Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Почвенно-экологическая эффективность технологий рекультивации нарушенных земель в Кузбассе

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Почвенно-экологическая эффективность технологий рекультивации нарушенных земель в Кузбассе"

На правах рукописи

Госсен Игорь Николаевич

ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ В КУЗБАССЕ

03.02.13 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

О 5 СЕН 2013

Новосибирск - 20'""

005532685

005532685

Работа выполнена в лаборатории рекультивации почв Института почвоведения и агрохимии Сибирского отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук,

старший научный сотрудник Андроханов Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: Якутии Михаил Владимирович,

доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии ИПА СО РАН

Подурец Ольга Ивановна, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии и методики преподавания биологии Кузбасской государственной педагогической академии

Ведущая организация: Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН

Защита состоится 10 октября 2013 г. в 13— на заседании диссертационного совета Д 003.013.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Лаврентьева, д. 8/2, ИПА СО РАН.

Тел/факс 8(383)363-90-25; E-mail: soil@issa.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Автореферат разослан 013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, / - ' „ _ „

доктор биологических наук Ф'/'..... Якименко В.Н.

Актуальность исследований. В процессе разработки угольных месторождений открытым способом происходит практически полное разрушение естественных ландшафтов и образование новых - техногенных или природ-но-техногенных комплексов. В связи со значительным увеличением масштабов нарушения природных ландшафтов в последние годы наиболее широкое распространение получил термин «техногенный» ландшафт [Трофимов и др., 1986; Критерии ..., 1992; Гаджиев, Курачев, 1992; Андроханов, Курачев, 2010; и др.]. Для рекультивации техногенных ландшафтов в настоящее время разработано и применяется большое количество разнообразных технологий пород [Бекаревич, Масюк, Узбек, 1969; Рева, Бакланов, 1972; Масюк, 1974; 1975; Эколого-экономические аспекты, 1980; Етеревская и др., 1982; и др.]. Однако часто применяемые в различных регионах технологии рекультивации не могут эффективно способствовать восстановлению нарушенных территорий. В связи, с этим часто техногенные ландшафты представляют собой своеобразный «экоклин», резко отличающийся по своим свойствам и режимам от естественных ландшафтов [ Махонина, 2003; Андроханов, Курачев, 2010; и др.]. Свойства новых почв и режимы их функционирования еще недостаточно изучены, хотя именно они определяют почвенно-экологическое состояние этих территорий. Поэтому актуальность исследований определяется необходимостью получения объективной информации о почвенно-экологическом состоянии техногенно нарушенных территорий и оценки эффективности технологий их рекультивации. Таким образом, изучение процессов восстановления техногенных ландшафтов и оценка эффективности рекультивационных работ является важной теоретической и практической задачей.

Цель работы - исследовать почвенно-экологическое состояния рекультивированных участков различных угольных разрезов на территории Кузбасса и дать оценку эффективности основных технологий рекультивации.

Задачи исследований:

1. Изучить опыт выполнения рекультивационных работ в России и дать характеристику существующих технологий рекультивации;

2. Исследовать сформировавшийся почвенный покров на территории различных угольных разрезов Кузбасса на участках, рекультивированных по разным технологиям;

3. Выявить специфику агрофизических и водно-физических свойств молодых почв на поверхности рекультивированных отвалов;

4. Провести исследование основных агрохимических показателей почв на техногенно нарушенных участках угольных разрезов;

5. Дать почвенно-экологическую оценку технологиям рекультивации нарушенных земель, используемым на территории Кузбасса.

Научная новизна исследований заключается в том, что:

- детально изучена специфика функционирования участков рекультивированных по различным направлениям и технологиям на угольных разрезах Кузбасса;

- выявлено, что эффективность рекультивационных работ может быть оценена посредством крупномасштабного картографирования почвенного покрова, сформировавшегося на поверхности рекультивированных участков;

- дана оценка почвенно-экологической эффективности рекультивационных работ, выполненных по различным технологиям на техногенно нарушенных территориях.

Защищаемые положения:

1. Почвенный покров, формирующийся на рекультивированных техногенно нарушенных территориях, наиболее объективно отражает их почвенно-экологическое состояние.

2. Почвенно-экологическая эффективность рекультивации определяется уровнем развития почвообразовательных процессов и восстановлением свойств и режимов почв на нарушенных землях.

Теоретическая и практическая значимость исследования состоит в разработке нового подхода в оценке почвенно-экологической эффективности рекультивационных работ. Результаты могут быть применены при разработке проектов рекультивации нарушенных земель в Кузбассе. Полученные данные об эффективности технологий рекультивации могут быть использованы при планировании рекультивационных работ на землях, нарушенных в результате деятельности угледобывающих предприятий.

Апробация работы. Результаты исследований представлялись и докладывались на Международной и Всероссийских конференциях: «Природно-техногенные комплексы: рекультивация и устойчивое функционирование» (Новосибирск - Новокузнецк, 2013); «Проблемы промышленной ботаники в индустриально развитых регионах» (Кемерово, 2005; 2009); на научной сессии ИПА СО РАН (2012); заседаниях совета научной молодежи ИПА СО РАН (2003; 2005; 2007; 2010).

Личный вклад автора. Автором проведены полевые обследования, лабораторные анализы, обработка и обобщение полученных экспериментальных данных, научная интерпретация и публикация результатов исследования.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура работы. Диссертационная работа изложена на 170 страницах печатного текста. Состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержит 21 таблицу и 46 рисунков. Список литературы включает 141 источник, из них 17 на иностранных языках.

