ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 7, с. 878-889
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.4
ПОЧВЫ НА ОТВАЛАХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД В ЛЕСОСТЕПНОЙ И ГОРНО-ТАЕЖНОЙ ЗОНАХ КУЗБАССА
© 2014 г. П. С. Брагина, А. С. Цибарт, М. П. Завадская, А. В. Шарапова
Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы e-mail:polina.bragina.moscow@gmail.com, tsibann@gmail.com, mbulacheva@mail.ru, avsharapova@mail.ru
Поступила в редакцию 16.10.2013 г.
Свойства почв, формирующихся на угольных отвалах, в значительной степени зависят от свойств почвообразующих пород и технологии отвалообразования. В Кузнецком угольном бассейне в качестве вскрышных и вмещающих пород, как в лесостепной, так и в горно-таежной зонах выступают аргиллиты, алевролиты и песчаники, которые обусловливают щелочную реакцию среды, практически во всех изучаемых почвах и однотипный микроэлементный состав. Неселективное отвалообра-зование и доминирование крупнообломочной фракции в составе слагающих отвалы пород является причиной широкого распространения на их поверхности петроземов и петроземов гумусовых. Наличие в субстратах большого количества угольных частиц и неправильная планировка отвала может являться причиной их самовозгорания, что в значительной степени изменяет состав полициклических ароматических углеводородов в почвах отвалов.
Ключевые слова: породные отвалы, Кузнецкий бассейн, самовозгорание отвалов, микроэлементы, полициклические ароматические углеводороды.
Б01: 10.7868/80032180X14050037
ВВЕДЕНИЕ
Добыча полезных ископаемых является важным элементом экономического развития России. Однако образование породных отвалов приводит к значительным нарушениям территорий, на которых полностью изменяется почвенный покров. В Кемеровской обл. с ее высокой плотностью горнодобывающих предприятий, площадь земель, нарушенных добычей полезных ископаемых, составляет 91.7 тыс. га [10], что составляет около 1% от площади области. Наибольший вклад вносят угольные предприятия в средней и южной частях области. Породы отвалов выступают в роли почвообразующих, от их свойств зависит направление, скорость почвообразования и восстановления почвенного покрова.
Факторы почвообразования на угольных отвалах довольно сильно отличаются от таковых природных ландшафтов: каменистость и скелетность техногенных пород обусловливает их высокую водопроницаемость, а также значительную влаго-емкость за счет мелкоземистого элювия глинистых пород и щебнисто-каменистых фракций аргиллитов [4]. В рельефе доминируют склоны различной крутизны и экспозиции, довольно контрастно выражен экспозиционный эффект, проявления которого отчетливо видны даже на космических снимках. Температурный режим от-
валов своеобразен: в зимний период происходит сдувание снега с поверхности, а летом наблюдаем сильное нагревание поверхности, особенно на южных склонах. Неоднородность растительного покрова объясняется разновременным зарастанием разных частей отвала, а также частичной рекультивацией их отдельных участков. Из-за сочетания всех этих факторов почвы отвалов характеризуются высокой контрастностью химических и физических свойств [15].
Индикатором развития и возраста почв на отвалах выступает мощность и степень развития гумусовых и органогенных горизонтов [3, 22, 25].
Почвообразование на угольных отвалах зачастую замедляется в результате процессов самовозгорания, которые возникают в тех случаях, когда скорость нагревания при окислении органического вещества превышает скорость рассеяния тепла [24].
К настоящему времени накоплен достаточно большой объем литературы, посвященной почвообразованию на отвалах. Изучены отдельные аспекты — состав органического вещества, минералогический состав таких почв [25], особенности их гидрологического режима [18], в отдельных работах угольные отвалы рассматривались как источник загрязняющих соединений в ландшафтах [21]. Исследования проводились в различных
Томск
ТОМСКАЯ ОБЛАСТЬ
■ Мариинск
Тайга ^ -'Анжеро-Судженск
КРАСНОЯРСКИЙ КРАЙ
Юрга
Березовский
новосибирская область
Ж
О Кемерово Топки
Полысаево
Ленинск-Кузнецкий ¡спублика
„ хакасия
Белово
Гурьевск
Салаир
алтайский край
Киселевск
Осин
Прокопье:ск
„ 5иецк
ки Междуреченск
Калтан
150 _1_
300 км
^_РЕСПтаЛИКА
Рис. 1. Расположение объектов исследования.
1аштагол
природных зонах. Однако особенности почвообразования отвалов Кузнецкого угольного бассейна, который является одним из крупнейших месторождений мира и разрабатывается более 150 лет, исследованы не в полной мере.
