Тематическое исследование: Успешное восстановление земель после добычи в Аппалачском регионе

Наследие горной промышленности в Аппалачском ландшафте

Горы Аппалачи, простирающиеся от Алабамы до Канады, были основным источником угля для Соединенных Штатов на протяжении более века. Добыча полезных ископаемых - особенно метод, известный как удаление горных вершин или добыча полос - коренным образом изменила топографию этого региона. Хотя эти операции обеспечивали энергию и рабочие места для местных общин, они также лишили верхний слой почвы, трещины породы и зарыли водостоки под миллионами тонн перегрузки. Определяющая задача современной сохранения Аппалачей - не просто остановить будущий ущерб от добычи, но активно обратить вспять экологические шрамы, оставшиеся после.

Стрип-майнинг удаляет растительный покров и слои почвы, на развитие которых уходят столетия. Как только угольный пласт обнажается и извлекается, земля остается в виде ряда крутых стен, плоских скамеек и кислых трофеев. Во многих случаях оставшаяся почва сильно уплотняется, имеет низкое содержание органического вещества и подвержена эрозии. Вода, которая просачивается через обнажённую породу, часто становится кислой, перенося тяжелые металлы, такие как железо, марганец и алюминий, в близлежащие ручьи. Этот опустошенный ландшафт требует преднамеренного и научно обоснованного процесса мелиорации для восстановления экологической функции и общественной ценности.

Закон о контроле и мелиорации наземных горных работ (SMCRA) 1977 года установил рамки для восстановления заминированных земель, требуя от операторов восстановления приблизительного первоначального контура земли и пересадки растительности. Однако в течение десятилетий мелиорация рассматривалась как упражнение по проверке коробок. Многие участки были просто сортированы плоскими, засеянными агрессивными неместными травами, такими как леспедеза, и освобождены от ответственности. Результатом часто был стабильный, но экологически бесплодный ландшафт, обычно называемый «зеленой пустыней», который практически не поддерживал биоразнообразие, не возвращал землю в местный лес, а иногда продолжал выщелачивать загрязняющие вещества в водоразделы.

Тем не менее, недавние усилия в Аппалачи, особенно в Западной Вирджинии, Кентукки и Пенсильвании, доказали, что возможен другой результат. Восстановление земель превратилось из нормативного обязательства в дисциплину экологического восстановления. В этой статье рассматриваются инновации, проблемы и проверенные стратегии, которые в настоящее время обеспечивают измеримый успех в восстановлении добытых на полосах земель, демонстрируя, как деградированные бывшие горнодобывающие объекты могут снова поддерживать леса, дикую природу и местную экономику.

Понимание масштаба экологического ущерба

Чтобы оценить, чего достигает успешная мелиорация, важно понять конкретные причины повреждения, вызванные добычей полос. В отличие от подземной добычи, которая оставляет поверхность относительно нетронутой, добыча полосы извлекает уголь, удаляя все выше шва. В регионе Аппалачи это означало удаление целых горных вершин и долины, заполняющих щебень, который закапывает тысячи миль ручьев. Агентство по охране окружающей среды задокументировало, что добыча затронула более 1,2 миллиона акров Аппалачского леса с 1980 года.

Три основные категории ущерба, которые должны быть устранены при рекультивации:

Основные принципы эффективного восстановления

Не все мелиорации созданы равными. Различие между "зеленой пустыней" и по-настоящему восстановленной экосистемой сводится к горстке вариантов дизайна и экологических принципов. Наиболее успешные проекты мелиорации в Аппалачи имеют следующие характеристики:

1. Восстановление топсоилезной и почвенной биологии

Единственным наиболее важным фактором успеха в восстановлении лесов является качество и глубина почворазведения. Во многих старых проектах мелиорации шахты были просто градуированы, а затем покрыты тонким слоем фрагментов горных пород и испорчены. В этой «минной почве» не хватало структуры и органического вещества, которые требуют местные Аппалачские деревья. Исследователи из Virginia Tech и Университета Кентукки показали, что, когда руководители проектов намеренно повторно используют верхний слой почвы, накопленный до добычи и распространившийся на глубину не менее четырех-шести футов, выживаемость деревьев и темпы роста резко возрастают.