Глава 1. Объекты, принципы и методы исследований

Проведен анализ литературных источников по теме рекультивации нарушенных земель, который отражает основные проблемы и достижения при восстановлении нарушенных территорий.

Как известно, целью рекультивации является создание на месте нарушенных земель продуктивных и рационально организованных антропогенных (техногенных) ландшафтов. При проведении рекультивационных работ во всех случаях стремятся к оптимизации и улучшению условий природной

среды. При этом важно разработать эффективные технологии рекультивации и надежные приемы ухода за восстановленными землями [Гаджиев, Курачев, 1992].

Объектами исследования были выбраны отвалы угольных разрезов, расположенные в лесостепной зоне Кузнецкой котловины.

Участок № 1 - 35-летний спланированный бестранспортный отвал, оставленный под естественное зарастание по окончанию горнотехнического этапа рекультивации. Общая площадь данного участка составляет 6,8 га. В результате проведенного детального почвенного картографирования были определены соотношения площадей, занимаемых различными местообитаниями, и сформировавшиеся почвы на данном поле рекультивации. На долю эмбриозема инициального приходится 12%, эмбриозема органо-аккумулятивного - 25%, эмбриозема дернового - 48% и эмбриозема гумусо-во-аккумулятивного 15%.

Участок № 2 - 35-летний спланированный бестранспортный отвал, площадью 5,2 га. После проведенной планировки была произведена посадка древесных культур сосны и облепихи. На всей территории лесной рекультивации сформировались эмбриоземы органо-аккумулятивные. В связи с высокой густотой посадки (около 4500 сосен/га) под ними не формируются травянистые сообщества, и участки длительное время остаются на стадии эмбри-оземов органо-аккумулятивных.

Участок № 3 - 35-летний спланированный бестранспортный отвал площадью 8,4 га. После формирования отвала была проведена полная планировка поверхности с последующим посевом смеси эспарцета песчаного и костреца безостого. На участке сформировались эмбриоземы органо-аккумулятивные, составляющие 51,5% и эмбриоземы дерновые - 48,5%.

Участок № 4 - 35-летний спланированный автотранспортный отвал площадью 16,3 га. При селективном отвалообразовании после проведенной планировки поверхности на участки наносился слой потенциально плодородных пород (ППП) мощностью до 1 м и плодородный слой почвы (ПСП) от 20 до 40 см. В результате было сформировано почвоподобное образование, названное по классификации, разработанной в лаборатории рекультивации почв ИПА СО РАН технозёмом [Курачев, Андроханов, 2002].

В ходе выполнения работы в период полевых исследований проводились исследования по изучению почвенного покрова и физических свойств почв [Вадюнина, Корчагина, 1973]. В лабораторных условиях проводились аналитические работы по определению химических свойств почв общепринятыми методами [Аринушкина, 1970].

Глава 2. Специфика условий почвообразования

В главе описан климат Кузнецкой котловины, характеризующийся как резко континентальный [Сляднев, 1965; Трофимов и др., 1986; и др.]. Рассматриваются особенности гидро-термического режима на исследуемых участках рекультивации. В отличие от естественных территорий поля рекультивации характеризуются более высокой суммой биологически актив-

ных температур (БАТ). При сравнении контрольной площадки чернозема выщелоченного с полями рекультивации наблюдается повышение суммы биологически активных температур от эмбриозема гумусово-аккумулятивного (2060°С), к дерновому (2140°С) и органо-аккумулятивному а наиболее высокие суммы БАТ отмечены на эмбриоземе инициальном (2760°С). При сельскохозяйственной рекультивации без нанесения ПСП сумма БАТ близка к выше перечисленным, и составляет на эмбриоземе органо-аккумулятивном 2580°С, эмбриоземе дерновом 2170°С. Участки рекультивации с посадкой сосны приближены к естественным лесным насаждениям. Здесь сумма БАТ составляет 1680°С. Максимально приближены по сумме БАТ поля рекультивации с техноземами. На данных участках сумма БАТ составляет 1980°С.

Мощность снежного покрова, определяемая на участках проведения исследований, и запасы воды в нем также изменяются в зависимости от технологии рекультивации почв. При лесной рекультивации отмечено наибольшее накопление снега от 45 до 85 см в зависимости от количества зимних осадков в году. В свою очередь на участке № 3 сельскохозяйственной рекультивации наблюдалась минимальная мощность снежного покрова от 28 до 60 см, что связано с использованием данной территории в качестве сенокоса и пастбища.

Таким образом, проведенные исследования выявили специфику гидротермических условий полей рекультивации. Данные участки характеризуются большим ксероморфизмом по сравнению с естественными ландшафтами.

Глава 3. Физические свойства рекультивированных почв

В результате проведенных исследований было установлено высокое содержание каменистых отдельностей в профилях эмбриоземов всех типов [Госсен, Беланов, 2011]. В связи с этим определялся фракционный состав крупнозема, и рассчитывалось содержание физической глины в мелкоземе и ко всему объему субстрата (табл. 1).

При естественном зарастании участок № 1 с эмбриоземами инициальными и органо-аккумулятивными характеризуются наиболее высоким содержанием крупного обломочного материала. При пересчете содержания физической глины ко всему объему субстрата выявлено ее снижение вниз по профилю.

Эмбриоземы более поздних стадий развития дерновые и гумусово-аккумулятивные характеризуются большим содержанием фракций мелкозема и дифференциацией крупнозема и мелкозема по профилю. Физическая глина, рассчитанная на весь объем субстрата, так же как и в почвах ранних стадий снижается с глубиной. Анализ результатов по гранулометрическому составу показал увеличение содержания фракций физической глины вниз по профилю во всех типах эмбриоземов [Госсен, Беланов, 2011].

