].

Как видно из приведенного выше, складирование шахтных пород в отвалы приводит к ряду проблем, а именно выделение в окружающую среду вредных веществ, образование большого количества пыли, отторжение земель пригодных для сельскохозяйственной деятельности и строительства, ухудшение санитарного состояния города, эрозия и множество других. По этим причинам проблема породных отвалов остается быть актуальной и требует вмешательства специалистов. Цель работы — исследовать антропогенные фитоценозы породных отвалов шахты № 6/14 и шахты № 5–6. В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

1. Актуальность озеленения породных отвалов шахт

1.1 Озеленение породных отвалов шахт как один из основных этапов рекультивации породных отвалов

Озеленение породных отвалов шахт это одна из составляющих рекультивации — комплекса мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель. Озеленение относится к биологическому этапу рекультивации. При подготовке к озеленению ориентируются на ассортимент растений, предложенный институтом–разработчиком проекта рекультивации. Это должны быть экологически устойчивые виды местной флоры. Такие виды х орошо известны для любого региона, так как в данном направлении много лет проводятся научные эксперименты и исследования. Заказчик может выбрать из предложенного списка те виды, закупка которых возможна и целесообразна в данный момент. Для озеленения породных отвалов используют семена многолетних трав (исходя из нормы 40–50 кг семян на гектар), сеянцы древесно-кустарниковых пород (4500–5000 шт). Агротехника посадок и посевов — обычная.

Как правило, озеленение породных отвалов не удается провести в один сезон. Рекомендуется делать это весной (не под зиму), т. к. осенью и зимой микроклимат породных отвалов необычайно ужесточается. Посадочный материал может попросту вымерзнуть, вымокнуть, вымыться потоками дождевой и талой воды и т. п. Бывают особые случаи. Например, еще на подготовительном этапе выясняется, что породные отвалы успели самопроизвольно сформировать растительный покров. Если оказывается, что этот покров отвечает или будет отвечать в ближайшие годы цели рекультивации (лесной или санитарно–гигиенической), то она может вообще не производиться. Заключение о наличии именно такого растительного покрова составляет институт, работающий по договору с предприятием. Разумеется, растительность породных отвалов должна быть изучена специалистами по геоботанике (экологии растений). Исходя из списка обнаруженных видов растений, их обилия, встречаемости, проективного покрытия, стадии сукцессии (т. е. фазы формирования в направлении естественной для данной зоны растительности) может быть сделан вывод о нецелесообразности озеленения. Институт предоставляет предприятию документ, на основании которого предприятие освобождается от проведения рекультивационных работ по причине наличия на породных отвалах спонтанно сформированного растительного покрова зонального типа [2].

1.2 Обоснование необходимости озеленения породных отвалов

Актуальность озеленения породных отвалов не подлежит сомнению. Население Земли стремительно увеличивается, потребности людей растут, а источником материальных благ и энергетической базой по–прежнему остается биосфера. Основная ценность в ней — земля, т. е. территория, пригодная для какого–либо хозяйственного использования — от добычи ископаемых и строительства жилья до возделывания сельскохозяйственных культур [2]. Рекультивация и озеленение породных отвалов дает множество положительных результатов, в том числе: устранение негативного влияния породных отвалов на ОПС, возможность использования территории отвала для сельскохозяйственных угодий, возможность создания рекреационных зон, таких как парки, горнолыжные спуски, а так же множество других. Таким образом, актуальность озеленения обусловлена тем, что она обеспечивает: создание новых продуктивных площадей земельного фонда, вовлечение в хозяйственный оборот малопродуктивных и непродуктивных земель, устранение негативного воздействия нарушенных земель на окружающую среду.

2. Антропогенные фитоценозы

В данном разделе хочу рассмотреть, что же такое антропогенные фитоценозы и обосновать выбор моей темы. Антропогенный фитоценоз — растительное сообщество, существующее в пределах одного биотопа, сформировавшееся в результате вмешательства человека. Характеризуется относительной однородностью видового состава, определённой структурой и системой взаимоотношений растений друг с другом и с внешней средой. Формирование фитоценозов происходит на первично свободных участках земной поверхности, так как шахтная порода в прошлом не заселялись растениями и не содержат их зачатков.

Антропогенные фитоценозы имеют большое влияние на среду, так как они меняют тепловой, световой, воздушный режимы и режим влажности среды. Динамика видового разнообразия в антропогенных фитоценозах определяется в большей степени почвенно–климатическими условиями [3]. Изучение функционирования антропогенных фитоценозов приобрело в настоящее время не только теоретическое, но и практическое значение. Для практики рационального использования актуально исследование природных механизмов, обеспечивающих устойчивость экосистем, определение степени близости конкретных экосистем к критическому переходу и прогнозирование возможности структурных изменений, т. е. выпадение из экосистемы видов, или изменение их роли в биогеоценозе и соответствующего перераспределения биомассы между компонентами в фитоценозе.

