 |  | |
 УДК 581.55:712.423:547.4:504.05 Применение геоинформационных технологий для выявления и дальнейшего мониторинга растительных сообществ породных отвалов угольных шахт в условиях самозарастания и рекультивации
Калинина А.В., аспирант Донецкий национальный университет Гермонова Е. А., доцент Донецкий национальный технический университет
Приведены результаты применения геоинформационных систем для исследования породных отвалов некоторых угольных шахт г. Макеевки, на основании которых выявлены особенности растительного покрова техногенных образований и закономерности самозарастания и рекультивации.
Введение. Породные отвалы угольных шахт являются гетерогенными образованиями, определенные участки которых могут отличаться свойствами эдафотопа в зависимости от их месторасположения [1]. Фитоценозы породных отвалов угольных шахт, формирующихся в процессе самозарастания в течении длительного промежутка времени, являются результатом сложного взаимодействия зонально-климатических и экологических условий в [1, 12]. Оптимизации фитоценозов во многом способствует рекультивация породных отвалов. Следствием того, что значительную территорию Донбасса занимают нарушенные земли [3, 8, 11], является необходимость обеспечения устойчивого экологического развития территорий путем снижении нагрузки на окружающую среду и восстановления деградированных природных ресурсов [10]. Так как породные отвалы угольных шахт являются типичным примером таких образований, то они также характеризуются восстановленными растительным и почвенным покровами как при самозарастании, так и при биологической рекультивации. Гетерогенность отвалов объясняется технологией их формирования, что обеспечивает неравномерное распределение кислотности и засоленности субстрата. На формирование растительных сообществ влияют такие факторы, как расположение отвала, климатические условия, близость к природной растительности и зональность почвенного покрова и др. [10]. Цель работы – применить геоинформационные технологии для установления особенностей формирования растительного покрова некоторых породных отвалов шахт г. Макеевки в условиях самозарастания и рекультивации. Материал и методы исследования. В качестве объектов исследования были выбраны типичные для Донбасса породные отвалы некоторых угольных шахт Советского района г. Макеевки. Исследованные отвалы относятся к негорящим, по типу отходов – неорганическим, по возрастному показателю – к средневозрастным. Окончание эксплуатации отвалов осуществлено 45-50 лет назад, соответственно с этим периодом и связывали начало формирования растительных сообществ. Выбранные техногенные объекты отличаются по проведению рекультивационных мероприятий: отвал № 1 озеленен, породный отвал № 2 не был озеленен, отвал № 3 был частично озеленен (фрагментарная фиторекультивация). Для выполнения поставленной цели пользовали стандартные методики геоботанического исследования [2, 6, 9], в том числе маршрутные и стационарные методы. Для пространственного представления материалов исследований и дальнейшего мониторинга была применена геоинформационная система ArcMAP 10.4, содержащая все необходимые функции и инструменты для хранения, анализа и визуализации результатов [13]. В качестве исходной картографической информации были применены космические снимки и топографические планы масштаба 1:10 000. Созданный проект с материалами обследований породных отвалов был настроен на систему координат WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere, которая также используется ArcGIS Online, Google Maps и Bing Maps. В ходе исследования установлены границы (контуры) растительных сообществ на породных отвалах. Выделены доминанты с оценкой относительно обилия видов по 5-ти балльной шкале Браун-Бланке. Для визуализации результатов анализа состояния растительных покровов по каждому из выбранных техногенных объектов были сделаны извлечения графических материалов из ГИС. Результаты и обсуждение. Выделены фитоценозы, изучение которых позволяет проследить особенности процессов естественного формирования биогеоценозов и в результате рекультивации, а также взаимосвязь этих процессов. Проведенное исследование отвала №1 показывает и подтверждает важность и значимость рекультивации в процессах ценозообразования, интенсификации формирования растительного покрова техногенных земель. Всего выделено 17 растительных сообществ, из них 13 образовались в результате рекультивационных мероприятий, а также в процессе взаимодействия искусственно созданных и естественно сформированных растительных группировок. Выделено 4 спонтанно развивающихся фитоценоза. Растительные сообщества характеризуются различным флористическим составом и уровнем сформированности, наблюдается смена одноярусных ценозов двух- и трехъярусными, что в большей степени характерно для склонов северной экспозиции и уплощенной вершины отвала В паспорте отвала № 2 отсутствуют указания о проведении озеленения. Об этом свидетельствует и состояние растительного покрова техногенного объекта. Сообщества характеризуется упрощенностью структуры, ограниченным видовым составом, в сравнении с отвалом № 1 ценозы представлены в большей степени травянистыми растениями. Выделено 14 фитоценозов. Зарастание этого породного отвала идет естественным способом, что проявляется в более низких показателях проективного покрытия и состояния компактизации растительного покрова в целом. На породном отвале № 3 отмечены результаты частичной рекультивации, это дает возможность в большей степени наблюдать процессы взаимодействия нерекультивированных участков и территорий с искусственным растительным покровом. На техногенном объекте сосредоточены разнообразные растительные сообщества и наглядно прослеживаются усложнения фитоценозов в направлении к озелененным участкам. Выделено 15 ценозов (рис.1). По сравнению с неозеленённым отвалом – сообщества характеризуются более сложной организацией растительности. Выводы Установили, что фитоценозы в специфических условиях произрастания на породных отвалах являются динамичными биологическими системами. Целенаправленно искусственно создаваемые сообщества опережают по своему развитию и степени сформированности естественные ценозы, формирующиеся путем самозарастания, находящихся в сходных условиях обитания, что соответствует выявленным тенденциям в этой научной области [1, 4, 5, 7, 12]. Растительность отвалов, подверженных рекультивации, отмечается проявлением выраженного распределения по ярусам, сопровождаются увеличением показателей проективного покрытия, обилия видов, увеличения и разнообразия флористического состава; наблюдается большее количество видов семейства Poaceae , которые постепенно разрастаются и вытесняют сорно-полевую и рудеральную растительность. Исследуемые отвалы практически сходны по показателю возраста, при этом наблюдаются значительные отличия в особенностях зарастания.