Некоторые проекты пошли дальше, включив в поправку почву компостированные органические вещества, биотвердые вещества или даже осадок бумажного мельницы. Эти дополнения восстанавливают микробные сообщества, необходимые для круговорота питательных веществ, и помогают восстановить почвенную губку, которая сохраняет влагу и поддерживает развитие корней. Результатом является не просто больше деревьев, но почвенная экосистема, которая может поддерживать себя с течением времени без постоянных вводов удобрений.

2. Использование подхода к лесовосстановлению (ФРА)

Подход к восстановлению лесов, разработанный в рамках совместной работы Управления по восстановлению и обеспечению соблюдения наземных горных работ, университетов и заинтересованных сторон отрасли, обеспечивает проверенную пятиэтапную методологию для восстановления добытых земель в продуктивных лесах.

При правильном выполнении этих шагов участки FRA могут достичь показателей выживаемости деревьев от 70 до 90 процентов в первые пять лет по сравнению с показателями отказов от 50 процентов или выше на традиционно регенерированных участках. Подход широко принят в Западной Вирджинии и Пенсильвании, где в настоящее время считается лучшей практикой восстановления лесной среды обитания на бывших шахтах.

3. Строительство водно-болотных угодий для очистки воды

Многие восстановленные шахтные участки продолжают сбрасывать загрязненную воду в течение многих лет или десятилетий после остановки добычи, особенно там, где открытая порода содержит пирит, который окисляется для образования серной кислоты. Системы пассивной обработки, особенно построенные водно-болотные угодья, стали важным инструментом для завершения работы по мелиорации. Эти системы используют известняковые стоки, аноксичные бассейны и водно-болотные угодья для нейтрализации кислотности и улавливания металлов до того, как вода покинет участок. Хорошо спроектированные водно-болотные угодья могут обрабатывать скорость потока до 50 галлонов в минуту без потребления электроэнергии или необходимости ежедневного химического дозирования, что делает его идеальным для отдаленных Аппалачских долин, где не хватает энергии и труда.

4. долгосрочный мониторинг и адаптивное управление

Успешная мелиорация не заканчивается, когда высаживается последнее дерево. Наиболее эффективные проекты создают постоянные участки мониторинга для отслеживания выживания деревьев, химии почвы, качества воды и видового разнообразия в течение десяти лет и более. Эти данные позволяют менеджерам корректировать состав посадки, устанавливать средства контроля эрозии или отсеивать неэффективные участки. Адаптивное управление особенно важно в условиях изменения климата, которое смещает оптимальные диапазоны многих видов деревьев Аппалачей и увеличивает частоту засухи и экстремальных штормов, которые могут напрягать молодые посадки.

Тематическое исследование: Проект округа Пайк в Восточном Кентукки

Несколько примеров иллюстрируют потенциал современной мелиорации так же ясно, как проект округа Пайк в юго-восточной части Кентукки, регионе, который был в эпицентре добычи угля в Аппалачи более века. Участок, известный на местном уровне как Верхняя Вилка Рассела, был добыт для высококачественного битумного угля с 1970-х годов до его закрытия в 2004 году. Когда операции прекратились, участок состоял из примерно 1200 акров крутых стен, компактных скамей и свай угольных шахт, которые быстро проливали воду в реку Рассел Форк - национально признанный поток белой воды, который поддерживает растущую экономику туризма.

Усилия по рекультивации, начатые в 2007 году, были партнерством между Кентукки энергетического и экологического кабинета, Управлением по наземной добыче, некоммерческой Аппалачской региональной инициативы по лесовосстановлению (ARRI) и заинтересованными сторонами местного сообщества. В отличие от многих предыдущих проектов мелиорации, которые стремились только стабилизировать участок и засеять его пастбищными травами, проект округа Пайк намеревался восстановить функционирующую лесную экосистему, которая обеспечит среду обитания дикой природы, улучшить качество воды и поддержать рекреационное использование.