Таблица 1. Физические свойства почв рекультивированных участков

Глубина, см Плотность, г/см3 Пористость, % Физ. глина, %

твердой фазы сложения Мелкозема На весь субстрат

Участок № 1. Эмбриозем инициальный, естественное зарастание

0-5 2,65 1,32 38,46 22,66 6,3

5-10 2,68 1,46 36,59 25,20 5,1

30-40 2,76 1,75 31,92 32,16 4,0

Эмбриозем органо-аккумулятивный, естественное зарастание

0-5 2,56 1,30 40,28 33,44 7,19

5-10 2,59 1,43 36,27 41,68 4,49

30-40 2,98 1,72 32,21 46,9 5,07

Эмбриозем дерновый, естественное зарастание

0-5 2,49 1,22 44,72 30,9 10,90

5-10 2,56 1,36 39,33 40,6 7,18

30-40 2,64 1,68 34,18 42,0 2,48

Эмб риозем гумусово-аккумулятивный, естественное зарастание

0-5 2,44 1,19 49,27 33,1 13,77

5-10 2,51 1,27 39,07 37,4 12,45

30-40 2,58 1,65 34,59 41,6 7,25

Участок № 2. Эмбриозем органо-аккумулятивный, лесная рекультивация

0-5 2,58 1,34 35,28 31,65 7,04

5-10 2,63 1,46 34,27 38,33 5,13

30-40 2,97 1,74 32,21 47,42 3,98

Участок № 3. Эмбриозем органо-аккумулятивный, с/х рекультивация

0-5 2,57 1,33 43,68 38,93 7,27

5-10 2,62 1,42 39,47 47,09 4,42

30-40 2,94 2,72 34,96 47,2 4,41

Эмбриозем дерновый, сельскохозяйственная рекультивация

0-5 2,51 0,24 44,26 44,51 7,19

5-10 2,55 1,39 40,61 46,36 5,56

30-40 2,67 1,71 32,88 41,82 2,83

Участок № 4. Технозем, сельскохозяйственная рекультивация

0-6 2,24 1,01 54,91 41,98 23,86

6-40 2,34 1,09 53,42 45,98 17,34

40-70 2,69 1,21 46,54 44,9 11,7

70-80 2,84 1,52 35,59 43,27 2,06

Определение плотности и порозности на участках с естественным зарастанием выявило заметное снижение плотности сложения и плотности твердой фазы в ряду от эмбриозема инициального к гумусово-аккумулятивному (см. табл. 1). При этом происходит закономерное уменьшение пористости, которая в нижних горизонтах эмбриоземов снижается до критических показателей и препятствует развитию коневой системы. Наибольшей порозно-

стью обладают эмбриоземы гумусово-аккумулятивные, на которых сформировался и наиболее развитый фитоценоз.

На участке № 2 лесной рекультивации сформировался эмбриозем орга-но-аккумулятивный. Здесь определение фракционного состава крупнозема и гранулометрического состава мелкозема выявило увеличение крупных каменистых отдельностей в слое 5-10 см и резкое снижение содержания мелкозема на глубине 10-20см. Гранулометрический состав мелкозема среднесугли-нистый. Исследование плотности и порозности на данном участке показало увеличение плотности сложения и твердой фазы вниз по профилю и уменьшение пористости. Это в основном связано с резким снижением количества мелкозема в профиле эмбриоземов на этом участке, что связано с меньшей активностью процессов выветривания и почвообразования.

При сельскохозяйственной рекультивации участок № 3 наблюдается значительное увеличение крупных каменистых отдельностей в 20 см слое и снижение количества мелкозема в профиле эмбриозема органо-аккумулятивного. В дерновом эмбриоземе отмечено уменьшение количества камней в верхней части до 70 % и постепенное увеличение обломочного материала с глубиной. Грансостав характеризуется как среднесуглинистый. Плотность и пористость почв на этом участке рекультивации значительно отличается от зональной почвы. Плотность сложения и твердой фазы уменьшается в дерновых эмбриоземах, при этом пористость в верхнем горизонте увеличивается практически до 45%, в нижней части профиля она остается без изменений. Полученные результаты напрямую зависят от содержания крупных каменистых отдельностей и мелкозема в профиле эмбриоземов.

При исследовании фракционного состава технозема дифференцированного (участок № 4) необходимо отметить, в отличие от эмбриоземов, отсутствие крупных каменистых отдельностей в верхнем насыпном гумусовом горизонте. В нижележащем суглинистом горизонте появляются крупные отдельности вмещающих пород. На глубине 70-80 см происходит резкое увеличение крупных каменистых отдельностей, поскольку горизонт представлен вскрышными и вмещающими породами. Таким образом, профиль техноземов уже на начальной стадии формирования дифференцирован соответственно с технологией формирования насыпного слоя. Гранулометрический состав мелкозема - среднесуглинистый, а содержание физической глины в мелкоземе по профилю практически не изменяется. При пересчете на весь объем в верхнем горизонте он не меняется, в материале суглинков он становиться легкосуглинистым, а в подстилающей породе практически песчаным. Исследования по определению плотности и пористости данного участка выявили увеличение вниз по профилю плотности сложения и твердой фазы почв. Наибольшей плотностью характеризуется нижний (более 70 см.) слой, представленный вскрышными и вмещающими породами (см. табл. 1). Поскольку пористость обратно пропорциональна плотности, в профиле технозема дифференцированного наблюдается ее снижение с глубиной.

