ТЕХНОГЕННАЯ  ТРАНСФОРМАЦИЯ  РАСТИТЕЛЬНОСТИ  НА  ТЕРРИТОРИИ  ЭКИБАСТУЗСКОГО  УГОЛЬНОГО  БАССЕЙНА

Русина  Елена  Юрьевна

магистрант  2  курса,  кафедра  экологии,  природопользования  и  биологии  ОмГАУ,  РФ,  г.  Омск

Е-mail:  helenaru

Рейнгард  Яков  Романович

научный  руководитель,  академик,  д-р  биол.  наук,  профессор  ОмГАУ,  РФ,  г.  Омск

Уголь  —  самое  распространенное  ископаемое  топливо  на  нашей  планете.  Специалисты  считают,  что  его  запасов  хватит  на  500  лет.  Кроме  того,  уголь  распространен  по  всему  миру  более  равномерно  и  он  более  экономичен,  чем  нефть.  Три  четверти  угля  используется  в  промышленности,  на  тепловых  электростанциях  как  топливо,  а  также  как  технологическое  сырье  и  топливо  в  металлургии  и  химической  промышленности  (коксующиеся  угли)  [1,  с.  9].

Угольные  запасы  Экибастузского  бассейна  и  созданные  на  их  основе  предприятия  имеют  важное  народнохозяйственное  значение  для  Республики  Казахстан  и  требуют  приоритетного  внимания  при  определении  направлений  развития  топливно-энергетического  комплекса  региона.  Бассейн  расположен  в  Павлодарской  области  в  5  км  от  города  Экибастуз.  Здесь  открытым  способом  добывается  2/3  от  общего  объема  добычи  угля  в  Казахстане  и  осуществляется  более  90  %  его  экспорта.

На  поле  бассейна  действуют  три  угольных  разреза:  «Северный»  с  1955  года,  «Богатырь»  с  1970  года  и  «Восточный»  с  1985  года.  Вскрышные  породы  с  разрезов  складировались  на  восьми  внешних  отвалах.  Общая  площадь  земель,  занятая  отвалами,  при  их  средней  высоте  55—60  м  составляет  58,5  км².  В  отвалы  уложено  2,44  млрд.  В  настоящее  время  складируются  на  трех  внешних  отвалах:  «Степной»,  «Ковыльный»  и  «Прибортовой».  Потребность  разрезов  в  щебне  покрывается  за  счет  собственных  щебкарьеров  на  ст.  «Степная»  и  ст.  «Западная»  [5,  с.  45].

При  функционировании  угольных  разрезов  происходит  загрязнение  компонентов  экосистем  техногенными  веществами,  содержащимися  в  твердых  (угольная  и  породная  пыль,  зола)  и  газообразных  выбросах,  что  приводит  к  изменениям  в  них,  а  также  образованию  техногенных  биогеоценозов.

Изучено  экологическое  состояние  растительного  покрова  в  условиях  интенсивной  добычи  угля  Экибастузского  месторождения.

Для  оценки  степени  антропогенной  нарушенности  растительности  описывались  условно  «фоновые»  (ненарушенные  или  слабонарушенные)  участки,  сохранившие  биоразнообразие  и  структуру  сообществ,  и  их  антропогенные  модификации  в  каждом  типе  экосистем.

В  ходе  полевых  работ  на  изучаемой  территории  в  2008  г.  было  встречено  120  видов,  относящихся  к  27  семействам  и  84  родам.  Наибольшим  количеством  видов  представлены  семейства  сложноцветных  (Asteraceae),  злаковых  (Роасеае),  крестоцветных  (Brassicасеае),  бобовых  (Fabaceae),  маревых  (Chenopodiaceae).

Кормовыми  растениями  являются  36  видов,  к  хозяйственно-ценным  относятся  12  видов,  21  лекарственный  вид,  6  —  медоносных,  12  —  пищевых,  3  —  декоративных.  Сорные  растения  составляют  34  вида.  Имеются  также  дубильные,  волокнистые,  соленосные,  эфиромасличные  виды  [3,  с.  73].

