И. С. Швабенланд, В.П. Середина
Дано геоботаническое описание растительности пробных площадок в северо-восточном, юго-восточном, восточном, северном, западном, южном и юго-западном направлениях от Восточно-Бейского каменноугольного месторождения. Представлена динамика изменения проективного покрытия в зависимости от различной степени удаленности (50, 100, 150, 300, 500 м) от ООО «Восточно-Бейский угольный разрез». Приведены некоторые химические показатели почв техногенных ландшафтов Восточно-Бейского каменноугольного месторождения, краткое описание отвалов исследуемой территории и проектные решения, направленные на охрану почв и рекультивацию земель.
При современных темпах отчуждения земель в связи с добычей полезных ископаемых открытым способом и дефиците земельных ресурсов проблема рекультивации почв и создания техногенных культурных ландшафтов является весьма актуальной [1-5]. Технологии рекультивации предусматривают интенсивные работы по восстановлению гумусированного почвенного слоя, в частности нанесение на спланированную поверхность отвала снятых на горно-техническом этапе рекультивации земель, гумусово-аккумулятивных горизонтов целинных, залежных и пахотных почв. Реабилитация техногенных ландшафтов носит «разовый» характер в виде проведения различных мелиоративных мероприятий и внесения удобрений. В дальнейшем работы по их экологическому мониторингу практически не проводятся [6].
Однако при создании различных почвенных конструкций часто не учитываются возможные отдаленные последствия, которые могут возникнуть в связи с особенностями климата, литологии, гидрологии и прочими условиями почвообразования. В результате функционирования конструкций происходят существенные изменения физических свойств и процессов, протекающих в рекультивационном корнеобитаемом слое, и возникает ряд проблем, связанных с дальнейшей эволюцией таких конструкций. В связи с этим возникает актуальная необходимость изучения свойств и процессов в рекультивационных почвенных конструкциях, анализа их современного состояния и прогноза эволюции с учетом целевого назначения почвенной конструкции и особенностей конкретных условий. Существует ряд публикаций, посвященный этим почвам [7], но их свойства, режимы и экологические функции, тем не менее, мало изучены.
Нет сведений о характере трансформации свойств и режимов субстрата ПСП, используемого для формирования почв техногенных ландшафтов на этапах технологической цепочки, и его изменениях по мере прохождения этапов биологической рекультивации, поэтому экологическая эффективность такой технологии рекультивации остается неоцененной. Однако известны случаи возникновения неблагоприятных экологических и хозяйственных последствий, проявившихся после формирования почв техногенных ландшафтов. В связи с этим исследование процессов, протекающих в почвах техногенных ландшафтов в течение всех циклов создания и развития, а также их геоботаническая характеристика являются весьма важными и технологической, и экологически оправданными задачами.
Материалы и методы исследования
На территории Хакасии располагаются четыре месторождения Минусинского каменноугольного бассейна (Бейское, Черногорское, Изыхское, Аскизское), в пределах которых сосредоточено 5,3 млрд т угля, из них 3,6 млрд т пригодны для открытой добычи. В связи с этим особую актуальность приобретает разработка республиканской программы комплексного освоения угольных ресурсов, а также изучение вопросов добычи, переработки углей и воздействия угольной промышленности на окружающую среду.
Угольное предприятие ООО «Восточно-Бейский разрез» ведет добычу каменного угля на Бейском месторождении Минусинского бассейна.
С 1991 г. начались вскрышные работы, а с 1993 г. - добыча угля. Добыча осуществляется открытым способом, т.е. вскрытием горных пород путем взрывов. Отвалы расположены в северо-восточном направлении, площадь их составляет 1 млн 850 тыс. м3, масса горной породы, сосредоточенной в отвалах, - 4 млн 366 т. Площадь карьера и рекультивируемых земель 58 га. Срок службы разреза с развитием и затуханием горных работ составляет 19 лет.
Промышленная угленосность Минусинского бассейна сосредоточена в основном в двух свитах верхнего и среднего карбона (черногорская и побережная) и в двух свитах нижней перми. Наиболее древние породы в районе месторождения представлены отложениями девона, трансгрессивно залегающими на размытой поверхности пород кембрийского складчатого фундамента. Они сложены континентальными красноцветными терригенными и частично эффузивно-осадочными образованиями, среди которых различаются маломощные пачки сероцветных лагунно-морских и морских карбонатных терригенных осадков.
Для уменьшения образования выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при добыче угля предприятие осуществляет ряд мероприятий:
применение взрывных веществ с кислородным балансом, близким к нулю;
применение комбинированной водяной забойки;
орошение взорванной массы после взрыва;
ограничение количества взрывов до одного раза в неделю;
производство взрывных работ в часы максимальной ветровой активности и с учетом направления ветра [7].