Исследования основных водно-физических свойств проводились на всех участках рекультивации. В почвах техногенных ландшафтов определялась

водопроницаемость (методом заливных площадок), максимальная гигроскопичность (МГ), влажность завядания (ВЗ), наименьшая влагоемкость (НВ) и диапазон активной влаги (ДАВ).

Проведенные исследования водопроницаемости на участке № 1 естественного зарастания показали, что на начальных этапах почвообразования при формировании эмбриоземов инициальных и органо-аккумулятивных, водопроницаемость характеризуется по шкале Качинского как провальная (рис. 1 а, б) [Госсен, 2009]. В результате чего следует, что данные породы обладают низкой водоудерживающей способностью, что подтверждается и показателями ДАВ (табл. 2.). Это обусловлено в первую очередь очень малым содержанием мелкозема и физической глины в профиле этих почв. В ходе развития почвообразовательных процессов и формирования эмбриоземов дерновых и гумусово-аккумулятивных наблюдается улучшение физического состояния молодых почв, что сказывается и на показателях водопроницаемости. Здесь она характеризуется как наилучшая (рис. 1 в, г). Это связано с увеличением количества мелкозема и физической глины. Проведенные исследования основных воднофизических свойств на рекультивированных участках показали снижение НВ, а соответственно и ДАВ вниз по профилю во всех типах эмбриоземов (см. табл. 2).

Эмбриозем органо-аккумулятивный, сформировавшийся на участке № 2 с лесной рекультивацией, характеризуется провальной водопроницаемостью. Поскольку данная почва содержит большое количество крупных каменистых отдельностей и малое количество мелкозема, она обладает низкой водоудерживающей способностью. НВ и ДАВ данного эмбриозема резко снижаются уже в слое 5-10 см (см. табл. 2).

На участке № 3 сельскохозяйственной рекультивации с эмбриоземами органо-аккумулятивными полученные результаты по водопроницаемости схожи с таковыми при естественном зарастании. Эмбриозем органо-аккумулятивный характеризуется провальной водопроницаемостью. Однако и на эмбриоземе дерновом, в первые часы наблюдения водопроницаемость характеризуется как провальная, но в последующие часы наблюдения она снижается до излишне высокой и остается таковой до конца опыта.

Результаты изучения водно-физических свойств почв на участке №3, приведенные в табл. 2 показывают резкое снижение НВ и ДАВ уже в слое 510 см эмбриозема органо-аккумулятивного. Это связано с высокой плотностью и малым содержанием мелкозема в профиле почвы, а, следовательно, и низкой водоудерживающей способностью. В эмбриоземе дерновом наблюдается так же снижение данных показателей, но оно происходит не столь резко, что связано с более равномерным распределением мелкозема по профилю.

Наибольшее сходство при определении водопроницаемости с зональной почвой выявлено на техноземе дифференцированном. Данный участок характеризуется на начальном этапе проведения определения излишне высокой водопроницаемостью, но в последующем она снижается до наилучшей (рис. 2). Как отмечалось ранее, эта почва состоит из отсыпанного суглинистого материала, поэтому почвообразующий субстрат близок по свойствам к есте-

ственным почвам. В связи с этим и значения НВ и ДАВ выше и сравнимы контрольным вариантом.

Рис. 1. Водопроницаемость на участке естественного зарастания а - эмбриозем инициальный б - эмбриозем органо-аккумулятивный в - эмбриозем дерновый г - эмбриозем гумусово-аккумулятивный

Рис. 2. Водопроницаемость тех-нозема

Рис. 3. Водопроницаемость чернозема выщелоченного

Таблица 2. Водно-физические свойства почв рекультивированных участков

Глубина, см | МГ,% | ВЗ, % | НВ,% | ДАВ,%

Участок № 1. Эмбриозем инициальный, естественное зарастание

0-5 5,52 8,28 21,18 12,90

5-10 5,69 8,54 15,86 7,32

30-40 5,76 8,64 14,46 5,82

Эмбриозем органо-аккумулятивный, естественное зарастание

0-5 7,94 11,91 24,87 13,96

5-10 7,11 10,67 18,30 7,63

30-40 6,49 9,74 15,76 6,02

Эмбриозем дерновый, естественное зарастание

0-5 7,36 11,04 29,53 18,49

5-10 6,88 10,32 18,15 7,83

30-40 6,08 9,12 17,28 8,16

Эмбриозем гумусово-аккумулятивный, естественное зарастание

0-5 8,12 12,18 30,68 18,5

5-10 7,41 11,12 22,01 10,89

30-40 6,84 10,26 18,27 8,01

Участок № 2. Эмбриозем органо-аккумулятивный, лесная рекультивация

0-5 6,78 10,17 20,59 10,42

5-10 6,57 9,86 12,53 2,67

30-40 4,53 6,80 9,63 2,83

Участок № 3. Эмбриозем органо-аккумулятивный, с/х рекультивация

0-5 7,76 11,64 30,61 18,97

5-10 6,85 10,28 12,39 2,11

30-40 5,63 8,45 11,63 3,18

Эмбриозем дерновый, сельскохозяйственная рекультивация

0-5 7,86 11,79 29,20 15,91

5-10 7,72 11,58 18,16 6,58

30-40 5,72 8,58 18,87 10,29

Участок № 4. Технозем, сельскохозяйственная рекультивация

0-6 11,29 16,94 44,26 27,32

6-40 9,65 14,48 33,15 18,67

40-50 5,95 8,93 30,23 21,30

70-80 6,02 9,03 14,24 5,21

Таким образом, проведенные исследования показали, что техноземы дифференцированные, сформированные при селективном отвалообразовании и использующиеся в сельскохозяйственном производстве, обладают наилучшими физическими и водно-физическими свойствами из всех рассмотренных участков рекультивации.

