Дербенцева А.М., Крупская Л.Т., Степанова А.И. Рекультивация деградированных и воссоздание разрушенных почв

Подождите немного. Документ загружается.

Протяженность зоны за лесополосами с повышенной температурой почвы

достигает следующих размеров:

- за плотной полосой – 20 Н,

- за ажурной полосой – 25 Н,

- за продуваемой полосой – 30 Н.

В зимний период температура почвы на межполосных полях в среднем на 1-5

выше. Это связано с высотой снежного покрова, который предохраняет почву от

охлаждения, обеспечивает более благоприятные условия для перезимовки озимых

культур. Весной на полях, защищенных лесными полосами, при отсутствии или

редком травостое почва прогревается больше, чем в открытом поле, что способствует

быстрому накоплению сумм эффективных температур. Летом, когда появился густой

травостой сельскохозяйственных культур, температура почвы на межполосных полях

днем становится на 1-1,5

ниже, а ночью на 0,5-1,0

выше, чем в открытом поле.

2.4.3. Гидротехнические сооружения для регулирования, перехвата и задержания

вод, нарушающих почвенный профиль

Гидротехнические противоэрозионные сооружения являются важнейшей

составной частью рекультивационных работ, являясь частью комплекса мероприятий

по борьбе с эрозией почв. Они не только защищают почвы от смыва и размыва, но и

улучшают гидрологический режим склоновых земель. Их строительство позволяет

освоить ранее не пригодные земли для сельского и лесного хозяйств.

По целевому назначению противоэрозионные сооружения объединяются в

следующие группы.

1. Сооружения для регулирования и задержания поверхностного стока на

водосборах, которые включают различного типа террасы, водозадерживающие валы,

распылители стока, склоновые лиманы.

2. Сооружения для перехвата и отвода поверхностного стока, поступающего с

водосборов. К ним относятся водоотводные (водоподводящие) валы, различного типа

водоотводящие канавы.

3. Головные (вершинные) сооружения для сброса концентрированного стока:

лотки-быстротоки, ступенчатые перепады, консоли, шахтные и трубчатые

водосбросы.

4. Сооружения для регулирования и задержания стока в балках и оврагах, а также

в поймах рек: запруды, пруды, пойменные лиманы.

5. Сооружения для защиты берегов от размыва интенсивным стоком в балках и

оврагах, в руслах рек. К ним относятся защитные и подпорные стенки, а также

мероприятия по спрямлению, обвалованию и углублению русел.

3. ВОССОЗДАНИЕ ПОЧВ И ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

В результате воздействия горного производства на почвенный покров и почвы,

как и на все компоненты природной среды, возникают нооландшафты, в том числе и

техногенные. Они отличаются друг от друга положением в рельефе и степенью

дренированности, технологией отработки месторождения с разным геологическим

строением, характером и размером карьеров, состоянием и степенью разрушенности

горных пород и их гранулометрического состава (табл. 13, 14).Они оказываются в

совершенно иных гидрологических условиях (табл. 15), что имеет большое значение

для подбора способов их воссоздания.

Таблица 13

Морфометрическая характеристика форм техногенного рельефа (на примере

Приморья и Приамурья)

Размеры Положение в рельефе

Тип техногенного ландшафта

(название горного предприятия)

длина,м

шири-

на, м

глуби-

на, м

дрени

рован

ный

водо-

раз-

дел

дрени

рован

ный

склон

дрени

рован-

ная

рав-

нина

1.Карьерно-отвальный

бугристый

угольные разрезы:Реттиховский,

Лучегорский,

Ургальский открытый участок

280-

600

3300

200-

1000

200-

450

2400

80-250

40-150

20-50

2.Карьерно-отвальный гребневид

ный (прииски, старательские

артели)

10-30

3.Карьерно-отвальный крупно-

грядовый:

Вознесенский карьер,

Корфовский карьер

1500

900

800

500

100-135

Таблица 14

Характеристика поверхностного слоя пород в техногенных ландшафтах

Породы, слагающие поверхностный слой

Тип техногенного ландшафта

(горное предприятие)

по генезису по проис-

хождению

по упаковке по грану-

лометри-

ческому

составу

1.Карьерно-отвальный угристый

(угольные

разрезы:Реттиховский

Лучегорский

Ургальский открытый участок

Метаморфи-

ческие

Метаморфи-

ческие,оса-

дочные

Метаморфи-

ческие.