Специальных  исследований  по  выявлению  редких,  эндемичных  (виды  растений,  встречающиеся  только  в  данном  географическом  регионе)  и  реликтовых  видов  не  проводилось.  Группа  редких,  эндемичных,  реликтовых  видов  немногочисленна,  что  объясняется  как  географическими  особенностями  и  происхождением  флоры,  так  и  давней  освоенностью  региона.  Виды,  занесенные  в  «Красную  книгу»,  в  процессе  полевых  исследований  встречены  не  были.

Предельно-допустимых  концентраций  на  содержание  в  естественной  растительности  токсических  элементов  не  существует.  В  связи  с  тем,  что  на  данной  территории  производится  выпас  скота  и  многолетние  травы  (житняк)  сеялись  на  фураж,  мы  можем  рассматривать  растительную  продукцию  данного  участка  как  корм  для  сельскохозяйственных  животных  и  сравнить  содержание  ряда  элементов  с  максимально  допустимым  уровнем  (МДУ)  в  кормах  [2,  с.  122].

Таблица  1.

Статистические  параметры  распределения  концентраций  химических  элементов  в  растениях  (мг/кг)

*Приложение:  Стандарты  —  относительные  стандартные  отклонения

Как  видно  из  таблицы  1,  фоновые  значения  никеля,  хрома,  мышьяка  превышают  МДУ.  Очевидно,  что  это  естественные  содержания,  характерные  для  данного  региона.  При  этом  содержания  этих  элементов  в  золе  примерно  равны  средним  содержаниям  в  Северном  Казахстане.  Концентрации  большинства  элементов  характеризуются  высокими  дисперсиями  (стандарты  >  1,5).  Характерным  для  распределения  всех  химических  элементов  является  превышение  фона  с  подветренной  стороны  отвалов  Ковыльный  и  Прибортовой  [3,  с.  81].

При  этом  наибольшие  превышения  (более  3-х  раз)  отмечены  для  алюминия,  молибдена,  стронция,  ванадия,  свинца.

В  почвенном  покрове  здесь  также  наблюдаются  превышения  фона  для  большинства  элементов  (до  1,5  раз).

В  районе  станции  Ковыльная,  расположенной  между  разрезом  «Восточный»  и  отвалом  Ковальный,  наблюдается  превышение  фона  для  стронция  (более  3  раз),  молибдена  (более  5  раз),  бария,  меди,  титана,  марганца.  Концентрации  этих  элементов  в  почве  также  превышают  фон  (медь  в  подвижной  форме).

С  западной  сторона  отвала  Западный,  в  районе  щебкарьера  отмечаются  превышения  фона  в  растительности  практически  для  всех  элементов,  что  согласуется  с  их  распределением  в  почве.

Растительность  в  районе  станции  Южная  и  щебкарьера  «Богатырский»  характеризуется  повышенными  концентрациями  (1,5—3  фона)  цинка,  железа,  алюминия,  ванадия,  кобальта,  хрома,  бария,  титана,  меди,  стронция,  никеля,  марганца.

Растительность  вокруг  водохранилища  Елемес  характеризуется  в  основном  повышением  концентраций  марганца  (более  3  фонов).  При  этом  в  почве  повышения  концентраций  марганца  не  отмечено.

Вокруг  отвала  Северный  наибольшее  превышение  (3  фона)  отмечено  для  свинца.  Это  согласуется  с  распределением  свинца  в  почве,  как  в  валовой,  так  и  подвижной  форме.  Для  остальных  элементов  содержание  в  растительности  не  превышает  1,2—1,5  фонов.

Максимальными  значениями  поля  суммарного  показателя  загрязнения  растительности  (более  16)  характеризуется  растительность  на  территории  с  подветренной  стороны  отвалов  Ковыльный  и  Прибортовой,  а  также  к  западу  от  отвала  Западный.  Причем,  аномальные  значения  отмечены  в  точках,  наиболее  удаленных  от  отвалов.  Непосредственно  около  отвалов  поле  суммарного  показателя  имеет  значения  от  8  до  16.

В  почве  в  этом  районе  наблюдается  незначительное  повышение  концентраций  химических  элементов  до  1,5  фонов.  Анализ  доли  выпадения  взвешенных  веществ  (пыли  породной  и  угольной)  показал,  что  доля  влияния  этих  отвалов  на  загрязнение  почвы  не  превышает  30  %.  Основное  влияние  здесь  оказывают  выбросы  угольного  склада  разреза  «Восточный».

