Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологическое состояние техногенных систем КМА и его трансформация в ходе биологического освоения

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экологическое состояние техногенных систем КМА и его трансформация в ходе биологического освоения"

а

1 ь М 1ЯЯ7

На правах рукописи

ПИГОРЕВ Игорь Яковлевич

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ КМА И ЕГО ТРАНСФОРМАЦИЯ В ХОДЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Курск -1997

Работа выполнена в Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова.

Научные консультанты: заслуженный деятель науки, академик

ААО РФ и РАЕН, доктор сельскохозяйст венных наук, профессор В.Д. Муха

академик РАЕН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

A.И.Стифеев

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяфственных наук,

профессор

B.К. Подгорный

академик УААН, доктор биологических наук, профессор Н.Т. Масюк

доктор сельскохозяйственных наук А.Г. Рожков

Ведущая организация: Воронежская государственная лесотехни

ческая академия

Защита состоится « го » 1997 г.

в •/ О часов на заседании диссертационного совета Д.120.25.01 при Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова по адресу: 305021, г. Курск, ул. К.Маркса, 70.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с заверенными подписями просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курской государственной сельскохозяйственной академии.

Автореферат разослан « /@ » с/ЬЬСиЯ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, ^

кандидат сельскохозяйственных наук А.Клейменова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Технология добычи полезных ископаемых открытым способом обусловливает преобразование литологической основы и коренную трансформацию территориальных природных комплексов. В таких условиях оказались малоэффективными и недостаточными традиционные подходы к охране природы. Со всей остротой встала проблема создания системы рационального взаимодействия общества и природы с целью сохранения благоприятных условий жизнедеятельности.

В регионе Курской магнитной аномалии (КМА), где в течение 38 лет интенсивно добывается железорудное сырье и нарушено около 31 тыс. га земель, складывается неблагоприятная экологическая обстановка. По общей деградации природной среды этот регион занимает 1 место в ЦЧЗ.

Сегодня проблема рекультивации нарушенных ландшафтов является составной частью глобальной программы сохранения биосферы и экологической среды обитания всего живого на планете. Она предполагает воссоздание всех компонентов нарушенного ландшафта, преобразуя его экологическое состояние.

Для этого на объектах КМА с 1979 по 1992 год были проведены научно-исследовательские работы по изучению техногенных экосистем и их изменению в ходе биологического освоения.

Цель и задачи исследований. Стабилизация экзогенных процессов и снижение негативного воздействия техногенного ландшафта на природную среду.

При этом решались следующие задачи:

- изучение характера эдафических факторов вскрышных пород как показателя интенсивности почвообразовательного процесса и устойчивости к эрозии и дефляции;

- определение гидротермического режима техногенных эдафотопов и характера его варьирования в связи с геоморфологией отвалов;

- количественная оценка уровней эродируемости пород в отвалах и разработка классификации элементов ландшафта по устойчивости к эрозии;

- установление закономерностей развития дефляционных процессов на отвалах, величины выноса и распределения эолового материала за их пределами;

- изучение особенностей формирования естественных фитоценозов и их роли в трансформации экологического состояния техногенных экосистем;

- выявление экологической роли культурных фитоценозов в формировании микроклимата и свойств эдафотопа техногенного ландшафта;

- определение направления и экономической эффективности биологической рекультивации нарушенных земель, подбор ассортимента культур и разработка способов формирования фитоценозов;

- проведение экспериментальной проверки теоретических положений путем создания на нарушенных землях культурных фитоценозов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые для региона КМА изучены и разработаны следующие положения:

1. Дана подробная характеристика экологических условий породных отвалов с учетом их литологии и геоморфологии.

2. Изучен элементарный химический состав вскрышных пород и растительности техногенного ландшафта.

3. Установлен режим осадков и водный баланс отвалов рыхлой вскрыши в зависимости от биологической продуктивности естественных и культурных фитоценозов.

4. Методом моделирования эрозионных процессов установлено количество смыва породы с отвалов и дана классификация элементов ландшафта по степени эродируемости.

5. Установлены факторы дефлируемости пород в отвалах и степень их влияния на вынос техногенного элювия.

6. Определена'степень загрязнения прилегающей к отвалам территории продуктами дефляционно-эрозионной деятельности.

7. Предложен способ рекультивации склонов породных отвалов.

8. Разработана и внедрена в производство технология рекультивации техногенного ландшафта санитарно-защитного назначения.

Защищаемые положения:

- гидротермический режим техногенных ландшафтов формирует микроклимат аридного характера;

- низкая устойчивость вскрышных пород размыву водным потоком и априорное состояние молодых геосистем обусловливают высокую степень эродируемости склонов породных отвалов;

- аэродинамика отвалов и эдафические свойства пород - основные факторы дефляции, величина которой коррелирует с продуктивностью фитоценозов;

- естественное зарастание отвалов как способ саморегуляции и адаптации к условиям природной среды;

- культурные фитоценозы санитарно-защитного назначения, преобразуя эдафотоп и среду его обитания, ускоряют переход техногенных геосистем в экологически устойчивое и сбалансированное с природной сре-

дой состояние.

Личный вклад. С 1979 года диссертант постоянно участвовал в выполнении хоздоговорных работ в качестве ответственного исполнителя, а с 1985 года - научного руководителя.

Большинство приведенных в диссертации исследований и анализов выполнено с участием автора или под его руководством. В закладке опытов и внедрении результатов работы в производство участвовали студенты агрономического факультета, в последующем защитившие по данной теме дипломные работы.

Исследования эродируемости пород на Михайловском ГОКе были проведены совместно с кандидатом с.-х. наук Колковым П.Н., описание естественного зарастания и оценка его качества с доцентом Засори-ной Э.В., статистическая и математическая обработка с участием доцента Карпинец Т.В. По результатам совместных работ были опубликованы научные статьи в соавторстве.

Обобщение материала, анализ результатов исследований и научные выводы выполнены автором самостоятельно.

Практическая значимость и реализация работы.

Разработка методов эффективного решения проблемы биологической рекультивации отвалов рыхлой вскрыши позволила еще до завершения горнотехнических работ проводить залужение и облесение высвободившихся участков с санитарно-защитной целью. Это обеспечивает:

- снижение, а в отдельных случаях - полное прекращение дефляционно-эрозионных процессов на поверхности отвалов, приостанавливая тем самым поступление техногенного элювия на прилегающую территорию;

- изменение режима атмосферных осадков и водного баланса территории снижает аридное влияние микроклимата на arpo- и биогеоценозы. Результаты исследований (основные принципы, отчеты по НИР, методические рекомендации) использованы на Стойленском, Лебединском и Михайловском ГОКах, в научных и проектных организациях (НИИКМА, ГИПРОЗЕМ), в областных и районных комитетах по экологии и природным ресурсам.

В порядке эксперимента и производственного внедрения сотрудниками и студентами агрономического факультета проведена санитарно-защитная рекультивация техногенного ландшафта на площади 320 га с общим экономическим эффектом 410355 рублей (в ценах 1990 года).

Полученные материалы используются в учебном процессе КГСХА теоретического курса «Экология и охрана природы», а рекультивированные участки служат базой для проведения учебной практики у студентов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладыва-

лись и обсуждались на двух Всесоюзных съездах почвоведов (Ташкент -1985; Новосибирск -1989), Международных и Всесоюзных конференциях (Москва - 1982, 1986; Минск - 1987; Пенза - 1992; Воронеж - 1994; Курск -1995), научно-технических и научно-производственных совещаниях (Курск - 1983, 1984,1987-1990; Ленинград - 1987; Свердловск - 1988; Екатеринбург - 1996), конференциях профессорско-преподавательского состава КГСХА, заседаниях ученого совета НИИКМА и научно-технических советов СГОКа, ЛГОКа и МГОКа

Работа, выполненная диссертантом, удостоена бронзовой медали ВДНХ СССР.

Публикации. По материалам исследований разработаны рекомендации, опубликована монография и более 50 научных работ общим объемом 18 печатных листов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, предложений производству, приложений. Работа изложена на 425 страницах, содержит 83 таблицы, 50 рисунков, список литературы включает 512 источников, из них 40 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА (КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Рекультивация нарушений литосферы приобрела статус государственной политики во многих индустриальных странах.

С 1961 года по настоящий период в России и за рубежом накоплен обширный материал по вопросам восстановления деградированного или полностью утраченного почвенного покрова. Это потребовало от научных и учебных учреждений последовательных исследований по заданию ГКНТ СССР, секретариата СЭВ, заинтересованных министерств и ведомств. Многолетние исследования в этой области на КМА привели к формированию самостоятельных научных школ в ВЛТА, В ГУ, КГСХА, НИИКМА, осуществляющих научно-исследовательскую и внедренческую работу на горнорудных предприятиях.

При глубоком анализе состояния вопроса биологической рекультивации пришли к заключению, что большинство рекомендаций ориентировано на сельскохозяйственную рекультивацию без учета экологической ситуации региона и качества сельскохозяйственной продукции. В то же время в условиях тотального «наступления» промышленных отвалов на природные комплексы все большее значение приобретает вопрос их

«уживаемос. л совместимости с ненарушенным ландшафтом. В условиях рыночного механизма природопользования экологическая нестабильность техногенных экосистем и их влияние на природные ландшафты стала определяющей в выборе направления рекультивации.

Недостаточная изученность гидротермического режима и аэродинамики породных отвалов, связи микроклимата с уровнем естественного зарастания и его сингенезом, отсутствие данных о средообразующей роли фитоценозов на разных стадиях онтогенеза, индивидуальность подходов и узость оценочных критериев устойчивости пород к воздействию абиотических факторов (осадки, ветер, температура) на разных стадиях почвообразования не позволяют проведения научно-обоснованной рекультивации техногенного ландшафта, способной привести в соответствие с зональными дефляционно-эрозионные процессы и микроклимат, устранить негативное влияние породных отвалов на природные ресурсы.

Решению этих вопросов и разработке технологии проведения биологической рекультивации санитарно-защитного назначения посвящена настоящая диссертационная работа.

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Район КМА находится на Русской равнине и располагается между лесной и степной зонами. Континентальность местности равна 51-55 % (Борисов, 1964). Приток солнечной радиации колеблется от 381 до 419 кДж/см2 в год. Радиационный баланс равняется 151 кДж/см2 (Костин, 1951).