Делювий,

аллювий

Делювий

Элювий,

делювий

Обломоч-

ные,

рыхлые

Обломоч-

ные,

рыхлые

Обломоч-

ные,

рыхлые

Суглинки,

супеси

Суглинки,

Глины

Суглинки,

супеси

2.Карьерно-отвальный

гребневидный (прииски,

старательные артели)

Осадочные

Элювий

Рыхлые

Пески,

суглинки

3.Карьерно-отвальный крупно-

грядовый ,карьеры:

Вознесенский,

Корфовский

Осадочные,

метаморфи-

ческие, маг-

матические

Магматиче-

ские

Делювий

Элювий,

делювий

Массивно-

кристалличе

ские, обло-

мочные, ры-

хлые

Массивно-

кристалли-

ческие

Суглинки,

супеси,гли

ны

Суглинки,

супеси

Таблица 15

Группировка нарушенных земель по степени дренированности

Типы Возможное использование

1.Водораздельные

дренированные

Залужение или залесение, как с предварительной планировкой,

так и с сохранением вновь возникших форм техногенного

рельефа

2.Склоновые дре-

нированные

Залужение или залесение, как с предварительной планировкой,

так и с сохранением вновь возникших форм техногенного

рельефа

3.Склоновые слабо

дрениронные

После обеспечения дренажа залужение или залесение с целью

создания оптимального гидрологического режима на вновь соз-

даваемых почвах

4.Равнинные дрени-

рованные

Залужение или залесение

5.Равнинные не дре

нированные

Создание новых почвенных профилей с заданными свойствами:

агрохимическими, минералогическими, микробиологическими,

гидрологическими

Для оценки пригодности разрушенных земель к воссозданию необходимо

обратить особое внимание на вскрышные породы. Вскрышные породы являются

литогенной основой первичных экотопов, а также почвообразующей породой для

возникающих почв. В качестве главных признаков их пригодности в использовании

для воссоздаваемого почвенного профиля принимаются такие показатели: рН среды,

содержание углерода, гранулометрический состав, биогенность, твердость. По набору

названных показателей выделены пригодные, малопригодные и непригодные к

использованию в восстановительных работах породы. Рассмотрим их более подробно.

1. Пригодные по плодородию породы. Характеризуются содержанием углерода

от 1 до 2 % и более, рН от слабокислой до кислой, водорастворимые соли в которых

содержаться в безвредных для произрастания растений количествах. Они имеют

зернисто-комковатую структуру. Водно-физические их свойства (влагоемкость,

водопроницаемость, набухание и др.) вполне благоприятны. К этой группе отнесены

четвертичные отложения, аргиллиты, алевролиты, сапропель, торф низинный. Их

можно назвать потенциально плодородными породами. В процессе добычи полезных

ископаемых их селективно снимают и складируют.

2. Малопригодные по плодородию породы. Отличаются кислой или щелочной

реакцией среды, низким содержанием биогенных элементов. Они представлены

суглинками, верховым торфом, глинами со щебнем, галькой, дресвой, гравием,

известняком, доломитами, сланцами, песчаниками сцементированными.

3. Непригодные по физическим свойствам (трудно выветриваемые скальные

породы), содержащие токсичные элементы (известняк плотный, крупно- глыбистый).

Для обеспечения эффективной разработки полезных ископаемых возникает

необходимость создания новой технологии горных работ, комплексном

использовании всех природных ресурсов, в том числе земельных, внедрения

малоотходных технологических схем. Системы контроля состояния природной среды

и прогноза её в зоне действия горного предприятия, а также проведение работ по

воссозданию почвенного профиля в одном технологическом цикле (вскрышных,

отвальных и добычных работ с использованием на всех этих процессах основного

горнотранспортного оборудования). При этом комплекс подготовительных работ

должен опережать очистную выемку и выполняться с учетом последующего

воспроизводства продуктивности разрушенных земель. Особое внимание следует

уделять выбору технологических схем и организации разработки, обеспечивающих

рациональное сочетание очистных и вскрышных работ, а также возможности

размещения отвалов вскрышных пород в выработанном пространстве. Одновременно

с ведением добычных работ следует параллельно создавать плодородие на землях,

нарушенных горными работами, по мере продвижения фронта очистных работ.

Технологически осуществимо сокращение масштабов загромождения земной

поверхности вскрышными отвалами путём применения методов отработки

месторождения с внутренним отвалообразованием.

