Өсімдік жабынын және оның биологиялық ерекшеліктерін, сондай-ақ рекультивацияланатын участоктың химиялық және су-химиялық қасиеттерін зерттей отырып фитоценоздың әсерінен лесс тәрізді жыныстардың бастапқы жағдайының өзгеру дәрежесін анықтауға болады.
Адам қызметі саласына түскен табиғи биоценоздар тез өзгереді немесе түбімен өзгеріске ұшырайды. Б.П.Колесников, Л.В.Моторинаның (1986) көрсетуі бойынша олар инженерлік-техникалық құрылымдармен және кешендермен, мәдени егістіктермен, әр түрлі мақсаттағы өсімдік өсірумен, төменгі өнімді немесе өнімсіз тақыр жерлерге, «индустриялдық шөлдерге» немесе басқа жаңа түзілімдерге алмасады.
Карьердің өңделген участоктарында табиғи өсімдіктердің пайда болуы жынысты игерудің бастапқы кезеңі болып табылады. А.П.Шенниковтың (1964) айтуы бойынша өсімдік бірлестіктері экологиялық жағдайдың өзіндік бір индикаторы болып табылады, сондықтан да биологиялық рекультивацияның практикалық мәселелерін шешу үшін, әсіресе жыныстардың орман, ауылшаруашылығы, табиғат қорғау және т.б. мақсаттар үшін пайдалануға жарамдылығын бағалаған кезде кең түрде қолдау табады.
Табиғи өсімдік жабынының құрамы мен биологиялық ерекшеліктері бойынша өнеркәсіптің әсерінен бүлінген жерлердің қайта қалпына келтірудегі жұмыс бағыты туралы айтуға болады. Топырақ түзілу процесі өсімдіктің алуан түрлілігі мен сол жерде өсу жылдамдығына тікелей байланысты болады. В.В.Тарчевский (1968) зерттеулері өнеркәсіптің пайдаланған жерлерінде өсімдіктің өздігінен өсу процестерін есепке алмау өнеркәсіп отвалдарын, карьерлерін көгалдандырған кезде елеулі қателіктерге әкеліп, уақыт пен қаражаттың босқа шығындалуына әкелуі мүмкін екенін көрсетті.
Жоғары өнімді және мәдени биоценоздармен тығыз қоршалған техногендік ландшафтарда өнеркәсіптің қызметі нәтижесінде жойылған биогеоценоздардың қалпына келуі тез қарқынмен жүреді (Гогатишвили, 1970; Махонина, 1976; Трофимов, 1977).
Техногендік экожүйелердің табиғи фитоценоздарының қалыптасу мәселесі дүние жүзінің көптеген ғалымдарының көңілін аударуда. Lowry (1952), Fejdiova (1968) зерттеулері пионерлік алғашқы өсімдік бірлестіктерінің түрлік құрамын және олардың отвалдар мен түрлі аймақтық географиялық жағдайлардағы динамикасын зерттеуге бағытталған.
Қазіргі кезде өнеркәсіптік отвалдарда, карьерлерде адамның қатысуынсыз өсімдік жабынының қалыптасуы жайлы көптеген материалдар жиналған. (Леонтьев, 1966, Моторина, Ижевская, 1967; Тарчевский, 1968; Дзыбов, 1979,1982; Терехова, 1979; Қозыбаева және басқалары, 1988,,1989, Бейсеева, 1990 және т.б.).
Биологиялық рекультивация бойынша ең алғашқы жұмыстар карьерлерде өсімдіктердің табиғи жолмен өсе бастау процестерін ескере отырып 1950-1951 жылдары Донбасста басталған болатын.
Табиғи жолмен өсімдіктердің карьерлерде өсе бастауының сипаты мен қарқыны өңделген жердің жасына, жер бедерінің ерекшелігіне, климатқа, қоршаған ортаның әсеріне тікелей байланысты.
В.В.Тарчевскийдің (1968) басшылығымен жүргізілген жұмыстарда өнеркәсіп отвалдарында өсімдіктердің табиғи жолмен өсуі процесіне толық талдау берілген. Өндірістік кәсіпорындардың аймағындағы өсімдіктің морфогенез сипаты, фотосинтез, биохимиялық құрамы жағынан елеулі ауытқулары болатыны анықталған.
Өсімдіктің табиғи жолмен өсу қарқыны мен сипаты карьердің өңделу уақытына, жер бедерінің ерекшелігіне, климатқа, қоршаған ортаның әсеріне байланысты.
Техногендік ландшафтарда өсімдік жабынының пайда болуын В.Н.Сукачев (1942) сингенез, ал өсімдік жабынының қалпына келуін денудация деп атады.
Техногендік ландшафтардың өсімдігінің табиғи жолмен өсуін зерттеушілердің (Бондарь, Додатко, 1974; Кандрашин, 1979) [19,20] көрсетуі бойынша, техногендік ландшафтарда өсімдіктердің дамуы сингенез бойынша,яғни бірнеше кезеңде: пионерлік, қарапайым, күрделі топтану, Шенников бойынша (1964) диффуздық бірлестік түрінде жүреді.
Техногендік ландшафтарда өсе бастаған алғашқы өсімдіктерді, яғни пионерлік өсімдіктерді кең түрде таралған өсімдіктер анемохоралар яғни арам шөптер құрайды, оларда өсімді, яғни вегетативті көбею дамыған, олардың мал қорегі үшін құндылығы жоқ. Тек тез көбейеді, тез таралады.
Өсімдіктің өсімді жолмен таралуы техногендік ландшафтардың жылжымалы тұрақталмаған субстратында тұқыммен көбеюдің жеткілікті мөлшерде қамтамасыз етілмегенін көрсетеді. Н.Т.Бекарьевич (1973); С.А.Таранов және басқалар (1974) зерттеулері екінші және үшінші жылы техногендік ландшафтарда фитоценоздардың шұбарланып өскен кезеңі байқалады, онда дәрілік бақ-бақ сияқты рудералды түрлер басым болады, ценофобтардан аздаған мөлшерде өгейшөп кездеседі. Бұл кезең тұқымы жел арқылы таралатын түрлермен сипатталады, дегенмен де осы кезеңде фитоценоздың қалыптасуында өте үлкен рөл атқаратын фитоортаның қалыптасуы жүреді.