Испаряемость изменяется от 600 мм/год в Железногорском районе до 650 мм/год в Старооскольском. Около 74-80% этого количества приходится на теплый период (испарение с водной поверхности).

Средняя месячная температура воздуха самого теплого месяца - июля - колеблется в пределах 18,5-19,5°, а самого холодного - января-7,5-9,5° С.

По количеству осадков район относится к зоне умеренного увлажнения. Среднее годовое количество осадков в пределах 500-610 мм.

Для Старооскольского района характерными являются летние юго-западные и западные сухие ветры, средняя скорость которых составляет 35 м/с.

В Железногорском районе в теплый период преобладают северозападные и западные ветры, а в холодный, наряду с западными и юго-западными ветрами, наблюдаются и юго-восточные.

Основной объем железной руды в бассейне КМА добывается высоко-

производительным открытым способом. Работы ведутся в двух железорудных районах: Старооскольском Белгородской области (Лебединский и Стойленский ГОКи) и Михайловском Курской области (Михайловский ГОК).

Интенсивное ведение открытых горных работ влечет за собой перемещение десятков и сотен миллионов кубометров вскрышных пород и отходов обогащения во внешние отвалы. Основной объем эксплуатационной вскрыши, поступающей в отвалы, представлен суглинками и глинами четвертичного периода (преимущественно на Михайловском руднике), песками сеноман-альбского яруса, мелами туронского и коньяковского ярусов (только на СГОКе и ЛГОКе), алевритами батского яруса юрской системы, песчано-глинистыми отложениями девонской системы и на Михайловском руднике - глинами келловейского яруса.

Под отвалами находится 40-44% от общей площади нарушений.

Для решения поставленных задач объектами исследований служили разновозрастные конвейерные, железнодорожные и автомобильные отвалы рыхлой вскрыши. На СГОКе и ЛГОКе это автомобильные отвалы «Северный», «Ближний», железорудные отвалы «Стрелица», «Бродки». На Михайловском - автомобильные отвалы №2 и «Берложен».

Опыты по эродируемости пород и разработка эффективных способов биологической рекультивации техногенного ландшафта проводились на опытном поле Стойпенского ГОКа, построенном в 1979 году по проекту Курского СХИ. Оно включает основные вскрышные породы Староосколь-ского железорудного месторождения, имеет площадь 1 га с уклоном 3° с юга на север.

Метеоусловия на отвалах вскрышных пород определяли по методикам, принятым в метеорологической практике (Руководство по контролю актинометрических наблюдений, 1962; Наставления гидрометеорологическим станциям и постам, 1979, 1985), для чего были использованы распространенные и доступные метеоприборы.

Определение гранулометрического состава, физических и агрохимических свойств почвогрунтов проводили общепринятыми методами (Агрохимические методы..., 1965, 1975; Агрофизические методы..., 1966; Цитович, 1974; Аринушкина, 1961; Принципы организации..., 1976; Ва-дюнина и др., 1986).

Валовые формы тяжелых металлов в породах определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии в соответствии с руководством РД-52.18.89. В качестве вытяжки использовалась 5Н азотная кислота.

Водоудерживающая способность пород определялась по гидрологическим константам и результатам полевых опытов на изолированных и >

лажненных 1ф;., .iaX.

Определение энергетического состояния влаги в породах проводили методами центрифугирования, криоскопии и тензометрии.

Физическое испарение учитывали водно-балансовым методом, описанным в рекомендациях по учету испарения с поверхности суши (1976).

Испарение влаги растительностью (транспирацию) определяли методом быстрого взвешивания срезанных листьев (Милторн, 1967).

Геоботаническое описание естественного зарастания породных отвалов проводили по А.П. Шенникову (1964) с учетом рекомендаций

A.П. Бельгарда (1971) в период активной вегетации растений. Обилие учитывали по Друде, встречаемость по Раункиеру (Суворов и др., 1979), проективное покрытие - сеточкой Раменского (Раменский и др., 1956), количество побегов - методом пересчета, биомассу - весовым методом с учетом проективного покрытия, подземную сырую массу - по Станкову (1964).

Вынос и аккумуляцию техногенного элювия в ходе дефляционно-эрозионных процессов учитывали по реперам собственной конструкции в сочетании с методом водороин (Соболев, 1948) в модификации

B.П.Герасименко (1980). Показания с репера снимались измерителем с точностью ±0,01 мм или 0,1м3/га. Замеры по реперам и учет водороин проводили ежемесячно и непосредственно после прохождения ливневых дождей и пыльных бурь. Количество переносимого эолового материала на разных высотах с удалением от очага дефляции определяли пылеуловителями Багнольда (Chepil, 1957). Перенос эолового материала и его поступление на прилегающую к отвалам территорию учитывали дефлятомерами.

Устойчивость вскрышных пород к размыву водным потоком находили в среднем гидравлическом лотке H.A. Качинского.

Величину стока и смыва породы с отвалов определяли при естественной влажности методом искусственного дождевания площадок (5x20 м) по методике ВНИИЗ и ЗПЭ и ГГИ (1975).

Определение достоверности результатов дождевания показало, что ошибка опыта не превышала 9% по стоку и 14% по смыву.

При подборе культур для биологической рекультвации санитарно-защитного назначения было испытано 28 видов травянистых и 11 - дре-весно-кустарниковых растений, посев и посадка которых проводились в разные сроки, ручным и механизированным способом с многократной повторностью.

На залуженных и облесенных участках велись наблюдения за продуктивностью культурных фитоценозов, их экологической ролью в сравнении с контролем и естественным зарастанием.

Экспериментальные материалы обрабатывались на ПЭВМ методами математической статистики, дисперсионным и корреляционно-регрессионным анализом.

Экономическая эффективность и окупаемость затрат на рекультивацию санитарно-защитного назначения проведены по величине размеров предотвращаемых ущербов от деградации почв (Методика определения размеров ущерба от деградации почв и земель, 1994) и загрязнения атмосферы (Методические рекомендации по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды, 1993).

3. АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОТВАЛОВ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ КМА

Искусственность происхождения многоярусных отвалов и неоднородность пород в их составе определяет специфику климатопа техногенных систем. Рельеф породных отвалов формирует особый радиационный режим поверхности. На склоны 15° южной и западной ориентация за теплый период поступает соответственно до 3743,0 и 3524,6 МДж/м2 суммарной солнечной радиации, что на 21 и 11% больше, чем на горизонтальную поверхность. С увеличением крутизны склона инсоляция восточных, южных и западных экспозиций возрастает, а северных - снижается. При разной отражающей способности пород поверхность отвалов имеет выраженный суточный и сезонный ход альбедо. Наибольший радиационный баланс установлен в июне на южных склонах алевритов юры (429,6

МДж/м2), отложений девона (423,6 МДж/м2) и глины келловея (416,4 МДж/м2). Такие значения в ненарушенном ландшафте классифицируются как экстремальные.

Максимальные суточные значения температуры деятельной поверхности были в периоды их инсоляции. В отдельные дни июня и июля температура верхнего слоя (0-5 см) песка достигала 53-56° С, а отложений девона с включением скальных пород и алевритов юры соответственно 5255 и 49-53° С. Это на 35-64% выше, чем температура такого слоя зональных почв. С глубиной температурное поле молодых отвалов меняется. Быстрее прогреваются пески, отложения девона, алевриты юры и медленнее - мела, глины келловея, суглинки. Суточные колебания температуры у песка сеноман-альба достигают глубины 66 см, глины келловея и мела соответственно 54 и 42 см. Тепловой режим пород зависит от ориентации склона. На южном склоне песчаного отвала крутизной 32-34° температура на 3-5° С выше, чем на восточном и на 18-22° С выше, чем на северном.

Разная температуропроводность пород приводит к тому, что в холодный период быстрее происходит переход температур за 0° С у песков, отложений девона и алевритов юры, медленнее - у глин келловея и мела. Глубина промерзания пород зависит от рельефа поверхности и ориентации склона (рис. 1). При этом роль рельефа в основном определяется высотой снежного покрова на нем. Анализ вклада изучаемых факторов и их взаимодействие в варьировании глубины промерзания пород за 16-летний период подтвердил это.

140 120 100 80 60 40 20 0

А ь. /у >

К'1 у ф ' V

г ■ t ✓ . J ! ".-■> г'" г. с, * ■ (--- г У f :

II-'V / £ i с—---® _ i <•

2 3 4 5 Породы

-Плато

.. -Щ-. - Восточная

экспозиция

-А— — Южная

экспозиция

— К - - Западная

экспозиция

— Ж— • Северная

экспозиция

1 -суглинок лессов идный

2-глина келловея

3-мел

4-песок

5-грунтосмесь

6-алевриты юры

7-песчано-глинистые отложения девона

Рис.1. Зависимость промерзания пород в отвалах от ориентации склона (среднее за 1979-1994 гг.)

Тепловой режим пород формирует колебания температуры приземных слоев воздуха. Ее распределение носит инсоляционный характер. Вертикальный градиент температуры (BIT) воздуха в слое 0,1-2,0 м на плато отвалов алевритов юры, глины келловея и девонских пород в солнечный июньский день на 80-90% выше, чем на ненарушенных землях равнинного рельефа. На горизонтальной поверхности отвала ВГТ выше, чем на склонах южной и западной ориентации. Объясняется это тем, что на склонах,

несмотря на большой нагрев породы, возрастает вертикальный теплообмен за счет перемещения холодных потоков воздуха с основания отвала. В этом случае атмосфера приземного слоя находится в состоянии неустойчивого равновесия, а возникающее вертикальное движение развивается в вихревые и турбулентные потоки. По заключению В.И. Виткевича (1966), при изменении ВГТ более чем на 1°, атмосфера находится в неустойчивом состоянии.

В условиях мезорельефа техногенного ландшафта создается местная циркуляция воздушных потоков по типу горно-долинной. Ветровой режим породных отвалов отличается от равнинной территории ненарушенного ландшафта и зависит от их формы и высоты.