Таким образом, пространственная локализация и нейтрализация отрицательного

воздействия горных работ на земельные ресурсы достигается: полнотой

воспроизводства продуктивности нарушенных земель и своевременностью

проведения работ по воссозданию почвенного покрова (сокращая разрыв во времени

между разрушением и воссозданием); созданием на не дренированных площадях

новых почвенных профилей с заданными свойствами, отвечающими

биоклиматическим условиям района; созданием максимально хороших условий на

вновь созданных территориях, для активного самозарастания растительностью

(особенно вдали от населенного пункта).

Следовательно, для получения плодородного горизонта на поверхности

обнаженных горных пород нужно осуществить ряд мероприятий, направленных на

создание условий по превращению разрушенных площадей в земли

сельскохозяйственного, рекреационного и других видов использования.

Осуществляется это в несколько этапов:

- подготовительный,

- горнотехнический,

- биологический,

- геохимический.

3.1. Подготовительный этап

В этот период проводится инвентаризация предполагаемых источников

загрязнения. Информацию собирают на горном предприятии, лаборатории, из

экологических паспортов, в местных органах природы и санэпиднадзора. Информация

должна включать следующие данные:

- местонахождение горного предприятия и занимаемая им площадь;

- используемая технология и история производства;

- качественный и количественный состав выбросов в атмосферу и промстоков;

- места складирования отходов.

Выявляются основные загрязняющие вещества и их возможная опасность

согласно ГОСТ «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для

контроля загрязнения». Анализируется материал о природно-климатических условиях,

где создается горное предприятие. Собираются данные о направлении и частоте

господствующих ветров, о гидротермическом режиме, о количестве осадков,

характере растительного покрова, о гидрологических особенностях, гигиенической

обстановке, санитарно-эпидемиологическом состоянии. Составляется карта

планируемых нагрузок на исследуемой территории, а также прогнозируются зоны

возможного влияния на почвы этих нагрузок. На карту наносятся границы

водосборных бассейнов, гидрографическая сеть, в ряде - случаев почвенные

контуры.. Конечным итогом подготовительного этапа работы является выявление зон

наиболее уязвимых в отношении загрязнения земель, дается примерная оценка

площади и интенсивности загрязнения в этих зонах, определяются участки с

повышенными требованиями к уровню их загрязнения (места, примыкающие к

водоемам питьевого назначения, водоохранные и прибрежные полосы по берегам

рыбохозяйственных водных объектов, приусадебные хозяйства, зоны рекреации,

сельскохозяйственные угодья).

3.2. Горнотехнический этап

Первый этап – горнотехнический включает несколько видов работ:

- создание гидротехнических сооружений, способных обеспечить

оптимальный гидрологический режим увлажнения;

- планировка территории;

- возвращение на спланированную территорию гумусового горизонта (если он

складировался и сохранялся) либо завоз гумусового слоя с других территорий.

В процессе разработки полезных ископаемых, производства горных работ

создаются техногенные формы рельефа, которые можно классифицировать

следующим образом (табл. 16).

Таблица 16

Группировка нарушенных земель

По техногенному

рельефу

По характеру нарушения По форме рельефа

1. Карьеры очень глубокие

глубокие

неглубокие

котлованообразные

террасированные

2. Отвалы внешние

внутренние

платообразные,

близкие к уровню естест-

венной поверхности,

средневысокие,

гребневидные

3. Гидроотвалы бугристые,

грядово-бугристые

Ранее отмечалось, что технология отработки золота и угля способствует

возникновению карьерно-отвальных ландшафтов разной конфигурации и

размерности:

по местоположению:- горные (горно-вершинные, горно-склоновые);

- равнинные;

- долинные;

по размерности: - крупные карьерно-отвальные, средние и мелкие;

по конфигурации: - котловинно продольные многоступенчатые (в основном

горно-склоновые и крупно равнинные),

- котловинно-продольные одноступенчатые (равнинные,

склоновые),

- котловинные округлые (горно-вершинные и равнинные);

- дражные поля;

по составу вскрышных пород:

- щебнисто-мелкоземистые (гранитные, базальтовые,

кварцитовые и др.),

- мелкоземистые (пески, супеси, суглинки, глины, золо-

отвалы),

- торфяные и торфяно-глинистые;

по степени дренированности:

- водораздельные дренированные,

- склоновые дренированные,

- склоновые слабо дренированные,

- равнинные дренированные,

- равнинные не дренированные.