Глава 4. Основные химические свойства эмбриоземов и техноземов

Усредненные результаты многолетних исследований основных химических свойств почв техногенных ландшафтов: рН, содержание органического углерода, валового азота, фосфора, калия показаны в таблице 3. Поскольку в субстрате отвала содержатся включения каменного угля, то при определении содержания углерода традиционными методами в почвах техногенных ландшафтов получаются завышенные результаты. Поэтому для получения более объективной информации была определена педогенная составляющая общего углерода связанная с азотом, и по разнице общего и педогенного(Спед) углерода расчитано содержание литогенной (Слит) (углистой) составляющей органических веществ.

Проведенные исследования показали, что на участке № 1 инициальный эмбриозем характеризуется минимальным содержанием педогенного углерода. Оценивая его распределение по профилю, можно отметить незначительное увеличение в верхнем 10-тисантиметровом слое, в то время как ниже 20 см содержание Спед практически неизменно (рис. 4 а). В верхней части профиля содержание Слит минимально, и не превышает 5%, ниже, существенно увеличивается. Общий углерод увеличивается вниз по профилю, что связано с увеличением содержания углистых частиц. В эмбриоземе органо-аккумулятивном в верхнем 5 см слое выявлено равное содержание педогенного и литогенного углерода, а с глубиной происходит снижение педогенного и увеличение литогенного (рис. 4 б). В эмбриоземах более поздних стадий, начиная с дернового, наблюдается преобладание педогенного углерода в верхних слоях почвы над литогенным. Однако-и здесь с глубиной наблюдается превышение литогенного углерода над педогенным (рис. 4 в, г). Реакция почвенного раствора изученных эмбриоземов, в верхнем пятисантиметровом слое в основном нейтральная и изменяется от 7,01 до 7,41. Вниз по профилю происходит увеличение значений рН до 7,91 в гумусово-аккумулятивном и 8,06 в инициальном.

Как показали проведенные исследования, почвообразующие породы характеризуются незначительным содержанием азота. Лишь со временем по мере развития почвообразовательных процессов содержание азота в верхней части профиля увеличивается (см. табл. 3). В почвах рекультивированных участков повышение содержания азота происходит сингенетично стадиям развития фитоценоза и почвообразования. Максимальное содержание N в гумусово-аккумулятивном эмбриоземе, минимальное - в инициальном. Почвы рекультивированных участков характеризуются меньшим содержанием фосфора, чем естественные почвы. Распределение его по профилю меняется по глубинам и в эволюционном ряду рассматриваемых почв. Приведенные в таблице 3 данные свидетельствуют о том, что накопление в почвенном профиле фосфора происходит сингенетично стадиям формирования эмбриоземов, что согласуется и с результатами исследований других авторов [Поло-хин, 2007; 2008]. Проведенные исследования не выявили по профилю эмбриоземов заметно выраженной дифференциации по содержанию валового калия. Некоторое увеличение его содержания в верхней части профиля может

быть обусловлено увеличением количества тонкодисперсных фракций. В эволюционном ряду количество калия возрастает при переходе от инициального к органо-аккумулятивному и далее к дерновому и гумусово-аккумулятивному эмбриоземам.

Таблица 3. Химические свойства почв техногенных ландшафтов.

Глубина, см РН С,% N,"/0 С/И Квал, %

Участок № 1. Эмбриозем инициальный, естественное зарастание

0-5 7,15 7,56 0,25 30,24 0,10 3,28

5-10 7,53 7,64 0,18 42,44 0,11 3,29

30-40 8,06 9,2 0,17 54,12 0,07 3,23

Эмбриозем органо-аккумулятивный, естественное зарастание

0-5 7,01 6,55 0,33 19,85 0,12 3,24

5-10 7,41 6,42 0,26 24,69 0,12 3,23

30-40 8,01 7,31 0,17 43 0,05 3,28

Эмбриозем дерновый, естественное зарастание

0-5 7,41 7,18 0,43 16,69 0,14 3,15

5-10 7,59 6,8 0,32 21,25 0,12 3,22

30-40 7,62 8,43 0,18 46,83 0,08 3,19

Эмбриозем гумусово-аккумулятивный, естественное зарастание

0-5 7,10 6,42 0,46 13,96 0,16 3,25

5-10 7,36 6,21 0,25 24,84 0,15 3,24

30-40 7,91 4,79 0,15 31,93 0,11 3,23

Участок № 2. Эмбриозем органо-аккумулятивный, лесная рекультивация

0-5 6,51 6,38 0,48 13,29 0,12 3,23

5-10 7,07 6,17 0,40 15,43 0,10 3,27

30-40 8,24 7,43 0,26 28,58 0,06 3,28

Участок № 3. Эмбриозем органо-аккумулятивный, с/х рекультивация

0-5 7,06 5,48 0,29 18,89 0,11 3,25

5-10 7,47 5,37 0,26 20,65 0,09 3,25

30-40 8,18 5,95 0,16 37,19 0,06 3,15

Эмбриозем де рновый, сельскохозяйственная рекультивация

0-5 6,83 5,29 0,31 17,06 0,14 3,24

5-10 7,07 5,07 0,27 18,78 0,13 3,23

30-40 7,90 4,86 0,16 30,37 0,09 3,23

Участок № 4. Технозем, сельскохозяйственная рекультивация

0-6 6,21 5,47 0,32 7,72 0,24 1,25

6-40 6,20 3,96 0,26 3,69 0,22 1,19

40-70 6,25 1,54 0,21 2,57 0,17 0,88

70-80 7,50 4,82 0,20 24,1 0,13 3,21

На участке № 2 в верхнем слое эмбриозема органо-аккумулятивного наблюдается преобладание педогенного углерода над литогенным. В ниже-