Л.В.Моторина (1970), Е.Р.Кандрашин (1979), А.Н.Куприянов (1982) зерттеулерінің көрсетуі бойынша техногендік ландшафтарда пайда болатын өсімдік бірлестігінің өсуі мен құрамы климатқа, су режиміне, субстраттың минералды қоректік элементімен және азотпен қамтамасыз етуінің жеткіліксіздігіне байланыстылығы техногендік ландшафтарда өсімдік өсуіне, әсіресе алғашқы кезеңде өсімдік жабынының қалыптасуына қиындықтар туғызады.
Міне, сонымен климаттық аймаққа, бүліну типіне, ашылған жыныстардың түрлеріне тәуелсіз техногендік ландшафтарда өсімдіктердің табиғи жолмен өсуі баяу қарқынмен жүреді және өсімдіктің табиғи жолмен өсуі техногендік ландшафтардың өсімдігінің толығымен қалпына келтірумен қамтамасыз ете алмайды.
Г.И.Махонина (1975), Т.С.Чибрик (1979), Дзыбовтың (1979) зерттеулері нәтижесінде жойылған өсімдік жабынының толық қайта қалпына келуі үшін 20 жылдан 50 тіптен одан да көп жылдар керек екені анықталды.
Міне, осыдан келіп ауылшаруашылығы, табиғат қорғау және басқа мақсаттар үшін көпжылдық бұршақ тұқымдас өсымдіктер мен олардың астық тұқымдас дақыларымен аралас шөбін пайдалана отырып, биологиялық рекультивация жүргізу қажеттігі туады. Көп жылдық бұршақ тұқымдас өсымдіктер молекулярлық азотты өз тамырларындағы түйнек бактерияларымен селбесе отырып жинайтын қасиеті бар.
Көптеген ғалымдардың (Бекаревич және басқалары, 1971; Етеревская, 1973; Пикалова, 1968; Шикула және басқалары, 1973; Масюк, 1974; Бондарь, Додадко,1974; Узбек, 1975; Кандрашин, 1981, Қозыбаева, 2000) зерттеулері бойынша жынысты игерудің тікелей жағдайы фитомелиорациялық кезеңді жүргізу болып табылады.
Л.В.Етеревская (1973), Н.Т.Масюк (1974) алғашқы мекен ету ортасының жағдайларына толық сәйкес келуші ретінде бүр түрдегі бұршақ тұқымдастарының агроценозын егуді ұсынады.
Апплачада (АҚШ) көмір өндіргеннен кейін биологиялық рекультивацияны жүргізуде бір жылдық және көп жылдық райграс, жима тарғақ, бетеге кең түрде өсіріледі (Plass, 1978), Америка ғалымы W.G.Vogel (1977) отвалдарда бұршақ тұқымдастардың қалыпты дамуы үшін 50 кг/га фосфор мен азоттың аздаған мөлшері үстеп қоректендіру үшін қажет екені анықталды. J.Palmer, L Jverion (1983) бес жылдық зерттеулерінің нәтижелерінің көрсеуі бойынша 32,8 кг/га фосфор енгізген кезде беде 90-103 кг/га азот жинады, ал 98,4 кг/га енгізген кезде 146-167 кг/га азот жинады. Міне, мұның өзі фосфор тыңайтқыштарының бұршақ тұқымдас шөптерінің азотфиксациясын арттыратынын көрсетеді.
Ұлыбританияда рекультивация кезінде гектарына 100 кг дейін азот жинауға қабілетті азот жинайтын шөптер мен ағаш өсімдіктерін бірлесіп отырғызу жағымды әсер беретіні байқалған (Brandshaw, 1982).
K.Werner (1966) көрсетуі бойынша ГДР-дегі ауылшаруашылығына қайтару үшін рекультивацияланатын участоктар қолайлы қасиеттері бар лесс тәрізді құмбалшықтардың бір метрлік қабатымен жабылады. Рекультивацияланатын участокта алғашқы жылдары әр түрлі жоңышқа, жима тарғақ, райграс, түйежоңышқа сияқты шөптердің қоспаларын себу ұсынылады. Әрі қарай бұл жерлер күздік бидай, күздік қара бидай, жүгері, картоп егу үшін пайдаланылады. K.Werner (1973) зерттеулерінің көрсетулері бойынша топырақ грунттарын жақсарту үшін органикалық тыңайтқышпен оны байытып, оған бір жылдық және көпжылдық ьұршақтұқымдастарын себу керек. Чиатур марганец кен орнындағы биологиялық рекультивациядан алғашқы тәжірибелер (Гогатишвили,1967,1975) көпжылдық шөптесін өсімдіктердің грунттардың физика-химиялық және биологиялық қасиеттерін жақсартатынын көрсетті. Қарағанды көмір бассейніндегі далалық тәжірибелер негізінде (Жандаев және басқалары,1978,1982) отвалдарды дайындаудың экономикалық пайдалы әдісі жынысқа 10 см жабынды құм-балшықтарды төсеу болып табылады.
Биологиялық рекультивация бойынша жүргізілген тәжірибелерінде А.Е.Мазур (1980) техногендік ландшафтарды игеретін-дақылдарды, оларды егу нормалары мен мерзімдерін анықтады. Оның айтуынша таза күйінде ең жақсы игеруші дақылдар жоңышқа, түйежоңышқа, беде және олардың астық тұқымдас шөптермен аралас қоспалары техногендік ландшафтарды ең жақсы игерушілер болып табылады.
Шетелдік және ТМД елдерінің бүлінген жерлерді рекультивациялау бойынша көптеген жұмыстарын қорытындылай келе, техногендік экожүйелерді оңтайлау үшін рекультивацияның биологиялық сатысын жүргізу міндетті болып табылады деген қорытынды жасау керек.