На вершине трехъярусного отвала с наветренной стороны из двадцати четырех наблюдений, проведенных с марта по январь в послеполуденное время, число случаев трехкратного увеличения скорости ветра достигало 75%, а четырехкратного - 58%. С заветренной стороны на расстоянии 1200-1400 метров от отвала образуется затишье.

Анализ влажности воздуха техногенного ландшафта (на примере Стойленского ГОКа) показал, что максимальные значения приходятся на ночное время, близкое к восходу Солнца, минимальные наступают в 15-16 часов, в период максимального прогрева приземных слоев воздуха.

Среднемесячные суммы процентов относительной влажности воздуха на отвалах были на 180% ниже суммы данных местной метеостанции. Причем, суточные и среднесуточные колебания относительной влажности воздуха на отвалах выше (соответственно 27,3 и 15,4%), чем на контрольной площадке (24,7 и 13,2%). В среднем за июнь и июль относительная влажность воздуха на плато отвала была на 8% ниже, чем на контроле. Более сухой воздух формируется на склонах южной и западной экспозиций, а более влажный - на северном склоне. В отдельные периоды разница во влажности воздуха в дневное время на таких склонах достигает 12-14%. Следовательно, относительная влажность приземного слоя воздуха на отвалах вскрышных пород имеет более выраженный летний минимум в годовом ходе влажности воздуха, чем за пределами техногенного ландшафта. Сухость воздуха, увеличение числа дней с влажностью <30% ведет к снижению влагосодержания атмосферы и уменьшению осадков, что создает предпосылки дальнейшего иссушения территории горнорудного производства и близлежащих природных и сельскохозяйственных педоцено-зов.

Вскрышные породы КМА представлены частицами минералов, осадочных пород и аморфными соединениями. Их гранулометрический состав неоднороден и в пределах стратиграфии месторождений формирует

от рыхлого среднезернистого песка (пески сеноман-альба) до пылевато-иловатой глины (глины келловея). Породы, за исключением мела, бесструктурны, а ссохшиеся комки при смачивании распадаются до фракций песка и пыли (<0,25 мм). Мел, за счет природной цементации пелито-морфным кальцитом (микркгом), в отвал поступает разной агрегатиро-ванности. В конвейерных отвалах он более рыхлый и на 80-85% представлен макро- и микроагрегатами. В автомобильных и железнодорожных отвалах поступающая масса мела на 50-60% представлена мегаструктурой (>10 мм).

Микроагрегатный анализ, гранулометрический показатель структурности и фактор дисперсности указывают на высокую водоустойчивость агрегатов мела и потенциальную способность к агрегатированию песчано-глинистых отложений девона, глин и суглинков.

Удельная поверхность пород варьирует от 0,9 (в песке) до 151,3 м2/г (в глине келловея). Плотность твердой фазы связана с минералогическим составом пород и колеблется от 2,67 г/см3 у глин до 2,89 г/см3 у отложений девона. Плотность сложения пород в отвалах, т.е. упаковка, зависит от технологии разработки породы (особенно для мелов), отвалообразования, а также от возраста породного отвала. Особенно высока плотность сложения у отложений девона (2,89 г/см3). Выше порозность у пород тяжелого гранулометрического состава (глина, суглинок, мел) и низкая у песка (30%) и алевритов юры (33%). Высокая твердость девонских пород (29,4 кг/см2) и мела (22,9 кг/см2) затрудняет прорастание семян и развитие корней.

Химический состав пород в большей части представлен окислами кремния и кальция (79-89%) с низким содержанием полуторных окислов (2,4-12,3%). Высокие отношения 8Ю2/КгОз указывают на предрасположенность пород к водной эрозии. Содержание микроэлементов у большинства пород не превышает уровня зональных почв, за исключением суглинка и мела, где у первого в 2,5-3 раза выше содержание цинка, а у второго установлены превышения ПДК по кобальту и молибдену в 2 раза, кадмию - в 1,6, свинцу - в 1,5 раза.

Основная масса пород нетоксична и незасолена (содержание пирита не превышает 1%), а реакция среды меняется от 6,5 рН у алевритов юры до 7,8 рН у мела и глин. Содержание органического вещества колеблется от 0,1% (у песка) до 2,31% (у глины келловея). Количество азота в породах крайне мало, а подвижного фосфора не превышает 1,0 мг/экв на 100 г породы. Калия значительно больше, его содержание колеблется от 0,6 в песке и грунтосмеси до 13,1 в суглинке и свыше 40 мг/экв на 100 г породы в глине келловея. Емкость обмена выше у глин и суглинков. В них содержится до 23,4-32,3 мг/экв на 100 г породы обменного кальция и

5-12 мг/экв на 100 г породы обменного магния.

Максимальная гигроскопичность пород изменяется от 0,56 у песков до 8,45% у глин келловея, а влажность, соответствующая наименьшей влаго-емкости, от 12,6 до 36,3% соответственно.

Коэффициент фильтрации у пород варьирует в пределах 0,01-0,4 мм/мин. Исключением были пески, где он достигал 18,1 мм/мин. На склонах водопроницаемость выше, чем на ровных участках и на меловом отвале разница достигает 20-30-кратных значений. Основное водо-удержание в породах происходит за счет капиллярных и адсорбционных сил. У пород легкого гранулометрического состава доля влаги, удерживаемой силами адсорбции, меньше, чем у пород тяжелого состава и не превышает 6-8% от наименьшей влагоемкости. Влага в породах имеет низкий энергетический потенциал, что, в сравнении с почвой, сокращает ее водоудерживающую способность. «Физическая спелость» вскрышных пород наступает весной раньше, чем у зональных почв, а диапазон влаж-ностей, благоприятных для обработки пород, существенно сокращается.

Площадь поверхности породных отвалов выше его основания. Наличие склонов и их крутизна определяют прирост площади отвала. Это, в сочетании с факторами метеоусловий, создает особый режим увлажнения территории, отличный от зональных условий.

В зависимости от площади отвалов на плато, по отношению к контролю, поступает 96-101% жидких и 35-50% твердых осадков, на бермы - соответственно 102-113% и 89-116%, а на склоны (32-38°) - 70-72 и 50-58% - осадков. В целом отвалы получают меньше атмосферных осадков, чем ненарушенный ландшафт. Минимальное количество осадков установлено на конвейерных и небольших автомобильных и железнодорожных отвалах.

В увлажнении пород принимает участие конденсационная влага, количество которой, за счет термических и молекулярных процессов, достигает 0,3 мм/сутки. Атмосферная конденсация протекает в верхних слоях породы (0-10 см) с максимальными значениями за теплый период у отложений девона (30,5 мм) и песка (21,8 мм).

Помимо атмосферной влаги, к верхним слоям поступает парообразная влага с нижних, более влажных слоев. Величина ее у песков, алевритов юры и отложений девона за теплый период достигает 46-51% от атмосферной конденсации. Внутригрунтовая конденсация сильнее выражена зимой, когда верхние слои холоднее нижележащих.

В течение года, за счет конденсации паров воды из атмосферы и нижних слоев, в корнеобитаемый слой (0-15 см) поступает от 30 (на суглинках) до 52 мм (на девонских отложениях) влаги.

Физическое испарение влаги поверхностью является основной расходной статьей водного баланса отвалов и зависит от исходной влажности пород и режима атмосферных осадков. Испарение за теплый период, независимо от формы рельефа, превышает количество поступающих за этот

период осадков, что приводит к расходу влагозапасов холодного периода, обеспечивая с мая по сентябрь-октябрь отрицательный баланс влаги в породах. На склонах, по причине низкой влагообеспеченности, испарение в 1,1-2,4 раза ниже, чем на плато отвалов. Процесс физического испарения происходит стадийно. На первой стадии (апрель), при высоком содержании влаги, величина испарения из пород приближается к величине испарения с водной поверхности. На второй стадии (май), при более низком содержании воды, скорость испарения начинает снижаться пропорционально количеству влаги, оставшейся в породе. Третья стадия (июнь-сентябрь) характеризуется малой скоростью испарения и медленным падением ее по мере уменьшения влажности породы до границы ВРК-МГ.

Оценка техногенного ландшафта по гидрометеорологическим условиям показала, что наиболее сухие условия в южной зоне КМА складываются на отвалах алевритов юры, песка, отложений девона. Индекс сухости у них соответственно составляет 2,2; 2,0 и 1,9. На меловых отвалах он не превышает 1,2, а отвалах Михайловского ГОКа колеблется в пределах 1,51,6. Учитывая, что для ненарушенных условий природно-климатической зоны КМА он составляет 1,2-1,4, можно утверждать, что гидротермические условия склонов и плато всех породных отвалов, кроме меловых, нетипичны и аномальны для климата лесостепной зоны.

Режим увлажнения пород в отвалах формирует непромывной тип водного режима, который, с учетом гидротермического режима, можно разделить на три группы: техногенный лесостепной (бермы отвалов мела и глины келловея), техногенный степной (все равнинные участки, кроме берм меловых и глинистых отвалов, а также склоны отвалов суглинка, глины, мела и грунтосмеси), техногенный полупустынный (склоны отвалов алевритов юры, песка и отложений девона).

Неравномерное поступление осадков и иссушение породы приводит к смене гидрологических горизонтов, которые имеют общую закономерность неглубокого осенне-весеннего атмосферного промачивания с несквозным наименьшим насыщением. У всех пород, кроме мела, ниже глубины промачивания сохраняется слой различной мощности с влажностью НВ-ВРК. Основной влагооборот совершается в зависимости от типа породы и рельефа поверхности в слоях 1,0-1,6 м, ниже которого влажность равна ВЗ. За период летнего физического испарения в слое 0,05-0,1 м наступает полное физическое иссушение, а в слое 0,05-0,25 м - биологическое иссушение.

Меловые отвалы имеют глубину промачивания 0,8-0,9 м и длительный период (20-30 дней) сохраняют влажность в пределах ПВ-НВ. Причиной этого является подперто-подвешенная влага, формируемая мерзлым слоем в апреле и мае.

4. ДЕФЛЯЦИОННО-ЭРОЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЛАНДШАФТА КМА

При формировании горнопромышленного ландшафта с нагромождением отвалов и терриконов различной высоты и формы усиливается обмен вещества и энергии. Незамкнутость энергетических потоков в таких экосистемах обусловливает их нестабильность и неустойчивость. Искусственно созданный мезо- и микрорельеф с крутыми склонами, лишенными растительного покрова, усиливает роль абиотических факторов, которые, в свою очередь, формируют гидрографическую сеть со своими микроводосборами и особым аэродинамическим режимом.