Повышенные  значения  (8—16)  поля  суммарного  показателя  в  районе  щебкарьера  разреза  «Северный»,  вероятно,  связаны  с  загрязнением,  вызванным  его  деятельностью.  Вместе  с  тем,  повышение  значений  показателя  на  удалении  от  щебкарьера  и  отвала  «Западный»,  скорее  всего,  носят  природный  характер. 

В  районе  щебкарьера  «Богатырский»,  станций  Степная  и  Южная  загрязнение  растительности  характеризуется  полем  суммарного  показателя  от  8  до  16.  Здесь  также  наблюдается  загрязнение  почвы  (наибольшее  —  стронцием  —  до  3  фонов),  загрязнение  грунтовых  вод  стронцием,  марганцем,  титаном,  алюминием  [3,  с.  89].

Район  отвала  «Северный»  характеризуется  полем  суммарного  показателя  до  2,  территория  вокруг  водохранилища  Елемес  —  от  2  до  4.

Таким  образом,  установлено:

·     загрязненность  растений  стронцием,  свинцом,  молибденом,  ванадием,  барием,  марганцем,  титаном  в  концентрациях,  превышающих  фон  в  максимумах  в  3—5  раз;

·     концентрации  химических  элементов  в  растениях  характеризуются  высокой  дисперсией;

·     средние  содержания  химических  элементов  в  растениях  не  превышают  МДУ,  кроме  никеля,  мышьяка,  хрома,  которые  имеют  фон  выше  МДУ;

·     распределение  химических  элементов  в  растениях  в  целом  коррелируются  с  их  распределением  в  почвах  и  подземных  водах.

Воздействия  на  растительность,  происходящие  в  результате  работы  угольных  разрезов  выражаются  в  четырех  основных  направлениях  трансформации:

1.  Механическое  воздействие  на  почвенно-растительный  покров  характерно  для  всех  селитебно-промышленных  комплексов,  особенно  для  открытых  угольных  разработок,  которые  характеризуются  изъятием  из  оборота  больших  объемов  земель.

Существующие  механические  воздействия  имеют  место  при  расширении  площадей  промплощадок,  площади  отвалов  вскрышных  пород,  подъездных  путей  к  ним,  при  проезде  автотранспорта  и  другой  техники  для  обслуживания  этих  объектов  вне  существующих  дорог.

В  настоящее  время  растительность  территорий,  нарушенных  при  строительстве,  заменена  вторичными  группировками  или  искусственными  фитоценозами  (зеленые  насаждения).  На  участках,  прилегающих  к  разрезам,  породным  отвалам,  вдоль  дорог,  промышленным  площадкам,  наблюдается  антропогенная  трансформация  растительности,  выражающаяся  в  полной  или  частичной  смене  естественных  растительных  сообществ  антропогенно-производными  группировками  с  доминированием  сорно-рудеральных,  дигрессивно-активных  видов  (здесь  преобладают  полыни  (Artemisia  sieversiana,  A.  vulgaris,  A.  dracunculus),  эбелек  (Ceratocarpus  arenarius),  донник  (Melilotus  album,  M.  officinalis),  осот  полевой  (Sonchus  arvensis),  качим  метельчатый  (Gypsophyla  paniculata)  и  др.).

В  случаях  создания  на  нарушенных  участках  искусственных  зеленых  насаждений,  лесополос,  клумб  трансформация  имеет  положительный  характер.  Такие  культурные  растительные  сообщества  в  большей  степени,  чем  естественные,  выполняют  свою  функциональную  роль  в  биосфере,  участвуя  в  круговороте  вещества  и  энергии,  продуцировании  кислорода,  защите  почвенного  покрова,  пылепоглощении  и  т.  п.  К  сожалению,  на  территории  предприятия  такие  участки  занимают  незначительную  площадь  и  требуется  ее  увеличение  [2,  с.  231].

2.  Основной  объем  пыли  составляет  пыль  породная  (86,9  %),  которая  поступает  от  породных  отвалов  Экибастузского  бассейна  (более  60  %),  22  %  —  при  ведении  вскрышных  и  добычных  работ  на  разрезах  «Богатырь»  и  «Северный».