Техногенез жағдайындағы топырақтүзілу процесі
Техногендік экожүйе табиғи және мәдени фитоценоздаардың әсерінен, және табиғаттың басқа компоненттерінің әсерінен топырақ түзілу процесі жүреді, соның нәтижесінде құнарлылық қасиеттері мен белгілері бар жас топырақтар түзіледі.
Топырақ құнарлылығы бұл алғашқы топырақта көміртегі мен азоттың болуы маңызды көрсеткіш болып табылатын топырақ түзілу процесінің нәтижесі (Брехов және басқалар, 1984; Махонина, 1976).
Карьерлерде, отвалдардағы алғашқы топырақтүзілу процестерін зерттеу топырақ кескінінің түзілу заңдылығын, топырақ түзілу процесінің жылдамдығын, сондай-ақ топырақтүзілу процесін жеделдету және құнарлылық элементтерінің жиналуының мүмкін жолдарын анықтауға жағдай жасайды.
Донецк облысындағы табиғи өсімдік өсе бастаған 25 жылдық лесс отвалдарын зерттеу нәтижелерінің көрсетуі бойынша онда құрамында 1,67% гумус бар қалыңдығы 5 см топырақ қабаты пайда болған (Етеревская, мамонтова, 1975). А.М.Бурыкиннің (1980) пікірі бойынша гумустың жиналуының орташа көрсеткіші мен қандай да бір уақыт аралығында топырақ түзілу олардың нақты динамикасын және олардық қалыптасуының сандық көрсеткіштерін ашпайды. Топырақ түзу қарқындылығын топырақтың даму тарихының белгілі бір көрсеткіштерінен емес, оның эволюциясының жеке кезеңдері бойынша – жас, пісіп жетілген, ескі деп қарастырған дұрыс деп санайды. А.М.Бурыкин (1985 а,б,в) көрсетуі бойынша жас топырақтарда кез келген тірі организмдегі сияқты топырақтүзілу қарқыны ескі топырақтарға қарағанда жоғарырақ болады, топырақ құнарлылығы пісіп жетілген топырақтарда тіптен жоғары болады. Топырақтүзілу қарқындылығын өсімдік өсіп, дамуы үшін қажетті N, C, P, Ca, Mg, K элементтерінің жинақталу қарқындылығымен өлшеген дұрыс. Осындай пікірді ұстай отырып Е.Н.Бекаревич және басқалары (1975) жыныстардың құнарлылығы мен оның мөлшері онда өсетін өсімдіктердің биологиялық ерекшеліктерімен айқындалады деп атап айтады.
Топырақ түзілу ұзақ процесс: жоғарғы 0-20 см қабат 1400±100 жыл ішінде, ал төменгі 140-150 см қабат 6700±100 жыл ішінде пайда болады (Ковда, 1973). Табиғи жолмен өсімдіктің өсуі кезінде отвалдық жыныстарды аймақтық топыраққа айналдыру үшін шамамен 150-600 жыл керек (Колесников және басқалар, 1976). Г.И.Махонина (1980) барлық жаңадан қалыптасатын топырақтарға топырақ профилінің қысқа профилі тән.
C:N шамасы топырақтың агрономиялық құнды көрсеткіші болып табылады, ол органикалық заттың қозғалу дәрежесін және жоғары сатыдағы өсімдіктерге топырақ азотының мүмкіндік дәрежесін сипаттайды.
Г.И. Махонина (1979) зерттеулері бойынша өсімдік жыныстардан өзіне керекті элементтерді сіңіріп қана қоймайды, сонымен қатар оларды өздерінің жер бетіндегі мүшелеріне де шығарады да, кейін ол мүшелер кеуіп кеткеннен кейін топырақтың немесе жыныстардың беткі қабаттарына жиналады яғни биологиялық алмасу және элементтерді жинақтау процесі жүреді.
Кейбір өсімдіктер техногендік ландшафтарда гумусы жоқ жыныстарда да өсе береді. Бұл субстраттар биологиялық белсенді орта болып табылады, олардың қалыптасуына ең алдымен балдырлар мен микроорганизмдер қатысады.
Көптеген ғалымдардың (Неганова; Ланина, 1976; Неганова, пасынкова, 1976; Михновская және басқалар, 1975; Кулебакин, 1979; Krumbein, 1972) зерттеулері бойынша микроорганизмдер мен балдырлар құнарсыз субстраттарда ең алғаш қоныстанушылар болып табылады, гумустың пайда болуына және жинақталуына қатысады. Микробиоценозды зерттеу топырақтүзілу процестерін бақылауға жағдай жасаумен бірге, жыныстардың улылығының индикаторы болып табылады (Напрасникова және басқалар, 1982, 1984; Красавин және басқалар, 1982, 1984, 1985).
Техногенезбен бүлінген топырақ жабынының құнарлылық құрылымын қалпына келтіруді жеделдететін биота компоненттерінің арасында ерекше орынды микрозоофауна алады (Стебаева, 192-82; Стебаева, Кулагин, 1984; Қозыбаева, Бейсеева, 1990). А.Д.Гоготишвилидің (1978) зерттеулерінің көрсетуі бойынша топырақ жануарлары топырақ түзу процесіне қатыса отырып оның қарқындылығына әсер ете отырып, жеке топырақтардың құнарлылығының қалыптасуына әсер етеді.
В.В.Сергеевтің (1985) көрсетуі бойынша биологиялық рекультивация топырақ фаунасына елеулі өзгерістер енгізеді. Жауын құрттары жас топырақтардың құнарлылығының негізгі индикаторлары болып табылады. Лесс жыныстарына ең алдымен көпаяқтар, есекқұрттар (мокрицы), өрмекшілер, құмырсқалар мекен ете бастайды.
ЗЫРЯН КЕН ОРНЫНЫҢ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЯЛЫҚ СИПАТТАМАСЫ
Шығыс Қазақстан рудалық шикізаттың қазынасы болып табылады және оны «Рудалы Алтай» деп атайды. Мұнда негізгі руда өндіретін негізгі өнеркәсіптік нысандар жинақталған. Сондықтан да, бұл аймақта өнеркәсіптік отвалдардың құнарлылығын қайта қалпына келтіру бойынша жұмыстардың қарқынынын дамыту және арттыру керек.