Первый этап проекта предусматривал реградацию примерно 600 акров уплотненных скамеек. Используя бульдозеры, оборудованные разрывными приспособлениями, рекультивационная бригада разбила плотную шахтную почву на глубину от трех до четырех футов, затем распространила слой местного верхнего слоя почвы, который был накоплен во время первоначальной операции по добыче. Этот шаг стоил более 1,2 миллиона долларов, но он был необходим для создания глубокой, рыхлой почвы, которая требуется корням деревьев.

В первый посевной сезон команда установила 160 000 саженцев деревьев, представляющих 12 местных видов Аппалачей. Смесь включала быстрорастущие новаторские деревья, такие как черная саранча и тополь тюльпанов, чтобы обеспечить ранний покров навеса, наряду с более медленными растущими дубами, икориями и сахарными кленами, которые будут доминировать в зрелом лесу. Каждое дерево было посажено вручную, используя технику, называемую «щелочной посадкой», чтобы минимизировать нарушение почвы и обеспечить хороший контакт корня с почвой. Команда также посадила более 15 000 кустарников, включая американскую бузину, специбуш и цветущие собачьи деревья, чтобы обеспечить пищу и покрытие для птиц и мелких млекопитающих.

Качество воды было главной проблемой на этом участке из-за близости к реке Рассел Форк, которая поддерживает популяцию находящихся под угрозой пресноводных мидий и привлекает каякеров со всей страны. В рекультивацию входили четыре построенных водно-болотных угодья, размещенных на выходе основных водосборных бассейнов. Каждое водно-болотное угодье состояло из серии мелких ячеек, выложенных известняковым гравием, засаженных хвощами, бульшами и осадками. Проводимая Кентукки дивизией воды проба воды показала, что водно-болотные угодья снизили общую концентрацию железа в среднем на 92% и алюминия на 87% в течение двух лет строительства. pH сбрасываемой воды поднялся с начального кислого диапазона 4,5 до нейтрального pH 6,8 до 7,2, что соответствовало государственным стандартам качества воды для водной жизни.

К концу третьего вегетационного сезона проект округа Пайк достиг выживаемости деревьев в 84%, что намного превышает типичную выживаемость в 50% для обычной мелиорации. Коренные травы и полевые цветы вызвались добровольцами в подлесок, и биологи задокументировали возвращение белохвостых оленей, дикой индейки и нескольких видов мигрирующих певчих птиц, которые отсутствовали на участке в течение десятилетий. Место было открыто для публики в 2013 году как район управления дикой природой Верхнего Рассел-Форка, обеспечивая пешеходные тропы, примитивный кемпинг и доступ к рыболовству на реке Рассел-Форк.

Общая стоимость проекта по рекультивации составила около 8,4 млн долларов, или около 7 тыс. долларов за акр. Это примерно вдвое превышает стоимость обычной рекультивации травы и бобовых, но сторонники утверждают, что долгосрочные экологические и экономические выгоды оправдывают инвестиции. В настоящее время сайт поддерживает рекреационную экономику, которая генерирует примерно 300 тыс. долларов в год от посетителей, а восстановленный лес секвестрирует примерно 2400 метрических тонн углекислого газа каждый год - значение, которое в конечном итоге может быть монетизировано за счет углеродных кредитов.

Уроки проекта округа Пайк

Успех мелиорации в округе Пайк предлагает несколько уроков для будущих реставрационных работ в Аппалачи и за ее пределами.

Важность партнерских отношений

Ни одна организация не может восстановить крупный участок шахты в одиночку. Проект округа Пайк увенчался успехом, потому что федеральные и государственные учреждения, университеты, некоммерческие группы и местные граждане принесли необходимые ресурсы: финансирование, научную экспертизу, регулирующие органы и знания сообщества. Аппалачская региональная инициатива по лесовосстановлению действовала как соединитель, обмениваясь передовым опытом по всем государственным линиям и обучая рекультивационные бригады в методах, дружественных к лесам. Эта совместная модель теперь тиражируется в других штатах, включая успешный проект по восстановлению брод-рана в Западной Вирджинии и восстановление киттаннинговых лесов в Пенсильвании.