Промышленная эрозия, возникающая на отвалах горных разработок, становится неизбежным спутником человеческой деятельности и проявляется в форме смыва, размыва, дефляции, карста, суффозии, просадок, сползания и осыпания грунтов.

На склонах отвалов от 14% (песчаных) до 92% (отложений девона) жидких осадков являются стокообразующими, формирующими среднегодовой смыв от 13,4 до 209,4 т/га (табл.1).

1. Ливневая эрозия на породных отвалах КМА (среднее по склонам разновозрастных отвалов)

Порода, слагающая Годы наблю- Осадки за теплый период, мм Сток, Коэффициент Смыв,

отвал дений Всего Стокооб-разующие мм стока т/га

Суглинок лессовидный (МГОК) 19861989 316 269 164,1 0,61 119,8

Глина келловея (МГОК) -«- 325 283 246,2 0,87 16,0

Мел турона (СГОК) 19791994 312 236 85,0 0,36 16,8

Песок сеноман-альба (СГОК) 321 53 4,2 0,08 13,4

Грунтосмесь (мел+песок, 1:1, СГОК) -«- 307 220 143,0 0,65 92,7

Алевриты юры (СГОК) -«- 302 243 165,2 0,68 209,4

Отложения девона (ЛГОК) 312 287 255,4 0,89 120,2

Неравномерное распределение снежного покрова по склонам отвалов и их элементам обусловливает разные режимы таяния снега и обнажения породы. Снеготаяние на отвалах протекает в 2-4 раза, быстрее, чем в естественных условиях ЦЧЗ. Изучение роли абиотических факторов в процессах снеготаяния показало, что величина стока талых вод в большей степени зависит от запаса воды в снеге. Коэффициенты парной корреляции между этими факторами составляют 83-98%. В меньшей степени сток зависит от глубины промерзания породы. Эта зависимость имеет обратный характер, зависящий от запасов снега. Тесный характер связи между этими двумя факторами позволяет предложить эмпирические уравнения, которые с высокой степенью достоверности дают возможность прогнозировать сток талых вод со склонов породных отвалов в разных погодных условиях (табл.2).

2. Эмпирические уравнения расчета стока талых вод (¡ст) со склонов по запасу воды в снеге (х)

Порода

Уравнения

Коэффициент множественной корреляции

Мел турона Грунтосмесь Песок сеноман-альба Алевриты юры Отложения девона

¡ст=0,70х+3,4 ¡«^О^бх+З,? ¡„=0,24х+3,4 ¡ст=0,43х+5,8 ¡ст=0,62х+5,7

0,99 0,99 0,97 0,97 0,99

Смыв породы при снеготаянии на отвалах зависит от их свойств и экспозиции склона (рис.2). Как и в случае со стоком талых вод, величина смыва на склонах северной экспозиции выше, чем на южных.

Степень влияния климатических факторов различна, и парные величины корреляции смыва с запасом воды в снеге изменяются от 6 до 94%, а с глубиной промерзания - от 36 до 89%. В последнем случае имеет место обратный характер зависимости величины смыва от глубины промерзания.

Полученные регрессионные уравнения позволяют рассчитать величину смыва породы при снеготаянии с различных склонов и прогнозировать поступление техногенного элювия с отвалов при разных метеоусловиях (табл. 3).

100

90

80

70

2 60

о 50 м

О 40 30 20 10 0

1 2 3 4 5 6 7

Породы

Рис. 2. Смыв породы с отвалов при снеготаянии: 1 - мел турона, 2 - грунгосмесь, 3 - песок сеноман-альба, 4 -алевриты юры, 5 - отложения девона, 6 - лессовидный суглинок, 7 - глина келловея.

С целью получения физически обоснованных показателей противо-эрозионной стойкости, количественно характеризующих податливость вскрышных пород и грунтосмесей действию водного потока и энергии капель дождя, было проведено моделирование этих процессов в гидравлическом лотке и методом искусственного дождевания стоковых площадок на склонах.

Низкие размывающие скорости водного потока имеют алевриты юры (0,11м/с), песчано-глинистые отложения девона (0,16 м/с) и грунтосме-си (0,18 м/с). Это обеспечивает им высокую эродируемость в отвалах. Искусственное дождевание с разными режимами осадков это наглядно подтверждает. Смыв породы изменяется от крутизны склона по логистической зависимости. При этом критические значения крутизны, при которых дальнейшие их увеличения приводят к резкому возрастанию смыва, достигают у глин келловея, мела и среднезернистых песков 16-18°, алевритов юры и отложений девона 13-14°.

■ Южный склон □ Северный склон

3. Эмпирические уравнения прогноза смыва пород (\У) со склонов отвалов по глубине их промерзания (у) и запасу воды в снеге (х)

Порода Экспозиция склона (С,Ю) Уравнения Коэффициент множественной корреляции

Мел С W=O,30x+8>9 0,94

турона Ю \У=0,44х+2,3 0,62

Грунтосмесь С \У=0,55х+29,5 0,73

Ю 12у+1,26х-15,8 0,89

Песок сено- С W=0,17x+9,6 0,68

ман-альба Ю \У=0,03у+0,44х-7,4 0,88

Алевриты С ,М=0,45х+77,5 0,36

юры Ю \У=-0,32у+0,60х+63,9 0,93

Отложения С \У=-0,ЗЗу+101,6 0,61

девона Ю \У=-0,17у+57,6 0,74

Химический анализ состава жидкого и твердого стока показал, что, несмотря на низкое плодородие вскрышных пород, со склонов отвалов выносится большое количество органических и минеральных веществ. Вынос зависит от химических свойств породы и величины смыва. Больше общего и водорастворимого гумуса содержится в смыве глины келловея и в одной тонне достигает соответственно 20 и 2,5 кг. Высокая эродируе-мость лессовидного суглинка, девонских отложений и алевритов юры обеспечивает повышенный вынос общего гумуса. При получасовом дождевании с интенсивностью 2 мм/мин он соответственно равен 188,2; 112,2 и 97,5 кг/га.

Результаты исследований искусственного дождевания за 1979-1992 гг. показали тесную корреляционную связь между стоком (¡ст) и смывом породы (У/) с одной стороны и свойствами породы, интенсивностью дождя Од), крутизной (Л) и длиной склона (Ь), коэффициентом водопроницаемости (Кф) и средней размывающей скоростью (Усрр ) с другой. Использование перечисленных показателей позволило получить эмпирические уравнения для проведения количественной оценки уровней стока и смыва пород с отвалов в различных условиях. Наиболее высокие коэффициенты множественной корреляции стока и смыва породы обеспечиваются использованием степенных зависимостей вида:

для стока 1ср — а<)1д л Ь Кф (1)

для смыва породы \У = ЬоирЬ1 «1Ь2ЬМУМср.р (2)

В этих уравнениях степенные коэффициенты а1, а2, а3, а4 и Ы, Ь2, ЬЗ, Ь4 могут рассматриваться как оценивающие степень влияния исследуемых факторов, соответственно ^р., I, Ь, Уср р. и ¡д, Кф на величину стока и смыва. В таблицах 4 и 5 приведены значения степенных коэффициентов и коэффициентов множественной корреляции для каждой из исследуемых пород, на основе которых по уравнениям (1) и (2) возможен прогноз стока и смыва с отвалов.

Возвышенности горнопромышленного ландшафта и пестрота рельефа формируют особый аэродинамический режим. Максимальные скорости воздушного потока установлены на параллельных ветровому потоку склонах («ветровые коридоры») и на наветренных склонах. На заветренных экспозициях происходит разряжение воздушного потока и спад скорости. Скорость ветра на многоярусных отвалах возрастает от нижнего склона к верхнему и достигает максимума на вершине отвала.

Установлена тесная зависимость скорости воздушного потока от крутизны склона, регрессионный анализ которой позволил выразить ее уравнениями:

для наветренного склона у = 3,2х - 3,8 для «ветрового коридора» у = 4,1х - 3,2 для заветренного склона у = -2х + 83,5 где у - значение скорости воздушного потока, % к контролю, х - крутизна склона, градус.

4. Характеристика регрессионных уравнений связи жидкого стока с породных отвалов и факторов эрозии

Значения степенных коэффициентов факторов эрозии

Порода интенсивности дождя крутизны склона длины склона коэффициента водо-про-ница-емости Свободный множитель Коэффициент множественной корреляции

а1 а2 аЗ а4 аО

Суглинок лессо- 0,975 0,016 -0,145 0,025 0,860 0,998

видный

Глина келловея 0,965 0,008 0,108 0,007 1,088 0,999

Мел турона 1,259 -0,156 -0,209 -0,007 1,493 0,999

Песок сеноман- 1,803 1,486 -0,665 -1,749 1,060 0,935

альба

Грунтосмесь 1,291 -0,032 -0,063 -0,002 0,738 0,999

(мел+песок)

Алевриты юры 1,369 0,073 0,033 -0,033 0,507 0,999

Отложения девона 0,965 0,028 -0,074 0,009 1,043 0,999

5. Характеристики регрессионных уравнений связи смыва пород с отвалов и факторов эрозии

Значения степенных коэффициентов факторов эрозии Коэф-

Порода интенсивности дождя крутизны склона длины склона средней размывающей скорости Свободный множитель фициент множественной корреляции

Ы Ъ2 ЪЗ Ь4 ЬО

Суглинок лессовидный

Глина келловея Мел турона Песок сеноман-альба

Грунтосмесь (мел+песок) Алевриты юры Отложения девона

1,210 0,905 0,200

0,653

0,825

1,046 1,391

0,648 0,582 0,643

0,833

1,480

0,764 0,754

0,288 0,324 0,326

0,733

0,363

0,253 0,218

0,321

-0,720 -0,867

2,747 0,498 0,498

0,130

0,052

2,543 0,399

0,991 0,985 0,991

0,979

0,993

0,997 0,997

Исследования выноса породы со склонов отвалов при разных параметрах рельефа и скорости воздушного потока подтвердили предложенную СЬерП (1962) прямолинейную связь между количеством выдуваемого техногенного элювия и кубом скорости воздушного потока, при которой увеличение скорости воздушного потока на наветренном склоне крутизной 38° в 2,2 раза приводит к росту дефляционной силы потока в 10 раз.