Өнеркәсіптік отвалдардың қала шетінде орналасуы, табиғи-климаттық жағдай, бүкіл ауданның жер бедері отвалдардың орнында мәдени ландшафты орман массивтерін және демалу аймақтарын жасай отырып, бүлінген жерлерді рекультивациялаудың табиғи-қорғау және санитарлық-гигиеналық бағытын жасауға жағдай жасайды.
Отвалдар биік, биіктігі 150 м жетеді, механикалық құрамы бойынша тастардан, дөңбек тастардан тұрады (2-3 суреттер). Пайдаланылмайтын отвалдардың табиғи өсімдіктері жоқ, кейбір шамалы мөлшерде шаң-топырақтар жиналған жерде бірлі-жарымды өсімдіктер кездеседі.
Климаты. Тау бөктеріндегі орманды-шалғынды –далалы аймақтың климаты континенталды және ауасының құрғақтығымен көрінеді. Облыстың климаты жер бедеріне және жердің биіктігіне қарай елеулі өзгеріп отырады. Зырян қаласының абсолюттік биіктігі 450 м. Қар жабынынң тереңдігі 34-40 см. Жылы мерзімнің ұзақтығы 170-200 күн.
Жер бедері. Зырян ауданының жер бедері аңғарлы-таулы болып келелі. Жалпы алғанда облысың жер бедері геологиялық себептермен де (тектоникалық, құрылымдық және петрографиялық) және сыртқы себептерінің де ерекшеліктерімен сипатталады.
Өсімдігі. Таулы, орманды-дала белдеуінің аймағы шөптесін, шөптесін-бұталы, қарағайлы және аралас-қарағайлы ормандарды болып келеді.
Топырағы. Зырян кен орнындағы топырақтың негізгі типі сілтісізденген қара топырақ, онда әр түрлі шөптесін өсімдіктер қалыптасады.
Топырақтүзуші жыныстары.Топырақтүзуші жыныстары борпылдақ жыныстар, саз балшықтар, кей жерлерінде лесс тәрізді жыныстан тұрады.
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ҮШІН ПАЙДАЛАНЫЛАТЫН СУБСТРАТТАРДЫҢ СИПАТТАМАСЫ ЖӘНЕ ТӘЖІРИБЕ ТЕЛІМІ ТУРАЛЫ МӘЛІМЕТТЕР
Осы аймақтағы өнеркәсіп жетекші, болашағы зор сала болғандықтан, тұрғындардың негізгі бөлігі қала немесе қала маңында орналасқан. Сондықтан бұл жерлерді рекультивациялау негізінен табиғат қорғау, санитарлық-гигеналық бағытта, көгалдандыру сипатында болады.
Зырян кен орнындағы бүлінген жерлердің ауданы шамамен 200 га, отвалдардың көлемі 100 млн. м3 астам. Отвалдың қасында ашық қазбалау нәтижесінде пайда болған карьер орналасқан, мұнда руда шахта әдісімен алынады. Негізгі отвал отвалдың шығыс бөлігінде орналасқан және «Шығыс отвал» деп аталады.Қала шетінде кен байыту комбинаты орналасқан. (4-5 суреттер). Комбинатта руда жуылып, руданы жуған су құбыр арқылы ағып келіп, ауылшаруашылығына пайдаланылатын жерлерге жіберіледі де, «қалдықсақтағыш» немесе «хвостохранилище» пайда болады (6-суреттер).
Жұмыстың бірінші сатысы тау-кен-техникалық рекультивациядан тұрады. Алдымен отвалдың беткі жағы тегістеледі, содан кейін оның бетіне қиыршық тас, құм төселеді, себебі отвалдардың ойлы-қырлы жерлері толып тегсітеу үшін жасалады, сондай-ақ өсімдіктің тамыр жүйесінің қоректену ауданы артады. Отвалдың, қиыршық тастың, құмның үстіне саз балшықты жыныс, жергілікті қара топырақты және техногендік құм төселді.
Зерттелетін аймақта тәжірибе телімін жасау үшін сілтісізденген қара топырақ, саз балшықты жыныс, техногендік құм, майда топырақ және қиыршық тастар пайдаланылды.
а) Қара топырақ қалдықсақтағыштан алыс емес жерде бурттарда жиналған. Химиялық және агрохимиялық қасиеттері бойынша отвалды биологиялық рекультивациялау үшін керемет субстрат болып табылады. Құрылымы жақсы және су-физикалық қасиеттері де жақсы болып табылады. Қара топырақты қалдықсақтағыштың макңында сақтау оның құрамында мырыш пен қорғасынның мөлшерінің артуына әкелген.
б) Саз балшықты жыныстар –биологиялық рекультивация жүргізу үшін жарамды. Олардың химиялық құрамы жақсы, құрамында улы элементтер жоқ, азот пен фосфор элементі аз. Жеткілікті түрде микроэлементтермен қамтамасыз етілген. Су-физикалық қасиеттері қанағаттандырарлық. Саз балшықты жыныс отвалдарды биологиялық рекультивациялау үшін жарамды жыныс болып табылады.
в) Техногендык құм – түрлі-түсті металлургия кәсіпорнының өнеркәсіптік қайта өңдеу өнімі. Техногендік құмдарды кенбайыту фабрикасы өңдеуінен кейін бірден рекультивация үшін пайдалануға болмайды, олар ұзақ уақыт бойы олардың құрамындағы ауыр металдардан тазару үшін ұзақ уақыт бойы қалдықсақтағыштарда жатуға тиіс. Одан кейін оларды улы жыныстардан экрандаушы материал ретінде қолдануға болады.
г) Отвал жынысы деген ол руда маңындағы отвал жыныстарының үгілген бөлігін білдіреді. Отвалдық жыныста аздаған мөлшерде азот, фосфор кездеседі, ал калийдің жалпы мөлшері аймақитық топырақтағыдай кездеседі. Өсімдік үшін керекті микроэлементтер мүлдем жоқ.
д) Кейбір отвал жыныстарында ауыр металдардың мөлшері өте көп кездеседі.