Терпение и длинные горизонты

На восстановление лесов уходят десятилетия, а не годы. Руководители проектов округа Пайк знали, что первое поколение деревьев не будет производить зрелый лес в течение их жизни. Они посадили его на будущее, зная, что работа, которую они проделали в 2000-х годах, не достигнет своего полного экологического потенциала до 2050-х годов. Эту долгосрочную перспективу трудно поддерживать в политической и финансовой среде, которая способствует быстрым, видимым результатам. Тем не менее, это важно для мелиорации, которая стремится восстановить местные лесные экосистемы, а не просто стабилизировать почву.

Экономика рекультивации

Возврат стоит денег, и эти деньги должны откуда-то поступить. В случае с округом Пайк проект финансировался за счет комбинации федеральных средств заброшенных шахтных земель (AML), государственных взносов и частных грантов. Средства AML собираются из сбора на текущую добычу угля, то есть сама угольная промышленность предоставляет большую часть денег на очистку унаследованных шахт. Однако фонд AML сокращается по мере сокращения добычи угля, что вызывает вопросы о том, как будет финансироваться будущая рекультивация. Некоторые штаты изучают инновационные механизмы финансирования, включая добровольные углеродные компенсации, природоохранные сервитуты и государственно-частные партнерства, которые позволяют разработчикам возобновляемых источников энергии строить солнечные фермы на восстановленных шахтных землях.

Расширение рекультивации за пределами Аппалачи

В то время как Аппалачский регион является центром этого тематического исследования, разработанные там методы все чаще применяются к другим средам добычи по всему миру. В угольных месторождениях бассейна реки Поудер в Вайоминге команды по мелиорации приняли принципы FRA для восстановления засушливых прерий короткотравника. В тропических лесах Суматры специалисты по мелиорации используют глубоководное вырывание почвы и местные посадки деревьев для восстановления земель, добытых для меди и золота. А в бореальных лесах Канады тот же подход к изменению почвы и строительству водно-болотных угодий помогает восстановить нарушения добычи нефтяных песков. Аппалачский опыт стал глобальной моделью для превращения деградированных горных участков в продуктивные экосистемы.

Проблемы, которые остаются

Несмотря на эти успехи, сохраняются значительные проблемы. Первая - масштаб: в одной только Аппалачи по-прежнему имеется около 700 000 акров невостребованных заброшенных шахтных земель, а текущее финансирование мелиорации охватывает лишь несколько тысяч акров в год. При таких темпах потребуются столетия, чтобы полностью решить проблему наследия добычи полос в регионе. Вторая проблема - это трудность восстановления полного набора местных видов биоразнообразия, включая редкие виды растений и почвенные микробы, которые не могут быть просто посажены или привиты. В-третьих, изменение климата изменяет условия окружающей среды, с которыми должны бороться проекты мелиорации, что затрудняет прогнозирование того, какие виды деревьев будут процветать в будущем.

Оригинальное название: A Path Forward

Успешные проекты по мелиорации земель в округе Пайк, штат Кентукки, и в регионе Аппалачи демонстрируют, что земля, добытая в полосах, может быть восстановлена в продуктивном использовании. Это требует серьезной приверженности ресурсов, готовности уважать экологические процессы и долгосрочного видения, которое выходит за рамки немедленного соблюдения нормативных требований. Результаты - чистая вода, процветающие популяции диких животных и новые экономические возможности для сообществ - стоят инвестиций. Для каждого акра деградированных шахтных земель, которые рекультивируются в здоровые леса, регион делает еще один шаг к преодолению своего добывающего прошлого и построению устойчивого будущего. Уроки Аппалачи предлагают практический план восстановления поврежденных ландшафтов в любой точке мира, где добыча оставила свой след.