Техногенные почвы в районах горных разработок

В предыдущей главе были рассмотрены общие особенности и свойства техногенных почв и подходы к их разделению. Здесь мы остановимся подробнее на факторах формирования и свойствах почв большой группы техногенных ландшафтов и на вопросах рекультивации земель, нарушенных добычей полезных ископаемых.

факторы почвообразования

Добыча полезных ископаемых сопровождается образованием природно-технических комплексов, воздействие которых сказывается на обширных территориях. Большая часть нарушений почвенного покрова, вплоть до его уничтожения, приходится на предприятия угольной промышленности и добычу цветных металлов. Значительные изменения вызывает добыча минерального грунта и строительных материалов, огнеупорных глин, песков, неглубоко залегающих угольных пластов.

Техногенный рельеф. При открытом способе добычи преобладают карьеры, выемки и насыпи различного размера (рис. 7.1). Наиболее крупные карьеры в Российской Федерации — котлованы глубиной до 500 м — находятся в Назаровском угольном бассейне в Красноярском крае,.

Рис. 7.1. Карьер по добыче боратов (Калифорния).

до 300 м — в железорудной Курской магнитной аномалии, Коркинском угольном разрезе Челябинской области. При закрытом способе добычи угля формируются терриконы, обычно конической формы, площадью несколько гектар и высотой более 100 м. Терриконы сложены глубинными горными породами, в которых часто протекают экзотермические реакции, вызывающие возгорание и просадки. При образовании техногенного рельефа происходит изменение как абсолютных, так и относительных отметок высот по сравнению с первичной поверхностью, что связано со строением карьерно-отвальных комплексов.

При бестранспортном отвалообразовании образуется рельеф с системой узких гребней, которые сочетаются с выровненными платообразными частями отвала. Поверхности платообразной части характеризуются значительной пестротой форм мезои микрорельефа. Откосы отвалов отличаются большими уклонами (14−40°) и подвержены процессам плоскостной и овражной эрозии, формирующей обширные конусы выноса (рис. 7.2). Техногенные наносы у подножья отвалов достигают мощности в несколько метров и распространяются на сотни метров от отвалов.

Рис. 7.2. Эрозия на склоне терриконика. Шахтный способ добычи.

Преобладание в карьерно-отвальных ландшафтах склоновых поверхностей в сочетании с высокой водопроницаемостью отложений сразу же после отсыпки вскрышных пород способствует гравитационной сортировке и перемещению материала, слагающего отвалы. Эти процессы, дополненные суффозией, линейной эрозией и дефляцией, изменяют крутизну и конфигурацию склонов. Формируются террасовидные уступы, обрывы, бессточные понижения, локальные конусы выноса, оползневые бугры.

Подработка угольных пластов вызывает формирование просадок, выход на поверхность сильноминерализованных вод и подтопление близлежащих территорий.

Почвообразующи.мм породами в районах горных разработок являются вскрышные горные породы, резко различающиеся по физическим, физико-химическим свойствам, минералогическому и гранулометрическому составу: от песков и глин до скальных пород. В составе вскрышных пород встречаются минералы сульфида железа — пирит и марказит. Породы могут быть как токсичными, так и нетоксичными. Токсичность определяется повышенным содержанием легкорастворимых солей, обменных натрия и алюминия, некоторых микроэлементов и сульфидов.

Вскрышные породы могут быть представлены аргиллитами, алевролитами, песчаниками (Подмосковный бассейн), а также известняками, комплексом континентальных фаций (Назаровский угольный разрез КАТЭКа), лессовидными суглинками, песчаниками (Моховский разрез Кузбасса), известняками, ожелезненными песками (Богуславское месторождение на Урале), красно-бурыми суглинками (Кумертаусское месторождение), карбонатными суглинками (Байдаевский разрез южного Кузбасса).

При разработке угольного месторождения перечисленные породы без какой-либо предварительной сортировки складируются во внешних и внутренних отвалах угольных разрезов. Неселективная технология отвал (c)образования приводит к формированию хаотичной по свойствам и вещественному составу смеси пород отвалов.

Породы отвалов неустойчивы в гипергенных условиях и поэтому постоянно преобразуются. В результате физического выветривания песчаников, алевролитов, аргиллитов, различных сланцев образуется щебенчато-супесчаный или обломочно-пластинчатый элювий (Восстановление техногенных ландшафтов Сибири, 1992). Выровненные и террасированные уступы и верхние трети склонов часто скелетны. Наиболее мелкоземисты подножья и нижние трети склонов отвалов. Известный вклад в неоднородность техногенных субстратов вносит и экспозиция склонов. Например, северные и восточные склоны отвалов Кузбасса характеризуются мелкоземистым, а южные и западные — скелетным элювием.