Өндірістік отвалдарды топырақтың жоғарғы қабаттарына ауыр металдардың көтерілуін болдырмау үшін қиыршық тас және құммен отвал жыныстарын міндетті түрде экрандаған кезде жасанды субстрат жасау жолымен рекультивциялау қажет.
Зырян рудалық аймағы бес кен орнынан тұрады. Осы кен орындары руданың құрамы бойынша полиметалдық, алайда мысқа қарағанда мұнда қорғасын мен мырыш көп. Рудалық аймақтың барлық бес кен орны әр түрлі сланцтар, құмдақтар, туфтар және туффиттер арасында астасып жатады. Руданың беткі бос жыныстарынан, кен байыту комбинатының өндірген ұсақ фракцияларынан тұратын Зырян кен орнының өнеркәсіптік отвалдары, қалдықсағтағыш (6-сурет), террикон бұрынғы бүлінбеген табиғи экожүйелердің орнында техногендік ландшафт түзеді.
Қазбалау орындарында тереңдігі 200-250 м жететін карьер пайда болған. Пайдалы қазбалар кен орындарын қазбалау кемерленіп жүргізілген. Кеңдігі 8-10 метрлік кемер-бермалар кен байыту фабрикасына руданы тасу үшін жол болып табылады. Бұрынғы шахталардың орнында шахталық террикон бар. Ол Зырян қаласының шетіне орналасқан және алыстан жақсы көрініп тұрады.
Ал Риддер кен орнында Риддер мырыш және қорғасын зауыттары орналасқан, сондай-ақ Тишинка кен орнны орналасқан. Тишинка кен орнында тереңдігі 200-250 м жететін карьер, отвалдар кездеседі.
Тишинка кен баыту комбинаты және карьер
ОБЪЕКТ ЖӘНЕ ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕМЕЛЕРІ
Тәжірибе участогында да, табиғи жолмен қалпына келген участоктарда да топырақ шұңқырлары қазылып, топырақ горизонттары сипатталып жазылды, әр қабаттан топырақ үлгілері алынды. Өсімдігі табиғи жолмен қалпына келген телімдерден өсімдіктердің гербарийлері жинап алынды. Осы жиналған материалдардың бәрі Топырақтану институтының зертханасында өңделіп, анализ жасалынды.
- сурет. Топырақ шұңқырларын қазып, сипаттау кезеңі
Топырақтың химиялық, агрохимиялық, су-физикалық қасиеттерін жалпы ортақ қабылданған зерттеу әдістерімен анықтадық.
- Жылжымалы формаларын анықтау: азотты Тюрин және Кононованың, фосфор мен калийді Мачигин әдісі бойынша.
- Жалпы формаларын анықтау: азот Къелдаль, фосфор Гинзбург, Щеглова, калий жалынды фотометрде анықталды.
- Жалпы гумус Тюрин бойынша анықталды.
- Микроэлементтердің жалпы түрін спектрографиялық әдіспен анықтадық.
- Топырақтағы және өсімдіктегі ауыр металдаратомдық-адсорбциялық әдіспен анықталды.
- Жылжымалы микроэлементтер Ринькис әдісімен анықталды.
- Өсімдіктердің күл анализі құрғақтай күлге айналдыра отырып әрі қарай күлдегі элементтерді анықтау жолымен анықталды.
- Тамырларды есептеу және жуу монолиттер 25х25 см әдісімен 4 қайталанымда, 0,5 мм елеуіште Станков әдісі бойынша жүргізілді.
- Жер бетіндегі өсімдік биомассасы 1 м2 пішен ору әдісімен, 4 қайталанымда жүргізілді.
- Топырақ мезофаунасын қолмен топырақ монолиттерін араластыра отырып, ал микрофаунаны эклектор көмегімен анықтадық
- Топырақтың механикалық құрамын Грабаров модификациясы бойынша Качинскийдің әдісімен анықтадық
- Топырақтың меншікті салмағын пикнометрлік әдіспен анықтадық
- Көлемдік салмақ 50 см3 көлемдегі Качинскийдің цилиндрлі бұрғысымен анықталды.
- Көлемдік және меншікті салмақ деректері бойынша жалпы қуыстығы анықталды.
Аналитикалық жұмыстарды Топырақтану институтының топырақ рекультивациясы және топырақты экожүйелік зерттеу зертханасының қызметкерлерімен бірлесіп жасадым.
ЗЕРТТЕУ ЖҰМЫСЫНЫҢ НӘТИЖЕЛЕРІ
Отвалдағы өздігінен өскен және тәжірибе теліміне отырғызылған өсімдіктерге сипаттама
Табиғи-техногендік ландшафтарды рекультивациялау табиғи эволюция үдерісін жылдамдатудан, бүлінген жерлердің орнына өнімді және тұрақты биогеоценоздарды құрудан тұрады. Бұл жұмыс кешендері бүлінген жерлерді қайтадан қалпына келтіру, сондай-ақ қоршаған ортаның жағдайын жақсартуға бағытталған.
Өсімдік бірлестіктері биогеоценоздың кеңістіктегі шекарасын (Сукачев, 1964), оның құрылымын, құрамын, молдығын жәнежануарлар мен ұсақ ағзалардың таралуын, бүкіл биогеоценоз жүйесінің материалдық-энергетикалық алмасу ерекшеліктері мен қарқындылығын айқындайды.
Осы Зырян кен орнының (отвалында) үйінділерінде биологиялық рекультивация жұмысы осыдан 24 жыл бұрын басталған болатын. Яғни бұл отвалда бірнеше нұсқада тәжірибе телімі салынған.
№8 (құм балшық + құм + отвал) тәжірибе телімінде 24 лет жыл бұрын –терек — Populus laurifolia Ledeb., Acer tataricum L. ағаштары және қараған-Caragana arborescens Lam. бұта өсімдігі, ал шөптерден: Psathyrostachys juncea (Fisch. Nevski) Agropyron fragile Roth. Nevski. Dactilis glomerata L., Medicago falcate L., Medicago sativa L. Onobrichis tanaica Sprend өсірілген болатын.