лежащих слоях увеличивается количество литогенного, что объясняется увеличением количества углистых частиц (рис. 6). Реакция почвенного раствора данной почвы в верхнем пяти сантиметровом слое нейтральна и составляет 6,51. Вниз по профилю происходит увеличение значений рН до 8,24 (см. табл. 3). Снижение рН в верхнем слое обусловлено действием кислого, хвойного опада. В нижней части профиля рН не изменяется. Оценивая распределение по профилю валового азота в органо-аккумулятивном эмбриоземе при лесной рекультивации можно отметить, что на данном участке отмечается некоторое увеличение содержания валового N. Данное увеличение содержания азота может быть вызвано с посадкой облепихи на начальном этапе рекультивации. По валовому фосфору и калию данные почвы характеризуются средним содержанием и имеют слабовыраженную дифференциацию по содержанию этих элементов по профилю.

При рассмотрении педогенных и литогенных форм углерода в профилях эмбриоземов участок № 3 при сельскохозяйственной рекультивации показано, что на начальных стадиях почвообразования в эмбриоземе органо-аккумулятивном практически по всему профилю преобладает литогенный углерод (рис. 5 а), с развитием процессов почвообразования происходит накопление педогенного углерода в верхнем слое эмбриоземов дерновых (рис. 5 б). Реакция почвенного раствора эмбриоземов при сельскохозяйственной рекультивации в верхнем пяти сантиметровом слое нейтральная, как в дерновом, так и в органо-аккумулятивном, и изменяется в пределах от 6,83 до 7,06 (см. табл. 3). Вниз по профилю происходит увеличение значений рН до 7,90 в дерновом и 8,18 в органо-аккумулятивном, что обусловлено слабощелочной реакцией исходных пород слагающих отвал.

Распределение валового азота в профилях эмбриоземов данного участка характеризуется снижением его содержания с глубиной. Так же необходимо отметить, что наблюдается некоторое повышение содержания этого элемента в эмбриоземе дерновом. Проведенные исследования по содержанию калия и фосфора в почвах при данной технологии рекультивации показали незначительные различия по количеству калия в эмбриоземах. Содержание фосфора увеличивается в эмбриоземе дерновом, и проявляется некоторое его накопление в верхней части профиля.

На участке № 4 с техноземом дифференцированным определялся общий органический углерод поскольку профиль почвы представлен в основном нанесенными ППП и ПСП не содержащие углистых частиц, соответственно Сорг=Спед. Реакция почвенного раствора данной почвы изменяется от 6,21 в верних горизонтах до 7,5 в горизонте представленном вскрышными и вмещающими породами. Распределение валового азота в профиле технозема характеризуется снижением его содержания с глубиной. Проведенные исследования по содержанию калия и фосфора в почвах при данной технологии рекультивации показали постепенное снижение содержания данных элементов вниз по профилю. Хотя необходимо отметить увеличение калия в нижнем горизонте почвы.

в г

Рис. 4. Распределение педогенного и литогенного углерода на участке № 1 естественного зарастания а - эмбриозем инициальный б - эмбриозем органо-аккумулятивный в - эмбриозем дерновый г - эмбриозем гумусово-аккумулятивный

Рис. 5. Распределение педогенного и лито генного углерода на участке № 3 сельскохозяйственной рекультивации а - эмбриозем органо-аккумулятивный б - эмбриозем дерновый_

Углерод*

С 2 4 6 В 10

^^Сяед -»-Спит -»-Сорт

Рис. 6. Распределение педогенного и литогенного углерода в профиле ор-гано-аккумулятивного эмбриозема на участке № 2 лесной рекультивации

В результате проведенных исследований химических свойств почв было выявлено, что техноземы дифференцированные наиболее схожи с зональными почвами.

Глава 5. Почвенно-экологическая эффективность технологий рекультивации

В главе приведены результаты расчета почвенно-экологической эффективности рекультивации (ПЭР) на обследованных участках. Поскольку большинство методов оценки эффективности основываются на качественной оценке, для того чтобы получить количественные показатели необходимо использовать методы бонитировки почв. Сравнение балла бонитета есте-

ственной и рекультивированной почвы позволяет оценить их различия, определить перспективы самовосстановления экосистемы при использовании различных технологий рекультивации. Однако требуется определенная модификация методов расчета бонитировки, так как при почвообразовании в техногенных ландшафтах ведущими условиями почвообразования оказываются последствия техногенеза.

Почвенно-экологическая эффективность рекультивации (ПЭР) при таком подходе выражается в баллах бонитета либо в процентах по формулам [Андроханов, Курачев, 2010]:

ПЭР (б.б.)= Бп*Кс или ПЭР, %=Кс(п)*100;

где Бп - балл бонитета естественной почвы;

Кс — коэффициент специфичности субстрата техногенного ландшафта.

На основе выполненных почвенно-экологических исследований на рекультивированных участках угольных разрезов была проведена оценка поч-венно-экологического состояния участков и рассчитана эффективность ре-культивационных работ [Госсен, 2013].

Исследования на участке № 1 естественного зарастания выявили наличие четырех типов эмбриоземов. Для каждого типа был проведен расчет ПЭР. В результате средневзвешенный показатель ПЕР данного участка составил 46 баллов, при этом контрольный вариант чернозема выщелоченного принят за 100.