Кроме  того,  пыль  сдувается  с  дорог,  особенно  не  имеющих  покрытия,  с  дефляционных  участков  пашен,  залежей  и  пастбищ.

Запыление  является  мощным  фактором  деградации  растительности.  Наиболее  подвержены  этому  воздействию  опушенные  и  широколиственные  растения,  крупные  листья  которых  покрываются  слоем  пыли.

Пыль  скапливается  также  у  основания  и  в  дернинах  злаков,  у  основания  кустов  низких  полукустарничков  и  кустарничков.  В  зонах  значительного  запыления  ослаблены  жизненное  состояние  и  репродуктивная  способность  растений,  у  злаков  преобладают  в  основном  вегетативные  побеги.  Из  состава  сообществ  выпадают  чувствительные,  малообильные  виды  (разнотравье).

Запыление  оказывает  негативное  влияние  на  фотосинтетическую  активность  растений,  что  соответственно  уменьшает  продукцию  кислорода  и  поглощение  углекислого  газа.  Пыль  забивает  устьица  растений,  проникая  в  цитоплазму  листьев,  разрушает  хлорофилл,  снижая  значительно  (до  30  %)  урожайность  сообществ.  Кроме  того,  темная  пыль  вызывает  перегрев  растений  (вплоть  до  ожогов  их  частей)  и  почвы,  вследствие  чего  изменяются  условия  местообитаний  растений  [2,  с.  245].

3.  Наибольшая  масса  оксида  углерода  поступает  в  атмосферу  от  источников  Экибастузского  месторождения  при  горении  породных  отвалов  (84,4  %),  8,1  %  —  при  ведении  добычных  и  вскрышных  работ  на  разрезах  (взрывные  работы,  работа  экскаваторов  и  бульдозеров  при  погрузочно-перегрузочных  работах),  4,3  %  —  от  котельных  (котлы),  1,5  %  —  при  формировании  отвалов  [3,  с.  43].

Воздействие  периодического  горения  угольных  отвалов  выражается  в  частичном  или  полном  обгорании  частей  растений,  в  случае  сильных  пожаров  выгорает  органогенный  горизонт  почвы.

Загрязняющие  атмосферу  вещества  приводят  к  уменьшению  роста  растений  и  снижению  урожая  до  появления  видимых  симптомов  поражения.  Накопление  же  вредных  веществ  в  почве  способствует  уменьшению  почвенного  плодородия,  своеобразному  засолению  почв,  гибели  полезной  микрофлоры,  нарушению  роста,  отравлению  корневых  систем  и  нарушению  минерального  питания.  Длительное  воздействие  приводит  к  изменению  состава  фитоценозов  (в  сторону  образования  малопродуктивных  и  маловидовых  сообществ)  вплоть  до  образования  индустриогенных  пустынь.

Загрязняющие  вещества,  нарушая  рост  и  развитие  растений,  могут  снижать  их  устойчивость  к  другим  неблагоприятным  факторам:  засухам,  заморозкам,  засолению  почв.

4.  В  результате  подтопления  вокруг  накопителей  сточных  вод,  водохранилищ,  трубопроводов  происходит  трансформация  растительности  этих  участков.  Здесь  имеет  место  формирование  и  увеличение  площадей  гидроморфных  местообитаний  с  влаголюбивой,  сильнозагрязненной  растительностью  (тростниковые  заросли,  луга  с  участием  сорнотравья)  на  месте  типичных  сообществ.

Кроме  того,  возможны  локальные  очаги  загрязнения  и  поражения  растительности  при  аварийных  ситуациях:  в  местах  перелива  и  складирования  ГМС,  ремонта  авто-  и  железнодорожного  транспорта,  районе  железнодорожных  станций  и  др.  [1,  с.  145].

В  целом,  под  влиянием  антропогенных  факторов  биоценозы  (и  растительный  покров  как  их  составная  часть)  становятся  более  однообразными  и  по  суммарной  оценке  менее  продуктивными.

Следует  отметить,  что  на  предприятиях  Экибастузского  угольного  бассейна  постоянно  ведется  работа  по  рекультивации  нарушенных  территорий  (в  том  числе  биологической)  и  по  минимизации  воздействий  добычи  угля  не  только  на  растительный  покров,  но  и  другие  компоненты  экосистем. 