Низкой дефляционной устойчивостью обладают алевриты юры и пески сеноман-альба. При скорости соответственно 2,3 и 3,9 м/с они приходят в подвижное состояние, а при скорости 3,1 и 5,2 м/с переходят к массовому отрыву. Выше устойчивость воздушному потоку у глины келловея и мела. У них массовый отрыв частиц наступает при скорости 13,3 и 15,8 м/с.

Анализ ветропылевого потока показал, что при скоростях в интервале между началом трогания и массового отрыва до 80% частиц перемещается перекатыванием в слое 0-5 см. При скорости массового отрыва более половины частиц переносится в слое 10-50 см. Причем, до 3% эолового материала у пород легкого гранулометрического состава и до 60% пород тяжелого состава попадает в слой воздуха выше 50 см.

Выше дефлируемостъ пород в отвалах при их иссушении и наличии дефляционно-опасных ветров. В летние месяцы (июнь-август) дефляция протекает в 7-12 раз интенсивнее, чем весной и осенью. Многолетние

наблюдения показали, что максимальный вынос эолового материала с отвалов происходит на склонах алевритов юры, где при отсутствии растительности, он достигает за год 101,6 т/га (табл. 6).

6. Величина дефляции (т/га) на элементах рельефа породных отвалов (среднее за год по отвалам 1-7-летнего возраста)

Отвал Период наблюдений Рельеф отвала

Склон Берма Плато

Лессовидный суглинок 1986-

1989 13,1 3,4 11,4

Глина келловея -«- 5,3 0,9 5,0

Мел турона 1984-

1991 6,8 1,5 5,3

Песок сеноман-альба -«- 69,5 26,3 58,8

Грунтосмесь (мел+песок) -«- 21,9 8,8 17,9

Алевриты юры -«- 101,6 32,1 95,3

Отложения девона -«- 19,5 8,3 18,0

Анализируя факторы дефляции (свойства пород, рельеф, климат) пришли к выводу, что техногенный ландшафт сводит к минимуму проявление природно-географических факторов и усиливает действие антропогенных. Большую долю вклада в дефлируемость отвалов вносят сами породы (21%). Второе место занимает рельеф (11%). Роль климатических факторов была минимальной и не превышала 1%. При этом установлено тесное взаимодействие факторов, доля которого в общем уровне дефляции достигает 67%. Причем, большая степень взаимодействия установлена факторами породы и рельефом.

Техногенный элювий за пределами селитебных территорий загрязняет почвы, воздушный и водный бассейн. Это, в свою очередь, снижает продуктивность зерновых и крупяных культур на 8-10%, а трав на 15-22%. Установлено, что основная масса загрязнителя приходится на полукилометровую зону, граничащую с отвалами. Здесь концентрируется более 80% стока снеготаяния, оседает до 90% эолового материала и весь жидкий и твердый сток ливневой эрозии. За пределами этой зоны на расстоянии 2,0-2,5 км рассеивается оставшееся количество стока снеготаяния и 5-6% эолового материала. Далее 2,5-3,0 км проникают продукты дефляции в количестве 3-4% от выноса с отвалов. Преимущество ветров южного, юго-западного и западного направлений обеспечивает большую степень загрязнения территории в северном и северо-восточном направлениях от мест размещения породных отвалов.

Изучение и количественная оценка дефляционно-эрозионных процессов позволили классифицировать техногенные образования по ряду признаков. Основными в условиях КМА являются: геоморфология, литология и способ формирования ландшафта.

Данная классификация по оценочным признакам позволяет прогнозировать эродируемость и дефлируемость формируемых и уже существующих поверхностных отвалов.

5. ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ В ХОДЕ ИХ ЕСТЕСТВЕННОГО

ЗАРАСТАНИЯ

Процессы естественного возобновления растительности в техногенном ландшафте зависят от абиотических (литологии, геоморфологии) и биотических (определяемых экологической емкостью биоценозов прилегающих территорий) факторов. Исследования на разновозрастных отвалах рыхлой вскрыши КМА показали, что растительность в своем развитии последовательно проходит стадии сингенеза от пионерных группировок (отвалы суглинка, глин, мела, песка, алевритов 3-5 лет и девонских отложений 20 лет) до сомкнуто-групповых сообществ (отвалы 15-20-ти лет) и представлена 21 семейством с преобладанием Астровых (36%), Мотыльковых (11%), Мятликовых (9%), Капустных (7%). Естественные фитоце-нозы формируют биомассу от 0,6-3,6 т/га на молодых отвалах, до 58,9 т/га на 20-летних. Это, в свою очередь, определяет темпы почвообразования и состояние техногенных систем. Несмотря на высокую гумификацию биомассы, скорость накопления гумуса на отвалах 3-5-ти лет не превышает 0,01% в год и только к 20-летнему возрасту приближается к уровню зональных почв, достигая 0,07-0,10%.

В зависимости от возраста отвала и развитости фитоценоза изменяются агрохимические свойства молодых почв. Ежегодно с растительным опадом поступает 18-203 кг азота, 4-27 кг/га фосфора, 26-153 кг/га калия. В верхних слоях техногенных почв 20-летних отвалов снижается рН среды и возрастает сумма обменных оснований. Идет устойчивое снижение плотности сложения и рост количества водопрочных агрегатов.

Изменение водопроницаемости пород за счет разрыхления их корнями снижает поверхностный сток атмосферных осадков. В среднем по породам на 8-9-летних отвалах он в 1,2-1,3 раза, а на 20-летних в 2,0-2,7 раза ниже, чем на свежеотсыпанных отвалах (контроле). Это приводит к снижению смыва на 8-9-летних отвалах грунтосмеси и алевритов юры соответственно в 1,5 и 1,7 раза, а на 20-летних - в 6,4 и 4,4 раза.

Формируемый естественным зарастанием биогенный слой способст-

вует снегозадержанию и накоплению влаги, количество которой на 15-20-летних отвалах в 1,3-1,6 раза больше, чем на контроле. Травостой отвалов положительно влияет на равномерность поступления жидких осадков и снижение выноса мелких капель во время «косых дождей».

Дополнительное поступление атмосферной влаги в ходе естественного зарастания изменяет характер ее распределения в почвогрунтовой толще и режим расхода. Величина промачивания пород в весенне-летний период возрастает с 40-70 см на свежеотсыпанных отвалах до 110-130 см на 20-летних. Это позволяет ксерофитной растительности с глубоко проникающей корневой системой сохранять жизнеспособность в периоды иссушения верхних слоев.

В диссертации показана роль растительности в процессах влагонакоп-ленкя и влагопереноса из почвогрунтов в атмосферу. Транспирационный расход влаги растет пропорционально степени естественного зарастания и достигает максимальных значений на 20-летних отвалах. Величина суммарного (эвапотранспирационного) расхода воды на отвалах такого возраста (за исключением отвалов девонских отложений) достигает 3313-3707 т/га, при доле физического испарения на мелах 38,5%; песках -42,7%; грунтосмеси -14,5%; алевритах юры - 13,1%.

Включение в оборот дополнительного количества влаги природными фитоценозами повышает влажность воздуха в приземных слоях, снижает испаряемость на поверхности отвалов, сокращает на 11-16% дефицит испарения, а индекс сухости на инсолируемых склонах в летние месяцы не опускается ниже 0,5-0,6.

Естественное зарастание изменяет режим воздушных потоков в приземных слоях. Исследования в разновозрастных растительных сукцессиях показали тесную связь уровня дефляции с величиной проективного покрытия. Высокая противодефляционная роль зарастания установлена на отвалах алевритов юры, где к 20-летнему возрасту, при проективном покрытии склона растительностью в 60,7%, среднегодовой дефляционный вынос снижается на 93% и не превышает 5,4 т/га.

6. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КУЛЬТУРНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ В ТЕХНОГЕННОМ ЛАНДШАФТЕ КМА

Подбор культур-освоителей, способных произрастать в условиях осыпающегося, смываемого и развеваемого грунта, выявил перспективность растений симбиотрофного типа питания. Продуктивность люцерны, донника, эспарцета достигает уровня ненарушенных почв, а в отдельных случаях превышает его. На молодых отвалах биомасса трав выше, чем на старых, и зависит от степени полноты естественных фитоценозов, в которые

мы искусственно вводим монокультуру. Выше продуктивность сеяных трав на плато и бермах. Здесь они лучше обеспечены влагой, чем на склонах. Сеяные травы на 2-3-й год жизни накапливают биомассу, равную естественному зарастанию 20-ти лет. Химический анализ состава культурных фитоценозов и сравнение с естественным травостоем показал, что, независимо от происхождения, фитоценозы на техногенных субстратах имеют устойчивый дисбаланс по ряду макро- и микроэлементов, не отвечающий требованиям качества кормов.

Изменение экологических условий в пределах отвалов приводит к снижению урожая трав на 8-12% на каждые 10 м увеличения высоты участка. Приспосабливаясь к условиям среды обитания, растения на вершине отвала увеличивают корневую биомассу и снижают надземную.

Из районированных древесно-кустарниковых культур хорошо зарекомендовали себя акация белая, облепиха крушиновидная, лох узколистный. Приживаемость их колеблется в пределах 24-86% и зависит от литологи-ческих и морфологических особенностей ландшафта.

Искусственные фитоценозы многолетних трав и древесно-кустарниковых культур обеспечивают накопление органического вещества и ускоряют почвообразовательные процессы. Годовое накопление гумуса под травами 3-х лет колеблется в зависимости от свойств эдафотопа и биологии культуры от 0,04 до 0,2%. При этом, основным в породах является не исходное плодородие (количество органического вещества), а водно-физические свойства. На глинах келловея и мелах, имеющих более высокое содержание органического вещества, формируется меньшая биомасса и ниже гумусонакопление, чем на суглинках, алевритах юры и элю-виях мела с песком.