Гранулометрический состав элювия вскрышных пород зависит от их литологических особенностей. Элювий легкого гранулометрического состава образуется при выветривании песчаников, тогда как гранулометрический состав элювия алевролитов и известняков варьирует от супесей до средних суглинков; глинистый элювий образуется при выветривании аргиллитов.

В процессе гидромеханического перемещения вскрышных и вмещающих пород формируется ровная поверхность с отчетливой дифференциацией по гранулометрическому составу. Выделяют четыре зоны седиментации пород гидроотвалов: приустьевую — песчаного, основную — легкосуглинистого, ириядерную и ядерную — среднесуглинистого гранулометрического состава. Приядерные и ядерные зоны наиболее удалены от пульпопроводов и находятся в переувлажненной центральной зоне гидроотвалов.

Разнообразие техногенных грунтов в связи их генезисом и литологией, соотношением мелкоземистых и скелетных компонентов предоставляет много возможностей для формирования широкого спектра молодых почв. Минералогический и гранулометрический состав мелкозема определяет скорость почвообразовательных процессов.

Растительный покров является важным фактором почвообразования, превращающим техногенные грунты в почвы. От момента поселения на отвалах растительности до установления стадии сложного ценоза, сходного с растительностью на почвах естественных экосистем, проходит не менее 20−25 лет даже в благоприятных климатических условиях.

Видовое разнообразие и продуктивность растительных сообществ в техногенных ландшафтах зависит от характера субстрата, положения в той или иной природной зоне и возраста техногенных отложений.

В развитии растительности обычно выделяются три стадии: с пионерными, простыми и сложными группировками^[1]. Отвалы вскрышных и вмещающих пород заселяются рудеральными (сорными) растениями, занесенными с соседних пашен и пастбищ в первый год после прекращения отсыпки отвалов. Так, например, в степной зоне пионерные растительные группировки представлены горцом птичьим, яруткой полевой, липучкой ежевичной, одуванчиком лекарственным, мать-и-мачехой, осотом полевым. Расселение пионерной растительности имеет неустойчивый, очаговый характер. На четвертый, пятый год после отсыпки отвалов начинают образовываться простые группировки глубокостержневых и корнеотпрысковых растений, требовательных к азоту. С течением времени из травостоя выпадает осот, а позже пырей. Их место занимают главным образом бобовые, способные в симбиозе с микроорганизмами фиксировать атмосферный азот (Экология и рекультивация., 1992).

В лесостепной зоне широкое распространение на отвалах получают пырейно-полынные, разнотравно-злаковые, донниковые растительные группировки, на уступах склонов отвалов формируются разнотравно-сосновые, а на шлейфах — донниково-ивово-сосновые группировки растительности.

В таежно-лесной и горно-таежной зонах на отвалах доминируют разнотравно-злаково-кипрейные растительные сообщества, на откосах внешних отвалов, обращенных к лесу, происходит зарастание березой, осиной, ивой, позднее появляются хвойные породы. Заселение растительностью отвалов, сформированных гидромеханическим путем, проходит иначе. Через 2−3 месяца после сброса воды поверхность грунта начинает заселяться сине-зелеными и диатомовыми водорослями, а позже ностоковыми, желто-зелеными и одноклеточными водорослями. Через 2 года поверхность грунта гидроотвала характеризуется полным набором водорослевых группировок¹. Высшая растительность появляется на гидроотвалах на второй год. Заселение растительностью идет от приустьевой зоны седиментации к ядерной; от пионерных форм растительных группировок к простым, а затем к более сложным. На гидроотвалах складываются весьма благоприятные условия для развития растительности: ровная поверхность, сложенная покровными суглинками, и хорошее увлажнение в течение 10−15 лет. Проективное покрытие составляет 30−50% уже на второй год зарастания отвалов. На гидроотвалах 10-летнего возраста в степной зоне отмечается сплошное покрытие растительностью.

• [1] Моторина Л. В. Ижевская Т.И. Сравнительная характеристика растительного покрова на отвалах открытых разработок бурого угля и железной руды. Растения и промышленная среда: Сб.науч. тр., 1980, с. 80−87.