3. Антропогенные фитоценозы породных отвалов. Обоснование выбора объектов изучения

В качестве объектов изучения я выбрала породные отвалы шахты № 5–6 и шахты № 6/14, так как они являются наиболее доступными для исследований и имеют сформированные фитоценозы. Так же эти отвалы прошли этапы рекультивации, в том числе и озеленение, и имеют достаточно разнообразные виды растительности.

3.1 Породный отвал шахты № 5–6

Отвал шахты № 5–6 начал эксплуатироваться в 1915 г., а остановлен был 1967 г., после 52 лет эксплуатации, исключая период ВОВ и послевоенного восстановления (1941–1954 гг.). Первоначально отвал имел 4 конусных вершины высотой до 48 м, общий объем породы составлял более полутора миллионов тонн. Площадь основания: 58000 м, объем отходов — 900 тыс. м. Горение отмечалось отдельными участками с самого начала отсыпки. Отвал шахты № 5–6 оказался первым отвалом в СССР (и, возможно, в мире), на котором был в полном объеме осуществлен первый этап рекультивации — горнотехнический. Проект тушения и переформирования отвала был выполнен спецуправлением по тушению, профилактике горения и рекультивации ПО «Донецкуголь», а проект террасирования, выполаживания склонов и озеленения — Донецким ботаническим садом [4].

Технический этап рекультивации начался в 1976 г., после тушения отвала, и предусматривал переформирование со снятием конических вершин. При переформировании высота отвала уменьшилась на 20 м, было создано общее плато площадью более 9000 м. На плато обнажились небольшие останцы — массивы спекшейся при горении породы, которые не были разрушены. Откосы отвала из–за сброса породы вершин оказались слишком крутыми (более 38°), что частично было устранено в ходе последующих работ. Механическая и санитарно-защитная зоны вокруг отвала не устанавливались, поэтому он оказался в центре жилой и административной застройки.

Породный отвал шахты 5–6

Рисунок 1 — Породный отвал шахты 5–6

На плоскую вершину и террасы в том же 1976 г. был завезен грунт и распределен слоем толщиной 0,2–0,8 м. Весной 1977 г. были произведены первые посадки 6670 стандартных сеянцев робинии ложноакации (белой акации). В ходе наблюдений был отмечен лучший рост растений на участках с потенциально-плодородным слоем. Улучшение роста растений отмечалось и на откосах при переносе глины осадками с плато и террас на нижележащие участки. Средняя приживаемость сеянцев составила в 1977 г. 84 % [5].

В 1978 году было дополнительно высажено 12000 сеянцев того же вида. Также был проведен посев трав на площади более 30400 м (вершина и террасы). Применялись бобово–злаковые смеси и чистые посевы для испытания различных вариантов. Использовались донник, пырей, колосняк, житняк, клевер, различные виды люцерны. Было отмечено, что средняя приживаемость сеянцев древесных пород снизилась по сравнению с предыдущим годом вследствие неблагоприятных погодных условий и составила 62 %. Прирост деревьев колебался в зависимости от условий, в частности, химизма породы, так как развивающиеся эдафотопы отвала находились частично на стадии окисления [6]. При этом нанесение экранирующего слоя суглинка снижало активность процессов окисления и улучшало механический состав каменистой породы. В дальнейшем на отвале производились опытные посадки для испытания новых фиторекультивантов. К процессу озеленения привлекалась общественность, например, в ходе весенних субботников 1979 г. комсомольцы шахты им. М.И. Калинина и учащиеся 9–10 классов г. Донецка под руководством специалистов Донецкого ботанического сада высадили около 20000 саженцев.

В 90 х годах часть северного склона отвала была разобрана и вывезена. Освободившаяся площадь была отведена под постройку центра реабилитации шахтеров. Выполаживание образовавшихся при этом склонов до углов менее 20° привело к быстрому формированию на них растительности. Часть выросших деревьев робинии ложноакации представляет собой корневую поросль от поврежденных старых насаждений. За счет пологих склонов северной экспозиции, благоприятной по гидротермическим условиям, молодой растительный покров этого участка по защитно-мелиоративным свойствам не уступает самым старым насаждениям на других склонах отвала.

