Статья: Биоиндикационные методы наблюдений как элемент геоэкологического мониторинга зон влияния горнодобывающих предприятий

Горнодобывающие предприятия являются мощным источником преобразования поверхностных экосистем. Биоиндикационные методы весьма эффективны для оценки данных преобразований. В статье представлены результаты применения биоиндикационных методов для изучения экологической обстановки в зоне влияния Михайловского ГОКа (Курская магнитная аномалия).

Введение Горнодобывающие предприятия являются одним из основных объектов, значительно трансформирующих верхнюю часть литосферы. Как открытые, так и закрытые способы добычи полезных ископаемых кардинально изменяют все компоненты геоэкологической системы. Происходит коренная трансформация рельефа территории с градиентом высот в несколько сотен метров; деградирует почвенный покров, изменяются значения геополей; срабатываются и уничтожаются водоносные горизонты; нарушается естественное напряженное состояние массива, развиваются инженерно-геологические процессы и явления; отмирают малые реки и образуются техногенные поверхностные водотоки и т.п. [2].

Глубокая перестройка верхней части литосферы отражается на состоянии всех экосистем, начиная от растительности и заканчивая человеком. В этой связи объекты горнодобывающего класса являются одним из наиболее значимых при проведении эколого-геологических исследований территории.

Михайловский горнопромышленный район КМА расположен на северо-западе Курской области, занимает площадь около 500 км, приурочен к северной части Среднерусской возвышенности. На его территории разрабатывается Михайловское железорудное месторождение. На базе этого месторождения действует Михайловский ГОК, который является предприятием по добыче и переработке богатых руд, железистых кварцитов.

Комбинат ведет эксплуатацию месторождения открытым способом. Вскрышные породы и железные руды отрабатываются по транспортной системе разработки с внешним отвалообразованием. В настоящее время в состав предприятия входят следующие основные комплексные объекты:

- карьер, в контурах которого разрабатываются богатые руды, окисленные и неокисленные кварциты, вскрышные породы;

- дробильно-сортировочная фабрика;

- дробильно-обогатительный комплекс и фабрика комкования;

- отвалы;

- хвостохранилище;

- объекты железнодорожного, автомобильного транспорта, ремонтного назначения, обслуживающего и вспомогательного назначения, тепловое хозяйство.

В геостуктурном отношении рассматриваемая территория расположена в пределах северо-западной части Воронежской антеклизы, разделяющей Московскую синеклизу и Днепровско-Донецкую впадину. Выделены 2 структурных этажа. Нижний представлен сильнодислоцированными и метаморфизованными породами архея и протерозоя, образующими кристаллический фундамент. Верхний этаж (осадочный чехол) сложен породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя (средняя мощность в контуре действующего карьера 400-600 м).

Богатые железные руды приурочены к протерозойскому комплексу пород. Породы раннепротерозойского возраста претерпели низкую степень метаморфизма (фация зеленых сланцев). Кроме того, железистые кварциты испытали значительные изменения, связанные с процессом щелочного метасоматоза. Верхняя часть толщи железистых кварцитов (поздний протерозой) подверглась окислению различной степени.

В пределах рассматриваемого района подземные воды приурочены ко всем возрастным подразделениям осадочного чехла и трещиноватым зонам кристаллического фундамента. Широкий круг дренажных мероприятий, необходимый для обеспечения нормальных условий эксплуатации карьера, способствует существенному изменению режима подземных вод в районе. Система дренажного обеспечения заключаются в поверхностном прибортовом дренаже на технологических горизонтах для приема и сброса вод с последующим отводом системой дренажных канав и перепуском в водосбросные скважины. Понижение уровня грунтовых вод осуществляется как правило системой подземного дренажного комплекса и восстающих скважин.

В результате техногенного воздействия Михайловского ГОКа произошло коренное преобразование ландшафта, появился крупный карьер площадью 12 км2, глубиной 300 м, отвалы вскрышных пород, многие овраги и балки засыпаны вскрышными породами, на крупных балках созданы обширные техногенные водоемы, хвостоханилище на реке Песочной, водоханилище на реке Свапа (Копенковское), система мелких искусственных водоемов на реках Речица, Погарщина, Рясник.

Теория и методика Состояние биоты является индикатором экологического благополучия территории вследствие миграции элементов в системе «горные породы – подземные воды – газы – почва – биота». Под биотой будем понимать совокупность всех живых организмов, включая человека, связанных посредством обмена энергией и питательных веществ в единое целое. Это единое целое есть экологическая пирамида, фундаментом пирамиды являются автотрофные растения, которые трофически связаны с вершиной пирамиды – человеком [3].

Суть тератологического метода заключается в изучении влияния геологической среды на биоту, в частности на растительные организмы, которые в свою очередь являются биоиндикаторами геологической среды. Методика исследований разработана В.М. Захаровым и др. в рамках программы «Биотест» [1].

Растительная биомасса быстро реагирует на различные стрессовые воздействия, на отклонения от оптимума условий существования. Лимитирующие факторы могут быть как естественные (изменение температуры, влажности, химического состава почв и т.д), так и техногенные, которые по сравнению с естественными отличаются более катастрофичным характером проявления. Ответом на стресс (если его воздействие не выходит за пределы зоны угнетения, т.е. не приводит к гибели организма) является значительное изменение морфоструктуры растения (например, изменение формы, размера листовой пластины, удлинение или укорачивание стеблевидного черешка, утолщение кутикулы и др.) Одним из признаков естественного состояния является симметрия листовой пластины (вид симметрии двусторонний). Появление асимметрии свидетельствует о наличии неблагоприятных факторов в природной среде.

Метод изучения симметричности растений прост и характеризуется однозначностью интерпретации. Вследствие этого является одним из достоверных при изучении воздействия изменений в геологической среде, в данном случае загрязнения, на биоту.

В качестве объекта исследований были выбраны листовые пластины одуванчика Taraxacum officinale Web. У данного вида хорошо выражены элементы строения листовой пластины, также он отличается практически повсеместным распространением. В естественном состоянии листья являются симметричными [1].

Методика проведения тератологических исследований предполагает выполнение полевых и аналитических работ. В основу сети наблюдения положен техногенно ориентированный подход. Центром сети отбора растительных проб является хвостохранилище как наиболее экологически опасный объект. Направление профилей соответствует преобладающим ветрам за пять лет (1996-2000 гг.), а именно северное, западное и южное направления. Шаг отбора проб – 1 км. при невозможности отбора строго по профилю в той или иной точке проба отбиралась в допустимом радиусе (до 200 м) около обозначенного места с пометкой в привязке. С каждой точки отбиралось по 5 проб растительности по методу конверта.

Лабораторная обработка полевого материала сводится к расчету коэффициента асимметрии листовой пластины.

где S1 – площадь меньшей половины листа; S2 –

площадь большей половины листа.

По результатам пяти коэффициентов с каждой пробы высчитываются средние значения коэффициента асимметрии для каждой пробы.

По полученным данным выделяются следующие критерии оценки состояния среды:

Ка > 95% - экологическая норма;

95%>Ka>90% - экологический риск;

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--