Бұршақ және астық тұқымдас шөптердің тіршілік жағдайына қаптап өсіп кеткен Populus laurifolia және Caragana arborescens популяциясы күшті ценотикалық әсер еткен. Бұршақ-астық тұқымдас өсімдіктер ығыстырылып шығарылған және бірлестіктің шеттерінде ғана өседі және Dactilis glomerata, Medicago falcate, M. sativa және Onobrichis tanaica өсімдіктерінің бірлі жарымды даналары ғана кездеседі. Осы телімде ағаш өсімдіктерінің шөптесін өсімдіктерді ығыстырып шығарғаны байқалады.Олардың мекен ету ортасының жағдайы өзгереді, оның өзі сукцессия үдерісіне әкеледі. Жақын маңдағы кен үйінділерін өсімдіктер өте нашар игерген, бұршақ тұқымдастар әр жерде топтасып, өте сирек кездеседі (1-кесте).
№ 10 тәжірибе телімінде негізгі құраушы фитоценоз Caragana arborescens Lam.-қараған популяциясы басым кездеседі. Caragana arborescens Lam. популяциясы 2-ші қабатты алады, алайда оның 70%-дан астамы – репродуктивті болып келеді. Populus nigra L., зерттеу кезеңінде өсу фазасында болды. Оның дараларының биіктігі 12 м, жоғарғы қабатты алады. Ағаштардың жабыны 20% құрайды.
Өте көп мөлшерде кездесетін үйеңкі — Acer negundo L.өсімдігі жемістену кезеңінде. Ағаштың кейбір дараларының бұталары ішінара кеуіп қуарап кеткен. Олардың биіктігі 290 см жетеді. Осы түр басқаларға қарағанда нашар өседі. Оның жабыны 15% құрайды.
Сипатталған өсімдіктер 100% өсімдік жабынын құрайды. Осы өсімдік тобы үш қабатты және үшінші қабатын Dactylis glomerata L. және Medicago falcate L. шөптесін популяциясы құрайды. Шөптер популяциясының жабыны 2% құрайды.
№9 алаңшада біз шөптесін жабынында сукцессиялық үдерістерді байқаймыз. Тәжірибе телімінде екпе жоңышқа мен жима тарғақтың сирек даналары кездеседі. Ағаш және бұталы өсімдіктер пісіп жетілу кезеңіне жеткен және өз фитоортасын құрайды. Соның салдарынан шөптесін өсімдіктер ығыстырылып шығарылған. Тәжірибе телімінде тұқымымен де, өсімді түрде де көбейетін қараған және теректің (Populus laurifolia Ldb.) жас балақ шыбықтары көптеп кездеседі. Терек және қарағанның көбеюі көбінесе
1-кесте. Тұқымдастары, туыстары, түрлері және кездесуі бойынша Зырян кен орнының отвалдарында және тәжірибе телімдерінде өсетін өсімдіктердің тізімі
| Рет саны | Өсімдіктің атаулары | Түрлердің көптігі * |
| Gramineae Juss. Астық тұқымдастар | ||
| 1 | Agrostis gigantea Poth.(A.alba auct., non L.) | sol. |
| 2 | Dactylis glomerata L. | sp. |
| 3 | Poa attenuata Trin. | sp. |
| 4 | Bromus inermis Leyss. | sp. |
| 5 | Agropyron repens (L.) Beauv. | sp.-cop1 |
| 6 | Elymus sibiricus L. | sp. |
| Compositae Giseke Күрделі гүлділер тұқымдасы | ||
| 1 | Taraxacum officinale Wigg. | sp. |
| 2 | Artemisia absinthium L. | sp.-cop1. |
| 3 | Ligularia glauca (L.) O. Hoffm. | sol. |
| Betulaceae S. Gray Қайыңдар тұқымдасы | ||
| 1 | Betula microphylla Bge. | cop2. |
| 2 | B. pendula Roth. | sp. |
| Aceraceae Juss. Үйеңкілер тұқымдасы | ||
| 1 | Acer tataricum L. | sol. |
| Guttiferae Juss. Шайқурай тұқымдасы | ||
| 1 | Hypericum perforatum L. | sp. |
| 2 | Hypericum elegans Steph. | |
| Onagraceae Juss. Күреңоттар тұқымдасы | ||
| 1 | Chamaenerium angustifolium (L.) Scop. | sp. |
| Salicaceae Mirb. Тал тұқымдасы | ||
| 1 | Populus tremula L. | soc. |
| 2 | Populus laurifolia Ledeb. | soc. |
| 3 | Salix viminalis L. | sol. |
| 4 | Salix caprea L. | sp. |
* Түрдің көптігі O. Drude (1887) шкаласы бойынша жасалған, мұнда copiosus 2 (cop.) – жеткілікті түрде көп, cop.1 — анда-санда, sparsus (sp.) — сирек (аз), solitarius (sol.) – бірлі-жарым (өте аз), socialis (soc.) – көп (өте көп).
тұқым арқылы жүреді және тамыр өркені арқылы аз көбейеді.. Теректің биіктігі 1 м-ден бастап 10 м дейін болып келеді. Қарағанның биіктігі 1,5-3м аралығында болады. Үйеңкі (Acer negundo L.) де пісіп жетілу кезеңінде, алайда оның кейбіреулерінің бұтақтары мен діңдері қурап кеткен. НТәжірибе телімінде үйеңкінің тұқымы көп болғанына қарамастан балақ шыбықтары жоқ. Отвалдарда теректің балақ шыбықтары көптеп кездесетінін, қараған отвалдарда сирек кездесетінін атап өту керек. Тәжірибе телімінде өскен қарағанның тұқымы жел арқылы алысқа таралуы мүмкін. Отвалдарда үйеңкінің таралуы байқалмайды, олардың жеке даралары сирек кездеседі. Тәжірибе телімінде аймақтық өсімдіктерге тән өсімдіктердің – жусан (Artemisia vulgaris) мыңжапырақ (Achilea millifolia), шайқурай және т.б. өсуі байқалады. Кен үйінділерінде (отвалдар) жоңышқа және жима тарғақ жеке топтасқан түрде кездеседі.