В связи с этим весьма актуальной географической задачей представляется изучение свойств почв, формирующихся на поверхности разновозрастных угольных отвалов Кузбасса, и выявление различий между техногенными почвами в лесостепной и горно-таежной зонах. Кроме того, важно выявить особенности почвообразования после проведения рекультивации, а также изменение свойств почв на отвалах, подверженных процессам самовозгорания.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объектов исследования выбраны почвы на отвалах добывающих предприятий шахта "Байдаевская" и "Байдаевский разрез" в лесостепной зоне Кемеровской обл., а также Малиновский и Центральный отвалы "Калтанского разреза" — в горно-таежной (рис. 1). Изучаемые отвалы имеют сходный породный состав: угле-вмещающие породы представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами, вскрышные породы — покровными суглинками. Кроме того, в теле отвала повсеместно присутствуют включения обломков угля или мелкие угольные частицы. Наибольшее содержание угольных обломков отмечается в отвале шахты Байдаевской, расположенной в лесостепной зоне, что обусловливает более интенсивное протекание процессов горения в нем.
Объекты в лесостепной зоне. Байдаевский разрез находится в 5 км к востоку от г. Новокузнецк, его отсыпка закончилась 20 лет назад и осуществлялась методом неселективного отвалообразования. Отвал занимает площадь 30 га, его длина составляет 1 км, ширина — 0.5 км, он представляет собой плосковершинный холм высотой до 25 метров. Крутизна склонов варьирует от 5°—7° до 25°; поверхность осложнена промоинами и микроповышениями. Согласно классификации промышленных объектов Тарчевского [16], Байдаевский отвал относится к внешним отвалам открытой добычи, среднего возраста. На поверхности отвала отмечается несколько очагов самовозгорания. Локально вдоль бортов отвала проведена биологическая рекультивация: был нанесен слой потенциально плодородных пород (рыхлые суглинистые вскрышные породы) и высажены береза, сосна, кедр. Центральная часть отвала до 2004 г. служила экспериментальной площадкой по применению растительных пород для рекультивации: в разные периоды времени были высажены кедр, осина, береза, посеяны злаки. На участках, оставленных под самозарастание, встречаются редкие "островки" растительности, в основном представленные полынями и солянкой. По подсчетам авторов, растительностью покрыто 59% площади отвала.
Было заложено 10 почвенных разрезов, критериями выбора их местоположения были: характер рекультивации, мощность слоя суглинистых пород, близость очагов самовозгорания. На выравненной поверхности отвала были заложены разр. 21, 28 и 30. На склоновой позиции изучены разр. 23 и 25. Кроме того, в восточной части отвала для детального изучения очага самовозгорания
Рис. 2. Схема расположения почвенных разрезов на отвале Байдаевского разреза (А) и Байдаевской шахты (Б). Обозначения: 1 — открытые пространства (лугово-степная растительность); 2 — лесная растительность; 3 — заболоченные участки; 4 — застроенные территории; 5 — водные объекты; 6 — дороги).
была заложена почвенно-геохимическая катена, состоящая из пяти почвенных разрезов (17, 19, 22, 24, 26) (рис. 2А).
Отвал шахты "Байдаевская"находится в черте г. Новокузнецк, его формирование завершено в 1998 г. Он расположен в днище балки, сложен породой из шахты и отходами обогатительной фабрики. Площадь основания отвала составляет 8.4 га, длина около 200 м, ширина — 150 м. Отвал имеет форму холма с террасированными склонами, высота составляет 25 м. Рельеф довольно неоднороден, поверхность осложнена многочисленными микро- и мезоповышениями, встречаются просадочные формы рельефа (воронки проседания, блюдца). Классифицируется как средневозрастный породный отвал при подземной разработке, по форме, как и отвал Байдаев-ского разреза, представляющий собой поля нарушений с разнообразным мезо- и микрорельефом [16]. Отсыпка велась методом неселективного от-валообразования, однако осуществлялась планировка для предотвращения возгорания: проводи-
лось послойное уплотнение поверхности отвала и послойная заиловка глинистой пульпой. Работы по профилактике возгорания были прекращены в 1993 г., после чего порода отсыпалась хаотично, и с 1998 г. по настоящее время отвал находится в стадии очагового горения. Рекультивация отвала не производилась, он оставлен под самозарастание. Растительный покров в основном представлен рудеральными видами травянистых растений, а также березой и осиной. Ввиду экспозиционного эффекта и активно идущих процессов горения, широкое распространение на южных склонах отвала получили полупустынные виды: солянки и полыни.
Почвенные разрезы на отвале шахты Байдаев-ской были заложены вблизи участков возгорания (разр. 13, 14). Кроме того, для изучения аэрально-го переноса полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) были исследованы расположенные на разном удалении (от 20 до 65 м) от очага возгорания ненарушенные черноземы выщелоченные (рис. 2Б).
Отвалы шахты и разреза Байдаевского схожи по своему породному составу, однако существенно отличаются по форме и степени рекультивации.
Объекты в горно-таежной зоне. Калтанский разрез, расположенный в 2 км к востоку от п. Малиновка, разрабатывается с 1957 г., его отвалы занимают площадь 390 га, а их форма и размеры сильно варьируют.
Малиновский отвал занимает площадь 335 га, располагается в юго-восточной части рабочей площадки разреза. Разные участки отвала различаются по возрасту (от 5 до 30 лет). Высота отвала достигает 100 м, крутизна склонов варьирует от 1°—2° до 35°, поверхность нео
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.