Рис. 1 – Пример анализа видов доминантов растительных сообществ (В. Породный отвал №3 шахты Капитальная).
По результатам работы установлено, что отличия в состояниях растительных сообществ на отвалах связаны с проведением или отсутствием целенаправленной процедуры рекультивитрованих работ (озеленения), а также гетерогенностью техногенных объектов. Применение геоинформационной системы для исследований в дальнейшем позволит прогнозировать дальнейшие изменения растительного покрова породных отвалов, отслеживать и выявлять причины этих изменений.
Библиографический список 1. Агурова И.В. Особенности развития эдофатопа в условиях отвалов угольных шахт Донбасса / И.В. Агурова // Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона. – Донецк: ДонНУ, 2009. № 1(9). – С. 150-157. 2. Жуков С.П. До вибору методики вивчення динаміки рослинності в умовах териконів / С.П. Жуков // Проблеми ботаніки і мікології на порозі третього тисячоліття. Матеріали Х з’їзду УБТ (Полтава, 22-23 травня 1997 р.). – К., 1997. – С. 197-198. 3. Жуков С.П. Сукцессионный статус видов в растительных сообществах и его использование в целях фитоиндикации / С.П. Жуков // Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития. Материалы III международной научной конференции (Донецк, 3-5 сентября 1998 г.). – Донецк: Мультипресс, 1998. – С. 36-40. 4. Жуков С. П. Растительность отвалов угольных шахт Донбасса / С.П. Жуков // Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона. – 2016. – № 1-2. – С. 13-17. 5. Жуков С.П. К методике определения организации и устойчивости фитоценозов в ходе их развития на отвалах угольных шахт / С.П. Жуков // Промышленная ботаника. Сборник научных трудов. – Донецк. – 2012. – Вып.12. – С. 19-24. 6. Ипатов В. С. Описание фитоценоза: Методические рекомендации – учебно-методическое пособие / В. С. Ипатов. – СПб.: Б.и, 2008. – 71 с. 7. Калинина А.В. Состояние некоторых фитоценозов породных отвалов шахт г. Макеевки / Калинина А.В. // Донецкие чтения 2018: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности: Материалы III Международной научной конференции (Донецк, 25 октября 2018 г.). – Донецк: ДонНУ, 2018. С. 180-183. 8. Калинина А.В., Сафонов А.И. Фитоценопопуляционный анализ отвалов угольных шахт г. Макеевки / А.В. Калинина, А.И. Сафонов // Вестник студенческого научного общества ДонНУ. – Донецк. – 2017. Вып.9. – С.35-41. 9. Миркин Б.М., Розенберг Г.С. Фитоценология. Принципы и методы / Б.М. Миркин, Г.С. Розенберг. – М.: Наука, 1978. – 212. 10. Остапко В.М. Сосудистые растения юго-востока Украины / В.М. Остапко, А.В. Бойко, С.Л. Мосякин. – Донецк: Ноулидж, 2010. – 210 с. 11. Торохова О.Н., Агурова И.В. Оценка пригодности пород промышленных отвалов Донбасса для произрастания растений / О.Н. Торохова, И.В. Агурова // Промышленная ботаника. Сборник научных трудов. – Донецк. – 2008. – Вып.8. – С. 12–17. 12. Чибрик Т. С., Глазырина М.А. Изучение фитоценозов техногенных ландшафтов: учебное пособие / Т. С. Чибрик, М.А. Глазырина. – Екатеринбург. – Урал. ун-та, 2014. – 166 с. 13. Чепелев О.А., Ломиворотова О.М. Применение ГИС для автоматизированного выделения элементарных участков при организации ландшафтно-экологического мониторинга. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ggf.bsu.edu.ru/Conferences/Conf_2011/Materials/Chepelev.htm (дата обращения 23.11.2018 г) | ||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)