Таблица 4. Значения ПЭР при естественном зарастании

Тип почвы ПЭР по физ. глине мелкозема ПЭР по физ. глине субстрата ПЭР по плотности ПЭР по углероду Общая по типу Эм.

Э.и. 55 8 54 3 30

Э.о. 78 9 79 4 42

Э.д. 75 11 74 32 48

Э.г. 72 21 84 55 58

Контроль 100 100 100 100 100

Здесь и далее: Э.и. - эмбриозем инициальный; Э.о. - эмбриозем органо-аккумулятивный; Э.д. - эмбриозем дерновый; Э.г. - эмбриозем гумусово-аккумулятивный.

Участок № 2 лесной рекультивации представлен эмбриоземом органо-аккумулятивным, расчет проводился по данному типу почв и ПЭР составила 41 балл бонитета (табл. 5).

Таблица 5. Значения ПЭР при лесной рекультивации

Тип почвы ПЭР по физ. глине мелкозема ПЭР по физ. глине субстрата ПЭР по плотности ПЭР по углероду Общая по типу Эм.

Э.о. 73 8 79 4 41

На участке № 3 сельскохозяйственной рекультивации с посевом злако-во-бобовой травосмеси почвенный покров представлен эмбриоземами орга-но-аккумулятивными и дерновыми. ПЭР рассчитанная по формуле составила 48 баллов бонитета.

Проведенный расчет на участке № 4 с техноземом дифференцированным выявил наибольшее ее значение, составляющее 76 баллов бонитета (табл. 6).

Таблица 6. Значения ПЭР при сельскохозяйственной рекультивации

Тип почвы ПЭР по физ. глине мелкозема ПЭР по физ. глине субстрата ПЭР по плотности ПЭР по углероду Общая по типу Эм.

Э.о. 71 8 72 4 39

Э.д. 78 10 87 32 55

Технозем 81 40 98 55 76

Таким образом, расчет ПЭР показал, что эффективность различных технологий рекультивации изменяется в ряду: лесная > естественное зарастание > сельскохозяйственная без отсыпки > сельскохозяйственная с отсыпкой. В связи с полученными результатами эффективность наибольшая на участке № 4 с селективным отвалообразованием.

Выводы

1. Оценка почвенно-экологической эффективности применяемых технологий рекультивации возможна только на основе всестороннего изучения почв рекультивированных участков, с определением состава почвенного покрова, основных физических и химических свойств.

2. Детальное почвенное картографирование позволяет выделить сформировавшиеся на различных участках рекультивации типы почв, представленные молодыми почвами - эмбриоземами и техноземами.

3. Развитие почвообразовательных процессов на рекультивированных участках приводит к дифференциации профиля эмбриоземов по основным физическим свойствам. По мере восстановления почвенного покрова происходит увеличение содержания фракций мелкозема и физической глины, снижение плотности и улучшение водно-физических свойств от эмбриозема инициального к гумусово-аккумулятивному.

4. Формирование почв на рекультивированных участках сопровождается накоплением педогенного углерода в верхней части профиля. Наибольшее количество углерода отмечено в техноземах.

5. Почвенно-экологическое состояние участков рекультивации определяется свойствами формирующихся почв, а также составом почвенного покрова. На участках с лесной и сельскохозяйственной рекультивации без от-

сыпки - удовлетворительное; на участке естественного зарастания - хорошее; на участке сельскохозяйственной рекультивации с отсыпкой ПСП и ППП - отличное.

6. Рассчитанная почвенно-экологическая эффективность рекультивации составила: при лесной рекультивации - 41 балл; естественном зарастании - 46 баллов; сельскохозяйственной рекультивации - 48 баллов, это указывает на низкую эффективность данных технологий рекультивации. На участке сельскохозяйственной рекультивации с отсыпкой ПСП и ППП эффективность составила 76 баллов, что доказывает достаточно высокую эффективность этой технологии.

7. Изучение почвенного покрова помогает объективно оценить почвен-но-экологическое состояние рекультивированных участков и уровень эффективности технологий рекультивации, применяемых в Кузбассе.

8. Рациональное использование в технологиях рекультивации ПСП и ППП позволяет создать благоприятное почвенно-экологическое состояние рекультивированных земель и достичь максимальной почвенно-экологической эффективности.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Курачев В.М., Андроханов В. А., Госсен И. Н., Клековкин С. Ю. Специфика почвенного покрова техногенных ландшафтов Кузбасса // Сибирский экологический журнал - 2004. - № 3. - С. 337-344.

2. Госсен И.Н. Эффективность применения различных технологий рекультивации в условиях Кузбасса // Рекультивация нарушенных земель в Сибири. Сборник научных трудов. Кемерово, 2006. - Вып. 2. - С. 42.

3. Госсен И.Н. Водопроницаемость почв на участках рекультивации различного направления // Рекультивация нарушенных земель в Сибири. Сборник научных трудов. Кемерово, 2009. - Вып. 4. - С. 8-10.

4. Госсен И.Н., Беланов И. П. Гранулометрический состав эмбриоземов в техногенных ландшафтах лесостепной зоны Кузбасса // Сибирский экологический журнал - 2011. - № 5. - С. 713-718.

5. Беланов И.П., Госсен И. Н. Запасы продуктивной влаги в почвах при-родно-техногенных комплексов лесостепной зоны Кузбасса // Вестник Томского государственного университета.-2011.-№350. -С. 185-188.