В процессе работы методом выборочных проб и маршрутным методом проводились исследования почв техногенных ландшафтов. Химическая характеристика почв техногенных ландшафтов проводилась по общепринятым методикам [8].
Результаты исследования и обсуждение
При формировании почв техногенных ландшафтов большое влияние оказывают:
твердые осадочные породы угленосной толщи - песчаники, алевролиты, аргиллиты, углистые аргиллиты;
обожженные коренные породы;
выветренные породы угленосной толщи;
песчано-глинистые рыхлые породы - четвертичные суглинки, супеси;
аллювиальные отложения - супеси, песок, гравий, галечник.
Основными источниками воздействия на окружающую среду при развитии горных пород являются:
выбросы от технического оборудования в карьере;
выбросы при ведении погрузочно-разгрузочных работ;
выбросы при ведении взрывных и буровых работ.
Основными загрязняющими веществами являются:
пыль породная и угольная, относящаяся к 4-му классу опасности; окислы азота и углерода, сероводорода (от взрывных работ и горящих отвалов).
Специфические выбросы, такие как бенз(а)пирен, оксиды углерода, углеводороды и другие образуются при сжигании топлива автотранспортом.
Почвы техногенных ландшафтов характеризуется следующими свойствами:
реакция почвенного раствора от нейтральной до щелочной (рН 7,1-8,5);
содержание подвижных форм фосфора 0,75-2,1 мг на 100 г почвы;
обменного калия 11-46 мг на 100 г почвы;
содержание натрия 1,1—9,3 мг-экв/л;
Т а б л и ц а 1
Геоботаническое описание растительности пробных площадок северо-восточного направления
| Расстояние от источника воздействия, м | Доминант | Ярусность, балл | Высота, см | Проективное покрытие, % | Обилие | Стадия дигрессии | |
| видовое | общее | ||||||
| 50 | Щирица запрокинутая | 2 | 25 | 20 | 40 | об3 | 5 |
| Осот полевой | 1 | 30 | 30 | об3 | |||
| 150 | Полынь серая | 2 | 20 | 10 | 45 | об2 | 5 |
| Мятлик сибирский | 2 | 45 | 15 | об2 | |||
| 300 | Козелец лучистый | 3 | 15 | 45 | 55 | об2 | 5 |
| Донник лекарственный | 1 | 30 | 15 | об2 | |||
| Мятлик сибирский | 2 | 53 | 8 | Р | |||
| 500 | Чина луговая | 1 | 45 | 15 | 60 | об1 | 4 |
| Тысячелистник обыкновенный | 1 | 30 | 30 | об2 | |||
содержание карбонатов 1,4-9,3%.
По гранулометрическому составу они относятся к суглинкам.
Основанием внутренних отвалов являются наклонно залегающие слои крепких пород - песчаников и алевролитов. Прочность пород достаточно высокая.
Рассчитанные в работе параметры отвалов верны при условии, что отвалы отсыпаются на прочное сухое основание, а потому обводнение основания отвалов недопустимо.
Ввиду низкого уровня атмосферных осадков дополнительных мероприятий по защите отвалов от атмосферных осадков не требуется.
Почвы вскрываемых площадей разреза представлены в основном каштановыми карбонатными тяжело- и среднесуглинистыми почвами, черноземами южными малогумусными, обычно солонцеватыми с укороченным гумусовым горизонтом. Средняя мощность гумусового горизонта 0,25 м.
На первой площадке в северо-восточном направлении определено два доминанта - щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus L.) и осот полевой (Sonchus arvensis L.). Общее проективное покрытие составляет 40%, растения представлены весьма обильно. На второй площадке доминируют полынь серая (Artemisia glauca Pall. ex Willa) и мятлик сибирский (Poa sibirica). Общее проективное покрытие 45%, растения представлены обильно. На третьей площадке доминируют козелец лучистый (Scorzonera radiata), донник лекарственный (Melilotus officinalus L.) и мятлик сибирский. Общее проективное покрытие 55%, растения представлены обильно за исключением мятлика сибирского, который встречался редко. На четвертой площадке доминируют чина луговая (Lathyrus pratensis L.) и тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.) [9]. Общее проективное покрытие составляет 60%, чина луговая встречалась довольно обильно, тысячелистник обыкновенный был представлен обильно (табл. 1).
В юго-восточном направлении первая площадка представлена двумя доминантами - щирицей запрокинутой и осотом полевым. Общее проективное покрытие составляет 44%, растения представлены весьма обильно. На второй площадке доминирует полынь серая. Общее проективное покрытие 50%, растение представлено обильно. На третьей площадке доминантами являются козелец лучистый и тысячелистник обыкновенный. Общее проективное покрытие 66%, козелец лучистый представлен обильно, тысячелистник обыкновенный - довольно обильно. На четвертой площадке доминирует эспарцет песчаный (Onobrychis are- naria). Общее проективное покрытие составляет 74%, растение представлено обильно (табл. 2).