В настоящее время произошло самоизреживание посадок — первоначальные посадки производились с расчетом именно на то, что избыточная густота растительности быстро остановит эрозию и запустит процесс почвообразования, а в дальнейшем самопроизвольно снизится. Наблюдается также массовое самозаселение растений с прилегающих территорий, что типично для отвалов даже в высокоурбанизированных районах [7] и самовозобновление большинства видов высаженных фиторекультивантов. На новообразованном северном склоне, однако, образовался участок, до сих пор почти лишенный растительности. В зимнее время этот участок используется жителями окрестностей как снежная горка.

В одном из проектов рекультивации предполагалось создать на отвале парково-рекреационную зону с аттракционами. Проект так и не был реализован, но в настоящее время использование отвала населением для рекреации идет неорганизованным образом. Этот фактор также способствуют заносу на отвал новых видов растений. Вероятно, именно таким образом на плоском верху отвала появились такие растения, как грецкий орех, абрикос, слива, черешня, груша и виноград. Созданные в ходе рекультивации насаждения и посевы составляют основу растительных сообществ на отвале и в настоящее время. Деревья достигают высоты 8 м, регулярно плодоносят. Травянистые растения за долгие годы перераспределились по поверхности отвала и занимают открытые места и опушки древесных посадок. На обломках породы летом 2015 г. были обнаружены разрастания лишайников — общеизвестных индикаторов чистоты воздуха, не встречающихся в окружающей промышленно-селитебной зоне. В зоне спекшегося каменного останца в центре отвала зимой регулярно отмечались гнездования птиц семейства вороновых.

Экспериментальные посадки растений на отвале производятся сотрудниками Донецкого ботанического сада до настоящего времени. В частности, на этом отвале созданы экспериментальные популяции иссопа лекарственного и качима скорзонеролистного, что наряду с другими опытами позволило рекомендовать эти виды для стандартной методики рекультивации шахтных отвалов [6]. Интерес представляют и самопоселяющиеся растения, например, раннецветущие [7], показывающие возможность включения таких техногенных территорий в природные биогеоценотические циклы. Испытываются также новые виды фитомелиорантов (например, дуб красный), перспективные для повышения декоративных качеств насаждений породных отвалов в городской зоне с целью приближения их в этом отношении к парково-рекреационным зонам. Учитывая положение отвала в центральной части города и отсутствие вокруг парковых массивов, такое направление развития растительного покрова отвала представляется предпочтительным.

3.2 Породный отвал шахты 6/14

Рекультивированные (тем более успешно рекультивированные) отвалы встречаются в Донбассе не так часто. С целью оценки состояния антропогенных фитоценозов в вегетационный период 2015 г. нами был обследован один из них. Отвал закрытой шахты № 6–14 комбината «Макеевуголь» был сформирован из двух перегоревших высоких (до 72 м) конических отвалов в 1975–1976 г. с понижением до 40 м путем снятия вершин и частичным террасированием и выполаживанием откосов. В тот же период началось озеленение отвала – посадка на откосах сеянцев робинии ложноакации, тополя Болле и бирючины обыкновенной, а на плато — посев нескольких видов многолетних трав, предваренный нанесением потенциально–плодородного глинистого слоя. Впоследствии сотрудниками Ботанического сада г. Донецка с исследовательской целью производились подсадки растений — как на откосах отвала, так и на плато.

Породный отвал шахты 6/14

Рисунок 2 — Породный отвал шахты 6/14

За 40  лет, прошедших со времени начала озеленения, отвал неузнаваемо изменился. Откосы теневых экспозиций, на которых складываются наиболее благоприятные экологические условия, сформировали многоярусные фитоценозы, эдификаторами которых являются береза повислая, робиния ложноакация, ясень зеленый, клен ясенелистный; деревья в результате самосева дали многочисленное потомство. Наблюдается немало спонтанно поселившихся видов, например, орех грецкий, яблоня обыкновенная, малина обыкновенная, скумпия кожевенная и др. Откосы солнечных экспозиций выглядят далеко не так впечатляюще. Дело в том, что они изначально были весьма крутыми и не подвергались выполаживанию и террасированию, в отличие от теневых. Естественно, напряженный водно — температурный режим сыграл крайне негативную роль в судьбе фитоценозов: часть высаженного материала погибла, на откосах присутствует изреженная древесно–кустарниковая растительность. Эрозия склонов продолжается, крутизна их в настоящее время составляет 450 и более. Лишь в последние годы травы, посеянные на плато, стали осваивать экотопы крутых откосов; это в первую очередь мятлик узколистный и качим скорзонеролистный.