Затем на первом этапе воссоздания разрушенных почв нужно восстановить

разрушенную поверхность и подготовить её к различным видам целевого

использования. Сюда входит создание рациональных форм рельефа отвалов и выемок,

планировка поверхности, выполаживание откосов, ликвидация последствий усадок,

создание сети подъездных дорог, зарегулирование водоемов, образовавшихся на месте

котлованов, ложбин, логов и других отрицательных форм рельефа. Возвращение на

созданную поверхность (поверхность нооландшафта) ранее снятого и хранимого в

буртах гумусового горизонта завершает первый этап. Масса гумусово-

аккумулятивного горизонта наносится на созданную поверхность, субстрат которой

делится на: а) собственно породную массу отвалов, б) вторичные наносы, связанные с

отвалами – техногенный делювий, техногенный аллювий и техногенный аллюво-

пролювий.

Субстраты отвалов плохо стратифицированы. Закономерных изменений

перераспределения материала не наблюдается. В процессе формирования отвалов на

поверхности оказываются смеси глубинных пород, которые претерпевают

интенсивные изменения вследствие попадания их в совершенно другие

термодинамические условия. Субстраты отвалов и их литология, минералогический,

гранулометрический и вещественный составы неоднородны. Наряду с

грубодисперсным и обломочным материалом значительная часть объемов отвалов

состоит из сульфидсодержащих углистых глин с очень плотным сложением,

суглинков, супесей, включающих кристаллы пирита. Минеральная часть отвалов

золото- и угледобычи представлена обломками горных пород (табл. 17). По генезису

все горные породы объединяются в группы:

1) магматические, или изверженные, представленные гранитами, андезитами,

базальтами,

2) метаморфические (глинистые, углистые, хлоритовые сланцы, аргеллиты),

3) осадочные (покровные суглинки, глины, пески).

В зависимости от минералогического состава они имеют разный химический

состав, Породообразующие минералы при своем разрушении образуют мелкозем. Из

кристаллических решеток минералов высвобождаются химические элементы,

участвующие во всех геохимических, биохимических, химических, биологических,

физико-химических процессах. Почвообразование включает все эти процессы.

Химические элементы, высвобождающиеся из исходного сырья под воздействием

процессов растворения, гидратации, гидролиза, десиликации, карбонитизации

переходят в раствор. Во времени и пространстве процессы химических превращений

постоянно изменяются. В результате перераспределения веществ (миграции) в техно-

Таблица 17

Минералогический состав основных горных пород, % от объема породы (по

Ершову, 1984)

Порода Орто-

клаз

Плагио-

клаз

Кварц Биотит

Минералы основной

массы

Гранит 15 56 21 3 Роговая обманка, апатит,

рудный минерал

Гранодиорит - 65 25 4 Роговая обманка, апатит,

циркон, рудный минерал

Базальт - 10 - - Пироксен, стекло, рудный

минерал

Липарит - - 15 - Рудный минерал

Гранодиорит-порфир

- - 50 - Калишпаты

Кварцевый порфир - - 52 - Полевые шпаты, стекло

Кварцевый диорит - 51 17 10 Роговая обманка, циркон,

апатит, рудный минерал

генных экосистемах образуются зоны их концентрации и зоны обеднения. Перенос

может происходить в виде истинных или коллоидных растворов и суспензий. Вновь

образованные зоны называются генетическими горизонтами. В зависимости от

экологических условий они характеризуются своими морфологическими признаками.

Вторичные наносы (например, техногенный делювий), в отличии от субстратов

отвалов, в некоторой степени стратифицированы. Их морфология и состав

изменяются как по вертикали, так и в связи с положением относительно отвала.

Вторично переотложенный техногенный материал, поступающий с поверхностным

плоскостным стоком от отвалов пород, представляет собой неоднородную массу,

дифференцированную на отдельные слои, прослои, отличающиеся друг от друга

цветом, плотностью, гранулометрическим составом, характером и степенью

выветрелости обломков. С увеличением расстояния от отвалов техногенные наносы,

перекрывающие почвы, выклиниваются, уменьшается количество и размер

включений, меняется строение наносов. Отмечается общая тенденция их слоеватости,

уменьшается мощность отдельных слоев, хотя само чередование их носит случайный

характер. Переотложенные субстраты сильно уплотнены, встречаются слитные

прослои с высокой плотностью и низкой пористостью.

Все мероприятия, связанные с воссозданием разрушенных почв (включая

проектные работы) должны быть составной частью всей технологической цепочки

добычи полезных ископаемых или строительных материалов, а также строительства

дорог, газо-, водо-, нефтепроводов и любых других работ, ведущих к разрушению

почв. Это проектирование, как единое целое, должно включать сбор и анализ

следующей информации.