Под древесно-кустарниковыми культурами устойчивое поступление биомассы и гумусонакопление начинается с третьего года после посадки. До этого периода биомасса листового опада мала и накопление гумуса под белой акацией 2-х лет на меловых склонах не превышает 0,02%. Это в 2 раза ниже, чем под люцерной гибридной равного возраста. Акациевые насаждения 4-х лет по накоплению биомассы эквивалентны бобовым травам 3-х лет, а более старые посадки превосходят травы. Под акацией 8-ми лет накопление гумуса в слое 0-10 см достигает 0,23-0,29%, или 3,2-4,2 т/га.

Облепиха в первые годы после посадки по энергии роста и накоплению листовой биомассы уступает акации, но к 7-8-летнему возрасту, за счет появления обильной поросли в междурядьях, достигает ее уровня.

Процессы деструкции клетчатки и белковых веществ культурных фитоценозов тесно коррелируют с динамикой общего азота молодых почв.

Величина азота под травами 3-х лет эквивалентна самозарастающим отвалам 20-ти лет, а под акацией и облепихой 8-ми лет в 4 раза превосходит их. Накопление подвижных форм фосфора и калия имеет прямую зависимость от поступающей биомассы.

Активизация химических процессов в молодых почвах сопровождается интенсивным изменением водно-физических свойств. Значения МГ под травами 3-х лет возрастают на 5-37%, а акацией и облепихой 8-ми лет - на 7,7-22%. Разрыхление корневыми системами и накопление органического вещества в верхнем слое породы снижает объемную массу и плотность твердой фазы. Пористость мела под люцерной 3-х лет возрастает на 11,4%, а грунтосмеси и алеврита юры - на 11,5 и 14,4%. Под акацией и облепихой 8-ми лет увеличение пористости, по сравнению с контролем, достигает по породам 11,5-30,3%. Это приводит к росту коэффициента фильтрации и влагоемкости молодых почв.

Следовательно, культурные фитоценозы позволяют, минуя стадию малопродуктивного естественного зарастания, ускоренно формировать плодородие техногенных почв.

Они, армируя корневыми системами породы и создавая высокое проективное покрытие поверхности, повышают устойчивость отвалов к действию абиотических факторов. Максимальный противоэрозионный эффект получен у люцерны гибридной и эспарцета песчаного на 2-м и 3-ем году жизни. В этом возрасте наземная масса максимально снижает ударную силу капель дождя, а образовавшаяся дернина под травами и их стебли замедляют стекание воды со склонов отвала. Под травами 3-х лет мутность стока со склона 15° при получасовом дождевании, с интенсивностью 2 мм/мин, снижается на мелах с 11,1 до 0,9 г/л, грунтосмесях - с 114,2 до 5,7 г/л, а алевритах юры - с 133 до 7,2 г/л. Это сокращает смыв названных пород соответственно в 23,5; 20,0 и 18,5 раз. Противоэрозион-ная роль трав зависит от эрозийности дождя и крутизны склона. Выше почвозащитные свойства трав установлены при минимальной интенсивности дождевания (1 мм/мин), влияние которой на смыв, в свою очередь, сильнее проявляется на пологих склонах. Аппроксимируя кривые, построенные по экспериментальным данным, мы получили формулы зависимости смыва породы от крутизны склона:

при интенсивности дождя 1 мм/мин Ч/ = 0,351 (1,082)"

2 мм/мин АУ = 2,753 (1,051)"

3 мм/мин = 4,013 (1,060)" где V/ - величина смыва, т/га; х - крутизна склона, градус.

По ним можно прогнозировать величину смыва с залуженных склонов крутизной от 5 до 40°, при разных режимах осадков.

Влияние древесных ценозов на эродируемость минеральных субстратов зависит от возраста насаждений. В первый год противоэрозионная эффективность облесения склонов незначительна и практического снижения стока и смыва не происходит. Насаждения второго года, крона которых в диаметре достигает 60-70 см, снижают смыв алевритов со склона крутизной 35° с 157,9 до 68,5 (в 2,3 раза), а грунтосмесей с 133,4 до 50,4 т/га (в 2,6 раза). Под акацией 3-го года, у которой произошло смыкание крон и поверхность оказалась защищенной от ударного действия капель дождя, смыв алевритов снизился до 12,4 (в 13 раз), а грунтосмесей до 6,8 т/га (в 20 раз). Эффективность 4-летних насаждений еще выше. Противоэрозионная роль облепихи ниже, чем у акации. Разница в смыве грунто-смеси под 4-летними акациевыми и облепиховыми насаждениями при интенсивности дождя 1 мм/мин достигает 3,1 раза, а при 2 мм/мин - 2,4 раза.

Исследования противоэрозионной роли облесения на склонах разной крутизны показали, что резкое нарастание смыва при интенсивности дождя 1 мм/мин происходит при крутизне 26-27°. До этого предела смыв с увеличением крутизны склона растет менее интенсивно. При дождевании с интенсивностью в 2 мм/мин этот предел, при котором противоэрозионная эффективность облесения снижается, приходится на склоны 18-20°. Для интенсивности 3 мм/мин - это участки с крутизной 12-13°. Анализ жидкого стока и мутности с рассматриваемых склонов показал, что смыв в основном повышается за счет увеличения мутности потока, который резко возрастает на склонах круче 15°. По экспериментальным данным были рассчитаны зависимости смыва породы под акацией 3-х лет в зависимости от крутизны склона:

при интенсивности дождя 1 мм/мин V/ = КО,755 (1,045)х

2 мм/мин Ш = 4,198 (1,028)"

3 мм/мин = 6,460 (1,059)х где V/ - величина смыва, т/га; х - крутизна склона, градус

К - расчетный коэффициент (1,36). Культурные фитоценозы на породных отвала коренным образом меняют водный режим эдафотопа и его связь с элементами биосферы. На залуженных участках, по сравнению с контролем, поступление влаги возрастает в 1,1-1,2 раза, а облесенных (4-х лет) - в 1,2-1,3 раза. Основной статьей дополнительного поступления влаги является снегонакопление, которое под травами и акацией 4-х лет было соответственно в 1,6-1,7 и 2,1-2,2 раза выше, чем на открытой территории.

Создание устойчивого растительного покрова снижает непродуктив-

ную потерю влаги (поверхностный сток). Коэффициент стока воды при снеготаянии на склонах крутизной 36-38° сокращается под травами 3-х лет с 0,52 до 0,41 (на 21%), а акацией 3-х лег - до 0,47 (на 10%). В теплый период поверхностный сток под культурной растительностью на песчаном отвале полностью отсутствует, а на склонах из грунтосмеси и алевритов юры в 4,3-11,3 раза ниже, чем на контроле.

Рост поступления влаги и сокращение поверхностного стока увеличивает испарение и влагооборот ландшафта. Это подтверждается величиной суммарного испарения с поверхности склона, которая под люцерной возрастает: на песке в 1,3, грунтосмеси - в 1,9, а алевритах юры - в 2,1 раза. На облесенных территориях (акация 4-х лет) испарение в 1,6-2,8 раза выше, чем на контроле ив 1,2-1,2 раза выше, чем на участке под люцерной.

Основной влагоперенос в культурных фитоценозах осуществляется растительностью. Доля физического испарения с поверхности породы не превышает 14-25% под люцерной и 20-30% под акацией от величины эва-потранспирации.

Водный режим техногенных почв под травами характеризуется ранним иссушением слоя 0-30 см до уровня ВЗ-ВРК с последующим расходом влаги растениями с более глубоких слоев. В лесопосадках установлена обратная закономерность, когда в глубоких слоях влажность снижается быстрее, чем в поверхностных. Это позволяет под кронами древесно-кустарниковых культур сохранять до середины-конца июня влажным верхний слой. Следовательно, вклад культурной растительности в процесс влагопереноса выше, чем в естественных фитоценозах, а влагооборот на таких территориях достигает зонального уровня.

Формирование растительности на промышленных пустошах ускоряет процесс преобразования ландшафта в сложную экологическую систему. Он сопровождается трансформацией климатопа при непосредственном участии компонентов биоты.

На всех, кроме меловых, рекультивированных отвалах установлено снижение радиационного баланса на 8-12%. Растительный покров, являясь экраном, снижает нагрев породы (в 1,3-1,8 раза) днем и охлаждение (в 1,31,7 раза) ночью. Снижение контраста дневных и ночных температур приводит к сокращению глубины суточного хода. Под люцерной и акацией суточные колебания температуры достигают у песка 33, алевритов юры -29, глины келловея - 26 см.

Повышенный расход влаги растительностью на испарение ослабляет нагрев поверхностных слоев (0,1 м) воздуха под акацией и люцерной в 1,7 раза. Это приводит, при прочих равных условиях, к снижению ВГТ и повышению устойчивости атмосферы над рекультивированными участками

техногенного ландшафта.

В безветренную погоду средняя влажность воздуха днем над люцерной на 6, а над акацией на 8% выше, чем на отвале без растительности.

Снижение испаряемости на рекультивированных участках, по сравнению с территориями без растительности, сокращает индекс сухости на 2142%. Даже на сухих склонах отвалов алевритов юры и песка под люцерной 3-х лет и эспарцетом 4-х лет он не превышал 1,2-1,5. Дефицит испарения на залуженных склонах алевритов юры снижается с 896 (контроль) до 516 мм/год, а на плато отвала с 656 до 414 мм/год.

Культурные фитоценозы формируют свой микроклиматический режим с характерным вертикальным профилем метеоусловий. Над поверхностью растительности идет ослабление скорости воздушного потока. На облесенной территории это выражено сильнее, чем на залуженной. Ослабление ветра в культурных фитоценозах сокращает дефлируемость пород. Многолетние травы уже в первый год залужения снижают вынос техногенного элювия со склонов на 73,1-83,6%. К четвертому году на алевритах юры и грунтосмеси дефляционные процессы полностью прекращаются. На отвалах лессовидного суглинка и алевритов юры эффективнее защищают поверхность от дефляции люцерна гибридная, донник белый, а на отвалах песка и грунтосмеси - эспарцет песчаный.

У древесно-кустарниковых культур в первый год высадки сеянцев на открытом склоне противодефляционный эффект минимален и только на второй год он достигает 28,7-50,0% от контроля. Полное прекращение дефляции происходит в лесонасаждениях старше 5-ти лет.

7. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТВАЛОВ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

Высокий экологический эффект профилактической рекультивации са-нитарно-защитного назначения достигается в результате залужения и облесения отвалов. Целесообразность таких работ обоснована экономической эффективностью используемых средств (табл. 7). Затраты на проведение горно-технической и биологической рекультивации взяты из рас-четно-технологических карт ведения горных, сельскохозяйственных и лесотехнических работ. Цены на семена, посадочный материал и удобрения использованы договорные, сложившиеся на период 1996 г. Расчеты

о

7. Экономическая эффективность санитарно-защитной рекультивации

Вид освоения отвалов Способ выполнения работ Сумма затрат на рекультивацию (горно-технич,+ биолог.), тыс.руб/га Эффект от предотвращения, тыс. руб. Общая экономическая эффективность Средняя окупаемость, лет

деградации почв с.-х. назначения загрязнения атмосферы

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Залужение А 7853,7 101,5 181,2 196,3 1301,8 1668,0 1889,5 0,18 0,24 0,27 4

Б 1760,2 101,5 181,2 196,3 1183,0 1509,3 -»- 0,73 0,96 1,18 2

Облесение А 7690,1 - 30,7 184,2 - 771,5 1651,0 - 0,10 0,24 5

(9975,3)* - -»- -»- 210,8 1377,0 1889,5 0,02 0,14 0,21 6

Б 1625,9 - 30,7 184,2 - 919,8 1752,0 - 0,58 1,19 3

(3644,1)* - -»- 365,5 1471,5 1889,5 0,10 0,41 0,57 3

Залужение+ А 8262,6 132,4 197,8 203,8 1302,0 1798,5 1889,5 0,17 0,24 0,25 4

(10547,8)* -»- -»- -»- 1513,5 1889,5 -»- 0,16 0,20 0,21 5

облесение Б 2379,7 132,4 197,8 203,8 1366,0 1827,0 1889,5 0,62 0,85 0,88 2

(4397,9)* -»- -»- -»- 1595,5 1889,5 0,39 0,48 0,52 2

А - механизированная; Б - ручная; 1 - фитоценозы 1 года; 2 - фитоценозы 2 года; 3 - фитоценозы 3 года;

* - облесение саженцами 2-3 лет

эффекта рассматриваемых работ проведены по величине размеров предотвращаемых ущербов от деградации почв и загрязнения атмосферы.

Экономическая эффективность залужения и облесения зависит от возраста фитоценоза. У трав эффективность при ручном залужении достигает 0,73-1,18. Это позволяет окупать затраты в течение 1-2 лет. В лесопосадках первого года природоохранный эффект отсутствует и срок окупаемости возрастает до 2-3 лет. Облесение породных отвалов крупномерным посадочным материалом (саженцы 2-3 лет) увеличивает затраты на его приобретение и посадку. Это снижает эффективность работ и увеличивает срок окупаемости. Подготовка территории для механизации посева и посадки (горнотехнический этап) также увеличивает затраты на рекультивацию и повышает срок окупаемости с 2-3 до 4-6 лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В районе КМА открытыми разработками нарушено около 31 тыс. га земель. При этом создаются техногенные образования, представленные отвалами вскрышных пород, объемы которых на КМА к 2005 году достигнут 1242 млн. м\ Вынесенные на дневную поверхность внешних отвалов, они являются качественно новым геотехническим образованием с особыми экологическими условиями, находящимися в состоянии активного взаимодействия с окружающей средой.

2. Вскрышные породы КМА неоднородны по гранулометрическому составу (от песчаного до глинистого), водно-физическим и агрохимическим свойствам и в основном нетоксичны, незасолены, биологически инертны, имеют низкий уровень плодородия.

3. Морфологические и эдафические особенности породных отвалов формируют ландшафтный радиационный режим. За теплый период на склоны крутизной 35-38° южной и западной экспозиций поступает суммарной радиации на 16,5-29,1% больше, а северной - на 29,6% меньше, чем на горизонтальную поверхность. Это в совокупности с прочими абиотическими факторами создает местный микроклимат азонального характера.

4. Основным источником увлажнения породных отвалов являются атмосферные осадки, величина которых в 1,2-1,5 раза ниже зонального уровня и зависит от размеров и рельефа отвалов. Капиллярный механизм водоудержания и низкий потенциал влаги в породах придает ей подвижность и доступность растениям. Малое количество влагосохраняющих пор (д 0,02-12 мкм) в породах приводит к быстрому иссушению верхнего слоя и слабому капиллярному подтоку влаги с нижних горизонтов. Реологическое состояние почвогрунтов, соответствующее «физической спелости»,

наступает на 6-7 дней раньше, чем у почв черноземного типа.

Породы в поверхностных отвалах имеют непромывной тип водного режима следующих видов: техногенный лесостепной (бермы отвалов мела и глины келловея); техногенный степной (все равнинные участки, кроме берм меловых и глинистых отвалов, а также склоны отвалов суглинка, глин, мела и грунтосмесей); техногенный полупустынный (склоны отвалов алевритов юры, песка и отложений девона).

5. Физическое испарение в атмосферу является основной расходной статьей водного баланса техногенного ландшафта. Иссушение в теплый период верхнего слоя породы создает дефицит испарения, превышающий зональный уровень в 1,3 раза, а индекс сухости на склонах отвалов алевритов юры и песка достигает 2,2-2,5.

В условиях умеренно недостаточного увлажнения гидротермический режим склонов и плато всех породных отвалов, кроме меловых, носит аридный характер и аномален для климата лесостепной зоны.

6. Априорная неустойчивость техногенных экосистем возрастает под действием абиотических факторов. До 92% атмосферных осадков на склонах породных отвалов являются стокообразующими, способными вызывать различные по форме и величине эрозионные процессы со среднегодовым смывом до 200 т/га.

Эродируют склоны и в период снеготаяния, которое начинается на 1012 дней раньше и протекает в 2-4 раза быстрее, чем в природных условиях ЦЧЗ. Ведущими абиотическими факторами в формировании стока являются запас воды в снеге, а смыва - запасы воды в снеге и глубина промерзания. Полученные уравнения регрессии позволяют рассчитывать сток и смыв с отвалов при снеготаянии в разных погодных условиях.

7. Изучение эродируемое™ пород в гидролотке и методом искусственного дождевания позволило установить влияние факторов эрозии на величину стока и смыва с породных отвалов. Полученные эмпирические уравнения расчета этих показателей для основных пород КМА дают возможность прогнозировать эрозионные процессы и их экологические последствия.

8. Изучение аэродинамики породных отвалов показало изменение скорости воздушных потоков, которая возрастает на вершине наветренного склона в 2,2 раза, в «ветровых коридорах» - в 2,3 раза и снижается на заветренных склонах в 12 раз. Увеличение крутизны склона в 12 раз (с 3 до 36°) приводит к росту градиента скорости в 1,8 -2,0 раза, а дефляционной силы на наветренном склоне в 10 раз.

Азональный гидротермический режим пород и низкие критические скорости ветра, при которых начинается отрыв частиц (алевриты юры -

2,3 м/с, песок - 3,9 м/с), приводит к развитию дефляционных процессов с годовым выносом эолового материала с отвалов: алевритов юры -67,9 т/га, песка - 57,1 т/га, лессовидного суглинка - 10,9 т/га.

9. Зона негативного воздействия ливневой эрозии на природные ландшафты находится в радиусе 0,5 км от отвала, эрозии периода снеготаяния - 2-3 км, а дефляции - более 5-ти км.

Загрязнение техногенным элювием почв, воздушного и водного бассейнов снижает продуктивность агроценозов в радиусе 6-8 км на 5-10%.

10. Зарастание пород в отвалах идет неравномерно и зависит от абиотических (морфологические и литологические особенности отвалов) и биотических (экологической емкости видов прилегающей территории) факторов. Естественные фитоценозы разновозрастных отвалов КМА насчитывают 89 видов растений, относящихся к 21 семейству и являются индикатором экологического состояния эдафотопа.

11. Низкая продуктивность фитоценозов молодых отвалов ограничивает накопление биомассы и ход почвообразовательных процессов. Руде-ральная растительность на 0,2-12,2% увеличивает поступление влаги, снижает поверхностный сток на 9-летних отвалах на 24-79%, а 20-летних -на 77-100%. Это сокращает смыв с отвалов суглинка лессовидного в 1,33,3 раза, грунтосмеси - в 1,5-6,3 и алевритов юры - в 1,6-4,3 раза. На 20-летних отвалах (за исключением отложений девона) выявлено устойчивое изменение гидротермического режима эдафотопа и приземных слоев атмосферы.Суммарное испарение в этом возрасте возрастает на мелу в 1,9; песке - в 1,4; грунтосмеси - в 2,3; алевритах юры - в 2,9 и девонских отложениях - в 1,1 раза.

Дефляционный вынос породы с отвалов 8-9-ти лет сокращается в 2,33,9 раза, а 20-ти лет - в 4,9-11,1 раза.

12. Для создания на отвалах вскрышных пород культурных фитоценозов санитарно-защитного назначения пригодны культуры симбиотрофного типа питания (люцерна, эспарцет, донник, акация, облепиха и др.). Они легче адаптируются к условиям эдафотопа и ко 2-му году жизни формируют: травы до 80,0 ц/га, а древесно-кустарниковые культуры - до 24,1 ц/га сухой биомассы с проективным покрытием соответственно 9295% и 65-72%.

Лесопосадки 3-4-летнего возраста по объему биомассы достигают уровня сеяных трав (бобовых), а в старшем возрасте превосходят их.

13. Культурные фитоценозы, преобразуя породы в молодые почвы, увеличивают водопоглощение и снижают поверхностный сток. Почвооб-разующая роль бобовых трав 3-х лет, акациевых насаждений 4-х лет и об-лепиховых 5-ти лет может быть приравнена к естественным фитоценозам

20-ти-летнего возраста.

Высокий противоэрозионный эффект установлен у трав на склонах до 20-24°, а древесно-кустарниковых - до 27-28°. Противоэрозионная роль облесения зависит от возраста посадок: 1-2-летние снижают смыв в 2-3 раза, 3-4-летние - в 20-60 раз.