Көп жылдық бұршақтұқымдастар буданды эспарцет және екпе жоңышқа №14 (үштік саз балшық+отвал) тәжірибе теліміндегі фитомелиоранттар болды. Қазіргі кезде осы өсімдіктердің бірлі-жарым даналары ғана қалған. Кен үйінділерінде (отвалдарда) үгілген ұнтақ топырақ фракциялары жиналған жерлерде көп жылдық бұршақ тұқымдас өсімдіктер әр жерде топталып өскенін байқауға болады.
Populus tremula – көктерек популяциясы кен үйінділерінен үштік саз балшықтарға өсімді жолмен таралған. Өсімді – тамыр өркені арқылы қарқынды көбеюінің арқасында көктерек үштік саз балшықтың бүкіл төселген қабатын ала отырып, өзінің күшті дамыған тамыр жүйесімен бұрын егілген бұршақ тұқымдас шөптерді ығыстырып шығарған. Бұл жағдайда тығыз жер асты қабаты түзіледі. Жер бетіндегі бөлігі өз жабынымен егілген шөптерді көлеңкелейді де егілген шөптерді ығыстырып шығарады. Екінші сукцессия үдерісі жүреді. Табиғи ортада көктеректің мол жемістенуі, оның тұқымдарының шығымдылығының жоғарылығы ортаның өсуге қолайлы жерлерін игеруіне көмектеседі.
Қорыта келгенде, Зырян кен үйінділерінде (отвалдарында) биологиялық рекультивацияны жүргізу нәтижесінде бүлінген жерлерде өсімдіктің көмегімен топырақ түзілу үдерісі жылдамдайды, бүлінген жерлердің орнына өнімді және тұрақты биогеоценоздар түзіледі.
Отвалдағы өздігінен өскен өсімдіктер
Отвалдардың бәрі тастардан тұрады. Отвалдар деген жер астындағы пайдалы қазбаларды өндіру үшін, ең алдымен топырақтың беткі қабаттары алынып, басқа ауылшаруашылығына пайдаланатын жерлерге төгіледі. Топырақтың беткі қабаты рудаға жеткенше алынып, басқа жерге төгіліп, биіктеп жинала береді. Соның нәтижесінде осы биіктігі 100-150 м дейін жететін отвалдар пайда болады. Жыл өткен сайын осы отвалдарға желмен ұшып келген шаң, топырақтар қонып, жиналып, оған өсімдіктердің тұқымы түсіп өздігінен өсе бастайды. Отвалдар ірі кесек тастардан тұрады. Өсімдіктің тұқымы қолайлы жерге түскен соң өсе бастайды. Олардың тамырлары тереңге кете алмайды, себебі ірі тастар оған кедергі болады, сол себептен де олар жайма тамыр құрады. Егер қатар өсіп тұрған екі өсімдіктің арасын ақырындап шөткемен тазалай бастасаң, өсімдіктің жайылып жатқан тамырын көресің (16,17,18-суреттер).
16,17,18 – Отвалдағы өздігінен өскен өсімдіктердің тамыр жүйесі
Осы өздінен өскен өсімдіктердің тамырлары бір бірімен жалғасып, біртіндеп отвалда көптеп өсе бастаған. Қолайлы жерлерде олар көптеп кездеседі. Олардың биіктігі 30 сантиметрден 2-3 м биіктікке дейін жетеді (19-сурет).
Отвалдағы өздігінен өскен қайың өсімдігі
Тәжірибе телімі салынған кезде яғни 22 жыл бұрын биологиялық рекультивация жүргізген кезде мынадай өсімдіктер отырғызылған: қайың, қарағай, қараған, үйеңкі, тал, арша, шырғанақ, қара қарақат өсімдіктері. Ағаш-бұталы өсімдіктердің жағдайы қанағаттандырарлық. Отырғызылған 10 қарағайдың 3 қалған. Үйеңкінің де бірлі жарымы ғана қалған. Ұзындығы 150 см қара қарақат жақсы сақталған, тіптен біз оның ұсақ жемісін де анализге жинап алдық. Қайыңдар жақсы сақталған, ұзындығы 200-400 см. Шырғанақ жемісі арқылы таралып, тәжірибе телімінің маңынан да өсе бастаған, осы дәрілік өсімдіктің жемісінің құрамындағы ауыр металдарды анықтау мақсатында жемісін жинап алдық.
Тәжірибе теліміндегі дәрілік шырғанақ өсімдігі
Жалпы алғанда тәжірибе телімінде ағаш-бұталы өсімдіктермен бірге мыңжапырақ, түйежоңышқа, тарғақшөп, шайқурай, шатыраш (шалфей) өсімдіктері жақсы өскен. Ұсақ жемістері бар бүлдіргеннің жеке түптері кездеседі. Жалпы алғанда тәжірибе теліміндегі де, өздігімен өскен өсімдіктердің де жағдайы қанағаттандырарлық.
Риддер қорғасын зауытының маңындағы өздігінен өскен өсімдіктердің көбінің жапырақтары бүлінген
Жасанды жасалған топырақ грунттарындағы фитоценоздардың биологиялық өнімділігі және экологиясы, олардың топырақтүзудегі рөлі
Әр түрлі варианттардағы өсімдік массасының биологиялық өнімділігінің көрсетуі бойынша, биомассаның жиналуы әсіресе саз балшықты субстратта болады. Тәжірибе участогындағы жалпы – жер бетіндегі және жер астындағы фитомассаны есептеудің көрсетуі бойынша, жер бетіндегі фитоценоздардың массасы №13 алаңшада (отвал-қара топырақ) — 4,93 ц/га, №12 алаңшада (отвал-саз балшық) -9,5 ц/га, үштік саз балшықта -10,30 ц/га болғанын көрсетті. Жер бетіне түскен өсімдік түсімі: №13 алаңда -17,46 ц/га; №12 алаңда-12,33 ц/га; 8 алаң -11,85 ц/га, үштік саз балшық -10,92 ц/га болды. Өсімдік тамырларының биомассасы: №13 алаңда-4,71 ц/га, №12-7,4 ц/га, ал үштік саз балшықта – 1,83 ц/га құрады.