Как  известно,  под  посевами  трав  создается  более  благоприятный  температурный  режим  породы.  Кроме  того,  в  результате  возделывания  культурной  растительности  на  чистой  вскрышной  породе  происходит  уменьшение  содержания  солей.

Для  закрепления  поверхности  отвала,  а  также  для  создания  защитных  полос  наиболее  приемлемыми  из  видов  древесно-кустарниковой  растительности  являются:  лох  узколистный,  вяз  мелколистный  (карагач),  сосна  обыкновенная,  тамариск,  чингил  серебристый,  тополь  белый,  облепиха  крушиновая.

С  1978  по  1994  гг.  при  проведении  работ  по  поиску  эффективных  методов  и  технологий  биологической  рекультивации  экибастузских  породных  отвалов  были  высажены  деревья  и  травы  на  площади  11  га  отвала  «Северный»  [1,  с.  238].

Приживаемость  составила  24,9  %,  однако  в  виду  отсутствия  финансирования  данные  работы  были  прекращены.  Возобновление  работ  по  биологической  рекультивации  отвалов  с  озеленением  их  склонов  возможно  за  счет  средств  предприятий,  заложенных  на  природоохранные  мероприятия.

Поскольку  территория  производственных  объектов  озеленена  недостаточно,  необходимо  также  продолжить  ее  озеленение,  при  этом  следует  расширить  набор  посадочных  видов.  По  всей  вероятности,  основными  направлениями  в  изменении  растительного  покрова  будут  ксерофитизация  и  галофитизация  (доминирующие  составляющие  процесса  опустынивания),  а  также  синантропизация  флористического  состава  сообществ.

Для  снижения  воздействия  предприятий  угледобычи  региона  на  растительный  покров  рекомендованы  следующие  меры:

·     с  целью  снижения  площади  нарушений  и  отчуждения  растительного  покрова  движение  транспорта  к  объектам  должно  осуществляться  только  по  дорогам;  при  продолжении  трасс  временных  дорог  необходимо  максимально  использовать  существующую  дорожную  сеть,  особенно  дороги  с  твердым  покрытием,  и  учитывать  природные  условия  местности;

·     осуществление  строгого  контроля  и  проведение  профилактических  мероприятий  за  основными  источниками  загрязнений;

·     обеспечение  поддержки  техники  и  оборудования  в  надлежащем  состоянии;

·     дальнейшее  проведение  мероприятий  по  рекультивации  отвалов  вскрышных  пород;

·     проведение  мероприятий  по  озеленению  территории  производственных  объектов,  расширению  площади  зеленых  насаждений  с  вводом  в  ассортимент  новых  декоративных  видов,  а  также  растений,  обладающих  высокой  пылепоглотительной  и  фитонцидной  активностью;

·     создание  лесополос  вдоль  постоянных  дорог  в  районе  расположения  объектов  предприятий  угледобычи  [4,  с.  103].

Угольная  промышленность  —  одна  из  базовых  отраслей  экономики  Казахстана,  обеспечивающая  топливом  энергетику,  металлургию,  химическое  производство,  транспорт,  сельское  хозяйство  и  население.  В  связи  с  этим  чрезвычайно  важно  проследить  все  возможные  экологические  последствия,  которые  сопровождает  функционирование  угледобывающей  отрасли.

Список  литературы: 

1. Корчевский  А.,  Прайс  Д.,  Тарнакина  Т.,  Яковлева  Н.  Современные  подходы  к  охране  окружающей  среды  на  крупном  угледобывающем  предпприятии.  Алматы:  ЦЗОиЭП,  2006.  —  343  с.
2. Лархер  В.  Экология  растений.  М.:  Мир,  1978.  —  382  с.
3. Отчет  по  производственному  экологическому  мониторингу  окружающей  среды  за  2011  год  ТОО  «Богатырь  Комир».  Экибастуз,  2011.  —  105  с.
4. Певзнер  М.Е.,  Костовецкий  В.П.  Экология  горного  производства.  М.:  Недра,  1990.  —  135  с.
5. Федотов  И.П.,  Джаксыбаев  С.И.  Экибастузский  каменноугольный  бассейн.  Павлодар:  НПФ  «ЭКО»,  2001.  —  472  с.