14. Проведение биологической рекультивации активизирует процесс трансформации микроклимата техногенного ландшафта до зонального уровня. За счет дополнительного поступления влаги на поверхность склонов и снижения непродуктивного расхода влаги (сток) величина испарения на залуженных и облесенных склонах возрастает в 1,3-2,8 раза. Причем, до 70-86% от общего влагопереноса приходится на долю транспира-ции. Это повышает на 5-6% влажность воздуха в приземных слоях, сокращает дефицит испарения и формирует индекс сухости ландшафта в пределах 1,1-1,5.

Характер вертикального профиля метеоусловий способствует полному прекращению дефляции под травами 4-х лет и древесно-кустарниковыми культурами старше 5-ти лет.

15. Экономическая эффективность санитарно-защитной рекультивации, рассчитанная по величине ущерба, предотвращаемого залужением и облесением породных отвалов, колеблется в фитоценозах 1-го года -0-0,73; 2-го года - 0,1-0,96 и 3-го года - 0,21-1,19.

Минимальный срок окупаемости залужения - 1-2 года, а облесения -2-3 года.

Предварительное залужение или использование саженцев 2-3-летнего возраста позволяет уже в первый год формировать в лесопосадках экологический эффект, окупающий работы за 2-4 года.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для снижения платежей горнорудными предприятиями за загрязнение и деградацию почвенного покрова, воздушного и водного бассейнов на отработанных участках отвалов и нерабочих бортах карьеров следует безотлагательно проводить биологическую рекультивацию санитарно-защитного назначения.

2. Размещать отвалы надо с юга на север с восточной и западной ориентацией склонов, перекрывая их пригодными для биологической рекультивации породами (суглинки, супеси), способными быстро самозарастать. Смешивание пород улучшает водно-физические свойства эдафотопа. В связи с этим при отвалообразовании целесообразно формировать грунто-смеси из мела и песка, мела и девонских отложений в равных объемных отношениях.

3. На откосах отвалов круче 15°, сформированных тяжелыми и слабо зарастающими породами (глинистые отложения девона и келловея, мела), следует использовать способ рекультивации склонов породных отвалов, включающий нарезку террас по склону отвала. Террасы формируются непрерывной последовательностью по всему склону отвала, с уклоном полки и склона террасы в сторону отвала с последующим заполнением террасной выемки почвенной массой и посадкой растений (трав и кустарников).

4. Для залужения поверхности отвалов рекомендуем для суглинка лессовидного, алевритов юры и их смесей - люцерну гибридную, клевер красный, клевер луговой, донник белый, травосмесь костра, люцерны и клевера; для песка - эспарцет песчаный и смесь эспарцета с овсяницей и костром; для глины келловея, мела и отложений девона - люцерну гибридную, донник белый. На молодых отвалах следует высевать только бобовые травы, а отвалах старше 15-ти лет - травосмеси из бобовых и злаковых.

5. Облесение отвалов железорудных месторождений КМА следует проводить белой акацией или облепихой крушиновидной. Лучшие сроки посадки весной, через 10-12 дней после схода снега. На склонах такие работы надо проводить сеянцами и саженцами 2-х лет в шахматном порядке по схеме: для акации 1,5x2,0, а облепихи 2,0x2,0 м. Перед посадкой корни следует обрабатывать глинистым раствором, состоящим из глины и воды в равных отношениях и минерального удобрения NPK в количестве Зх10"3% каждого элемента к общей массе раствора.

По материалам диссертации опубликовано свыше 50 работ, основными из них являются:

1. Формирование естественного травостоя на отвалах Стойленского ГОКа в связи с их составом, возрастом и рельефом // Рекультивация земель и улучшение малопродуктивных угодий на территории КМА -Воронеж: ВСХИ, 1980. -т. 108. - С.43-56.

2. Некоторые биологические приемы снижения эродируемости пород в отвалах КМА // Всесоюзная школа молодых ученых и специалистов по вопросам теории и практики защиты почв от эрозии и охраны окружающей среды: Тез. докл. -М., 1982. -С.112-113.

3. Почвозащитная роль сельскохозяйственных культур на рекультивируемых землях с нанесением чернозема // Восстановление и повышение плодородия земель техногенных ландшафтов (на примере КМА) -Воронеж: ВСХИ, 1982.-т. 119.-С.37-54.

4.* Некоторые закономерности формирования биогеоценозов на отвалах Стойленского ГОКа // Там же -С.55-78.

5. Роль полимеров в повышении устойчивости пород в отвалах Стой-ленского ГОКа // Там же -С.181-192.

6. Некоторые приемы снижения эродируемости юрских отложений в отвалах // Рациональное использование земель и охрана почв от эрозии в Курской области :Тез. докл. научно-произв. конф. -Курск, 1982. -С.58-59.

7. О влиянии продуктов эрозии железорудных отвалов на окружающую среду // Актуальные вопросы развития сельского хозяйства в Курской области :Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1983. -С.47-49.

8.* О кормовой ценности фитоценозов отвалов Стойленского ГОКа КМА // Молодые учение и специалисты сельскому хозяйству :Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1984. -С.65-67.

9.* Повышение плодородия вскрышных пород путем возделывания на них бобовых растений // Повышение экономического плодородия почв и защиты их от эрозии :Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1985. -С.55-57.

10.* Эродируемость вскрышных пород техногенного ландшафта и некоторые приемы борьбы с эрозией (на примере Курской магнитной аномалии) // Рекультивация земель, нарушенных горными работами на КМА. -Воронеж, 1895. -С.85-103.

11. Изменение свойств гумусового слоя и его эродируемости при рекультивации нарушенных земель //Там же -С.103-116.

12.* Влияние пород и минеральных удобрений на урожай многолетних трав (на примере Стойленского и Щигровского ГОКов) // Эффективность применения удобрений и мелиорантов на почвах ЦЧЗ. -Воронеж, 1986. -С.59-66.

13. Влияние техногенного воздействия горной промышленности Курской магнитной аномалии на природные и культурные ландшафты района // Актуальные проблемы экологического воспитания молодежи :Тез. докл. научно-практ. конф. «Молодежь, планета, мир». -Курск, 1987. -С.27-28.

14.* К вопросу о формировании молодых техногенных почв травянистыми фитоценозами // Научно-технические достижения молодежи :Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1987. -С.44-47.

15.* Некоторые аспекты экологических нарушений в регионе КМА // Там же -С.65-67.

16.* Почвообразовательная роль фитоценозов техногенных ландшафтов КМА // Там же -С.72-75.

17. Экологические проблемы территориально-производственного комплекса Курской магнитной аномалии // Управление социально-экономическим и научно-техническим развитием региона :Тез. докл. научно-практ. школы-семинара. -Л., 1987. -С.121-123.

18.* Метсу,. формирования образцов заданного гранулометрического состава // Достижения науки-производству :Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1988. -С.53-54.

19. Эффективные приемы биологической рекультивации вскрышных пород железорудных месторождений КМА // Эффективность почвозащитных мероприятий в Курской области :Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1988. -С.21-25.

20.* Противоэрозионная роль растительности на отвалах и рекультивируемых землях КМА // Биологическая рекультивация нарушенных земель : Тез. докл. по КНИП «Урал-Экология» и «Колос» -Свердловск, 1988. -С.63-64.

21.* Методические рекомендации по восстановлению нарушенных земель и охране окружающей среды КМА. -ВДНХ-СССР. Павильон «Биология», 1988. -22с.

22.* Сохранение и восстановление плодородия почв в Черноземье -Курск, 1988.-248с.

23.* Эрозия и способы борьбы с ней на отвалах КМА // Тез. докл.VIII Всесоюзн. съезда почвоведов. -Новосибирск, 1989. -Кн. 5. -С.294-295.

24.* Повышение продуктивности рекультивируемых земель Курской магнитной аномалии // Приоритетные направления в науке и технике почвозащитного земледелия: Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1989. -С.108-112.

25 * Рекомендации научно-практической конференции «Приоритетные направления в науке и технике почвозащитного земледелия» II Приоритетные направления в науке и технике почвозащитного земледелия: Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1989. -СЛ22-125.

26. К вопросу охраны воздушного бассейна в условиях КМА И Там же -С.116-118.

27.* Особенности снеготаяния и эрозионные процессы на отвальных породах при весеннем снеготаянии П Основные способы восстановления земель, нарушенных горной промышленностью КМА -Белгород: БСХИ, 1989. -С.23-39.

28.* Формирование эдафотопов отвалов под влиянием естественных фитоценозов (на примере Стойленского ГОКа) // Там же -С.64-74.

29. Актуальность почвозащитного земледелия на рекультивируемых землях КМА // Научные достижения - сельскому хозяйству: Тез. докл. научно-практ. конф. -Курск, 1990. -С.21-23.

30.* Устойчивость почвогрунтов размыву в гидравлическом лотке // Там же -С.37-42.

31 .* Система лесомелиоративных мероприятий И Научно обоснован-

ная система ведения агропромышленного производства Курской области -Курск, 1991. -С.281-288.

32.* Нетрадиционные почвоудобрительные препараты и их роль в получении экологически чистой продукции // Экологические проблемы сельскохозяйственного производства: Тез. докл. междунар. конф. -Воронеж, 1994. -С.71-73.

33. Биологическое освоение породных отвалов Стойленского ГОКА И Совершенствование технических средств и технологий возделывания сельскохозяйственных культур: Тез. докл. научно-практ. конф. КГСХА. -Курск, 1995. -С.51-53.

34. Противоэрозионная организация территории в условиях антропогенного ландшафта КМА К Современные экологические проблемы провинции: Тез. докл. междунар. конф. -Курск, 1995.-С.180-182.

35.* Проблемные экологические ситуации Курской области и их влияние на агропромышленный комплекс // Там же -С.229-231.

36. Противоэрозионная роль разновозрастных культурных фитоценозов на отвалах вскрышных пород КМА // Биологическая рекультивация нарушенных земель: Тез. докл. междунар. конф. -Екатеринбург, 1996. -С119.

37. Водоудерживающая характеристика вскрышных пород КМА // Там же-С. 120-121.

38. Радиационный баланс и его составляющие на отвалах вскрышных пород КМА // Проблемы повышения эффективности и устойчивости земледелия. -Курск: КГСХА, 1996. -Т.9. -С. 140-152.

примечание: * - в соавторстве