1-диаграмма.Тәжірибе теліміндегі өсімдіктердің жалпы биологиялық өнімділігі, ц/га
Зырян кен орнының өнеркәсіптік отвалдарында биологиялық рекультивация жүргізу жағдайында өсімдік қалдықтарының ыдырау жылдамдығы, гумустүзілу және гумус жиналу
Өсімдік қалдықтарының ыдырауы және отвалдардың топырақгрунттарына органикалық заттардың түсуі елеулі мөлшерде топырақ жануарларының көмегімен жүретіні белгілі. Топырақ жануарлары жапырақ түсімдерімен және әр түрлі саңырауқұлақтармен, бактериялармен қоректене отырып, өсімідік қалдықтарын ыдыратуға қатысады (Бабенко,1970). С.С.Трофимов және басқа ғалымдар (1986) зерттеулері бойынша өсімдік түсімінің ыдырау қарқындылыгы зоомикробоценоздардың кешенді қызметіне байланысты. Өсімдіктердің әр түрлі бөліктерінің ыдырау жылдамдығын анықтау мақсатында біз мамыр айында барған сапарымызда тәжірибе қойдық. Ол үшін өсімдіктің әр бөлігінен 10 граммнан өлшеп, оны топырақ омыртқасыздары кіре алатындай саңлаулары бар торға салдық. Өсімдік тамырларын жерге көмдік, ал түсімі мен жапырағын немесе бұтақтары салынған өлшенген торларды жердің бетіне керіп, қалдырдық (21, 22, 23-сурет). Тамыз айының аяғында барған сапарымызда осы үлгілерімізді қазып алдық та, өсімдіктердің ыдырау жылдамдығын бастапқы материалдың салмағын жоғалтуы бойынша анықтадық. Нәтижелердің көрсетуі бойынша өсімдік түсімінің ыдырау жылдамдығы фитоценоздардың түріне және олардың бөліктеріне байланысты. Шөптесін өсімдіктердің жапырақтары да, түсімдері де, тамырлары да ағаш өсімдіктеріне қарағанда тезірек ыдырайды. Сондықтан түсім мен өсімдіктің тамыр жүйесінің жас топырақтарда ыдырау жылдамдығы микрозоофаунаның санына және қызметіне, сондай-ақ жиі өзгеріп отыратын гидротермиялық жағдайға тікелей байланысты болады.
Шығыс Қазақстан облысы жағдайында техногендік ландшафтардың жас топырақтарында өсімдік қалдықтарының толық ыдырауы ұзақ уақыт керек.
Топырақтүзілу процесінің жүруінің маңызды белгісінің бірі гумустың яғни қарашіріктің жинақталуы болып табылады.
М.М.Кононованың (1940,1950) зерттеулері бойынша өсімдік қалдықтарының гумификациялау бағыты мен қарқындылығы ортаның қасиеттеріне, оның физикалық, химиялық қасиеттерімен қатар биологиялық қызметіне де байланысты. Суару жағдайында және көпжылдық өсімдіктердің жоғары агротехника жағдайында қоректік элементтер мен органикалық заттардың жинақталуы шөптесін өсімдіктерді екі жыл өсірген кездің өзінде-ақ тез жүреді, ал үшінші жылы қарашіріктің жинақталуы баяу қарқынмен жүреді.
И.В.Тюрин (1965) гумус жинақталуында өсімдік жабынының рөлін ерекше атап өтті. Ол топырақта азоттың жиналуы гумустың жинақталуын айқындайтынын көрсетті.
А.К.Ярцева, А.В.Морозованың (1967) айтуынша топырақтағы органикалық заттың жинақталуына минералды тыңайтқыштар енгізу де әсер етеді, сондай ақ монтмориллионит сияқты балшықты минералдар шіріген өсімдік қалдықтарының органикалық заттарын желімдеп, олардың тез шіріп кетуінен қорғайды.
Субстраттағы органикалық заттың жинақталу қарқындылығы техногендік элювиймен және оның су-физикалық қасиетіне байланысты. Өнеркәсіптік отвалдарды биологиялық рекультивация жағдайында гумус заттарының динамикасы аймақтық топырақтың бастапқы жағлдайына қарағанда тозғанын көрсетті. Сонда да болса гумустың топтық құрамына қатысты әлі де аймақтық белгілері сақталғанын көрсетті.
Отвалда өсімдіктің өздігінен өскен жерлерінде табиғи жағдайда жас топырақтың кескіні пайда болуын зерттеу және техногендік экожүйелердегі топырақ түзілу процесінің бағытын анықтау мақсатында топырақ шұңқырлары қазылды.
Біздің жұмысымыздың нәтижелерінің көрсетуі бойынша отвалдық өсімдік өздігінен өскен жерлерінде және топырақ грунттары төселінген отвалдарды биологиялық рекультивация жүргізілген кезеңнен кейін топырақ түзілу процесі жүреді. Бұл жерлерде жас топырақтардың өте қысқа, қысылыңқы анық көрінетін тік дифференцияциялы кескінді морфологиялық белгісі бар горизонттары қалыптасқан. Топырақ грунттарының физикалық, физико-химиялық, химиялық, агрохимиялық және биологиялық қасиеттері өзгеріске ұшыраған. Табиғи жағдайда табиғи өсімдік өскен жерлерде 2 см гумус қабатының пайда болуы үшін ондаған тіптен одан да көп жылдар кетеді. Техногендік ландшафтарда топырақ түзілу процесі онда жоғары сатыдағы өсімдіктердің өсу жылдамдығына және олардың құрамына байланысты болады. Морфологиялық белгілер, топырақ грунттарының өзгерісі, кескін бойынша лай фракцияларының таралуы, элювиальды-иллювиалды горизонттардың қалыптасуы, карбонаттардың сілтісіздену процестері, қара шіріндінің түзілуі және қар шіріндінің жинақталу жылдамдығы және қоректік элементтердің мөлшерінің артуы құнарлы топырақ төселген субстраттарда және өсімдігі өздігінен өскен отвалдарда аймақтық тип бойынша жүретінін көрсетті.