1.Агрохимические свойства снимаемого с поверхности почв гумусового

горизонта: реакция среды, состав почвенно-поглощающего комплекса и ёмкость

поглощения, содержание подвижных форм элементов питания растений,

гранулометрический состав, объемная масса мелкозема, содержание и состав гумуса,

мощность гумусового горизонта.

2. Характеристика условий мест хранения снимаемого гумусового слоя и

необходимые для этого площади, мощность бурта с сохраняемым гумусовым

горизонтом.

3. Оценка возможности использования бурта с сохраняемым гумусовым

горизонтом для хозяйственных нужд (фруктово-ягодная плантация и т.п.).

4. Проектирование, а в дальнейшем и проведение работ по созданию на

поверхностях с уклонами более 5

противоэрозионных сооружений (террасирование

склонов, создание ловчих борозд, каналов, водосливов и водоприемников).

3.3. Биологический этап

Горнотехнический этап воссоздания разрушенных почв переходит в следующую

биологическую стадии постепенно. Это связано с тем, что возвращение гумусового

горизонта на поверхность техногенного ландшафта осуществляется в два приема:

1. частичное нанесение гумусового горизонта слоем 10-15 см и

перемешивание его с горной породой;

2. окончательное нанесение гумусового горизонта до проектной мощности

(20-25 см) с последующей планировкой территории.

К создаваемому гумусовому горизонту предъявляются следующие требования: он

должен иметь реакцию среды близкую к нейтральной; он не должен содержать

химические элементы-загрязнители (в том числе, радиоактивные), а также

неразложившиеся остатки пестицидов; он не должен содержать патогенные

микроорганизмы; он не должен быть засорен отходами производства (строительный

мусор, бытовые отходы и т.п.).

На биологическом этапе воссоздания почв производится:

- выбор направления использования почв (пашня, сенокос, фруктово-ягодные

насаждения, парковая рекреационная зона, лесной массив, охранная защитная

противоэрозионная зона;

- выбор видов растительности, наиболее биологически продуктивных, создающих

большую биомассу и обеспечивающих; высокую скорость биологического

круговорота;

- разработка архитектуры древесно-кустарниковых насаждений (при создании

парково-рекреационной зоны) с учетом биологических особенностей растительности

и ее эстетического воздействие на человека;

- воссоздание гумусового горизонта при помощи растительности и органических

остатков.

Наибольший и быстрый биологический эффект на горные породы оказывают

травы, особенно многолетние. Они ежегодно дают 200-300 ц/га биологической массы,

более 50 % которой отмирает и вовлекается в процесс гумусообразования. Лучше

использовать набор рыхло-кустовых злаковых и бобовых культур.

3.3.1. Развитие и превращение органической части в техногенных ландшафтах

Изучение процессов почвообразования в техногенных ландшафтах представляет

большой интерес для познания процессов зарождения и эволюции почв. Нами

обобщены материалы по изучению процессов формирования «молодых почв» на

разновозрастных отвалах угольных разрезов, строительных карьеров и дражных

полигонов Приамурья и приморья. Впервые для этих условий изучалась скорость

почвообразования, количество и состав органического вещества в техногенных

ландшафтах (табл. 18).

В.И. Вернадский всю совокупность организмов: растения, микроорганизмы и

животные – назвал «живым веществом» и первым обратил внимание на большую

энергетическую силу его в процессах разрушения и изменения минеральных

образований на планете.

Рассматривая процессы превращения органического материала, следует иметь

ввиду, что в техногенные ландшафты поступает не всё «живое вещество», а лишь его

часть – растительность и микроорганизмы, а на первых стадиях – водоросли и

лишайники, роль которых неоднозначна. По мнению Б.Б. Полынова (1945),

превращение породы в рухляк происходит при активном участии организмов, в

частности лишайников, обладающих способностью, как к механическому разрушению

скальных пород, так и к использованию минеральной пищи непосредственно из

слагающих их кристаллических минералов. Им сделаны были выводы о том, что

первые стадии почвообразования на массивно-кристаллических породах обусловлены

деятельностью литофильных лишайников, заключающейся как механическом

разрушении породы, так и в биохимической переработке её минералов. В результате

образуется мелкоземистый материал, слагающий верхний горизонт первичных почв.

Установлено также, что наиболее активная коллоидная и предколлоидная часть этого

материала обогащены органическим веществом и соединениями фосфора, магния и

глинозема, при небольшом содержании железа. Отмечается биогенное происхождение

глин не только за счет лишайников, но и водорослей, и мхов, которые появляются на