Изменение породного отвала в ходе рекультивации

Рисунок 3 — Изменение породного отвала в ходе рекультивации
(анимация: 4 кадра, 10 циклов повторения, 181 килобайт)

Таким образом, фитоценозы рекультивированного 40 лет назад отвала весьма неравнозначны, что связано главным образом с геоморфологическими и микроклиматическими параметрами отвала. Фитоценозы теневых откосов все еще находятся в стадии формирования, но являются устойчивыми, предотвращают эрозию и способствуют формированию почв. Откосы солнечных экспозиций, напротив, имеют изреженную растительность, не особо препятствующую эрозионным процессам. Очевидно, на техническом этапе рекультивации следует применять дифференцированный подход к оформлению откосов разных экспозиций, а на биологическом — делать акцент не только на устойчивости, но и на разнообразии фитомелиорантов; необходимо ежегодно контролировать и корректировать формирование фитоценозов [8].

Выводы

В ходе проделанной работы решены следующие задачи:

  1. Доказана необходимость озеленения породных отвалов;
  2. Рассмотрены и изучены антропогенные фитоценозы породных отвалов шахт № 5–6 и № 6/14.

В результате изучений выявлено, что фитоценозы рекультивированных отвалов весьма неравнозначны, что связано главным образом с геоморфологическими и микроклиматическими параметрами отвалов. В ходе рекультивации на породном отвале шахты № 5–6 были произведены посадки робинии ложноакации (белой акации), донника, пырея, колосняка, житняка, клевера, различных видов люцерны. Было отмечено, что средняя приживаемость сеянцев древесных пород колеблется в разных годах от 62 % до 84 % в зависимости от условий, в частности, химизма породы. В настоящее время использование отвала населением для рекреации идет неорганизованным образом. Этот фактор также способствуют заносу на отвал новых видов растений. Вероятно, именно таким образом на плоском верху отвала появились такие растения, как грецкий орех, абрикос, слива, черешня, груша и виноград.

Созданные в ходе рекультивации насаждения и посевы составляют основу растительных сообществ на отвале и в настоящее время. Деревья достигают высоты 8 м, регулярно плодоносят. Травянистые растения за долгие годы перераспределились по поверхности отвала и занимают открытые места и опушки древесных посадок. Отвал шахты № 6/14 так же прошел этап озеленение — посадка на откосах сеянцев робинии ложноакации, тополя Болле и бирючины обыкновенной, а на плато — посев нескольких видов многолетних трав, предваренный нанесением потенциально-плодородного глинистого слоя. Откосы теневых экспозиций сформировали многоярусные фитоценозы, эдификаторами которых являются береза повислая, робиния ложноакация, ясень зеленый, клен ясенелистный; деревья в результате самосева дали многочисленное потомство. Наблюдается немало спонтанно поселившихся видов, например, орех грецкий, яблоня обыкновенная, малина обыкновенная, скумпия кожевенная и др.

На данный момент флора породных отвалов представлена множеством видов растительности, что послужило результатом рекультивации и самозаселения некоторых видов. По моему мнению на породных отвалах шахт № 5–6 и № 6/14 необходимо создавать организованные зоны рекреации для населения.

Список источников

  1. Воздействие отвалов угольных шахт [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://coroma.ru/ecolog/ecolog02.htm
  2. Мартынова Е. А. Рекультивация нарушенных земель — Донецк, 2015. — 35с.
  3. Голубев В. Н. Эколого-биологические особенности травянистых растений и растительных сообществ// Наука, 1965. — 209с.
  4. Артамонов В. М., Жуков С. П., Мартинова О. А. Порівняльно-екологічна характеристика відвалів вугільних шахт Донецького та Червоногвардійського промислових регіонів.// Проблеми екології. — 2008.–№ 1–2.— С. 99–103.
  5. Глухов А. З. Экоморфологический анализ раннецветущих видов растений в техногенных экотопах юго-востока Украины / А. З. Глухов, Хархота А. И., С. И. Прохорова, Агурова И. В., Жуков С. П. // Экология и ноосферология. — 2011. — Т. 22, № 3–4. — С. 48–57.
  6. Кондратюк Е. Н., Тарабрин В. П., Бакланов В. И. и др. Промышленная ботаника.— К.: Наук.думка, 1991.— 260 с.
  7. Рекомендации по формированию мелиоративного растительного покрова на отвалах угольных шахт Донбасса / [В. Г. Башкатов, О. Н. Торохова, С. П. Жуков]. — Донецк, 2002. — 35 с.
  8. Статья «Исследование Антропогенных фитоценозов отвала угольной шахты № 6/14 с целью оценки их природоохранной функции» Луткова М. А., студентка; Мартынова Е. А., канд. биол. наук, доц., научный руководитель (Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина), Жуков С. П., канд. биол. наук, ст. н. с., научный руководитель (Донецкий ботанический сад, г. Донецк, Украина).