6. Соколов Д.А., Кулижский С. П., Доможакова Е.А., Госсен И. Н. Особенности формирования почв техногенных ландшафтов в различных природно-климатических зонах юга Сибири // Вестник Томского государственного университета. - 2012. - № 364. - С. 225-229.

7. Госсен И.Н. Оценка почвенно-экологической эффективности сельскохозяйственной рекультивации в Кузбассе // Природно-техногенные комплексы: рекультивация и устойчивое функционирование: Материалы Международной научной конференции. Новосибирск - Новокузнецк, 10-15 июня 2013 г. - Новосибирск, 2013. - С. 84-87.

Подписано в печать 12.08.2013 г. Печать цифровая. Бумага офсетная. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ № 169.

Отпечатано в типографии «Срочная полиграфия» ИП Малыгин Алексей Михайлович 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 6/1, оф. 104 Тел. (383) 217-43-46, 8-913-922-19-07

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Госсен, Игорь Николаевич, Новосибирск

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской академии наук

На правах рукописи

04201362651

Госсен Игорь Николаевич

ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЙ _____РЕКУЛЬТИВАЦИИ .НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ ВКУЗБАССЕ

03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук Андроханов В.А.

Новосибирск - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................4

Глава I. Объекты, принципы и методы исследований..........................9

1.1 История изучения вопроса............................................................9

1.2 Характеристика основных технологий рекультивации........................13

1.3 Классификация почв техногенных ландшафтов................................20

1.4 Объекты и методы исследований..................................................28

Глава II. Специфика условий почвообразования...............................37

2.1. Климатические условия..............................................................37

2.2. Рельеф в районе размещения объектов............................................41

2.3. Краткая характеристика почвенного покрова в районе проведения исследований...............................................................................45

"2т4. Характеристика растительного покрова..........................................49

Глава III. Физические свойства рекультивированных почв.................56

3.1. Гранулометрический состав.........................................................56

3.2. Плотность...............................................................................70

3.3. Водопроницаемость...................................................................76

3.4. Водно-физические свойства..........................................................82

Глава IV. Основные химические свойства эмбриоземов и техноземов...92

4.1. Педогенное органическое вещество...............................................92

4.2. Реакция почвенного раствора....................................................104

4.3. Обеспеченность биогенными элементами.....................................109

4.3.1. Азот...................................................................................109

4.3.2. Фосфор...............................................................................114

4.3.3. Калий................................................................................118

Глава V. Почвенно-экологическая эффективность технологий

рекультивации............................................................................123

5.1. Оценка почвенно-экологического состояния рекультивированных участков......................................................................................123

5.2. Почвенно-экологическая эффективность при естественном зарастании..................................................................................131

5.3. Почвенно-экологическая эффективность лесной рекультивации.........134

5.4. Почвенно-экологическая эффективность сельскохозяйственной

рекультивации.............................................................................136

Выводы.....................................................................................142

Список литературы....................................................................144

Приложения..............................................................................158

ВВЕДЕНИЕ

Более 75% объема всех горных работ ведущихся в России проводятся в Сибири и на Урале. Здесь же в наивысшей мере проявляется и их разрушительное действие и негативное влияние на природные и сельскохозяйственные ландшафты [Рекультивация..., 1970]. Наиболее сильное отрицательное воздействие на природные комплексы оказывают карьерные разработки полезных ископаемых. Карьеры, достигающие глубины до 400 м и более, занимают площади в сотни гектаров. Горные породы, вскрываемые при добыче полезных ископаемых, отсыпают в отвалы. В связи с несовершенством существующих технологий отвалообразования для размещения вскрышных пород отчуждаются площади, измеряемые многими тысячами гектаров. Поэтому проблема рекультивации нарушенных земель будет актуальна еще длительное время. В Кузбассе к 2020 году планируется увеличить объем добычи угля по сравнению с 2006 годом на 43%. Общий объем добычи угля составит 250 млн. тонн в год. С увеличением объемов добычи площадь только отвалов может увеличиться на 20% и достигнет 120-150 тыс. га [Пути повышения..., 2010].

В процессе отработки угольных месторождений открытым способом происходит практически полное разрушение естественных ландшафтов и образование новых - техногенных или природно-техногенных комплексов [Колесников, 1974а; Моторина, Овчинников, 1975]. Территории, на которых ведется разработка полезных ископаемых, постепенно трансформируются в отвально-карьерные ландшафты. В связи со значительным увеличением масштабов нарушения природных ландшафтов в последние годы более широкое распространение получил термин «техногенный» ландшафт [Федотов, Усков, 1980]. Как установлено исследованиями [Беланов 2011, Беланов, Госсен, 2011], образованные техногенно нарушенные ландшафты негативно воздействуют и на прилегающие к ним естественные территории. В частности, на этих территориях активно идут процессы загрязнения почв и вод различными токсичными компонентами промышленных отходов и

выбросов, нарушаются естественные геохимические потоки в экосистемах, что ведет к значительному увеличению площади нарушения. Поэтому решение проблемы рекультивации техногенных ландшафтов, снижения негативного влияния на прилегающие территории, возвращения нарушенных земель во вторичное использование становиться архиактуальной экологической и практической задачей.

Особенно значимы исследования процессов восстановления, как в теоретическом, так и практическом плане для районов интенсивной разработки месторождений, например, в Кузбассе, где только отвалы каменноугольных разрезов занимают более 40 тысяч гектаров. Значительная часть этих территорий считается в Кузбассе рекультивированной. Однако в реальности очень часто рекультивированные площади находятся в неудовлетворительном почвенно-экологическом состоянии и незначительно отличаются от нерекультивированных. Применяемые в регионе в основном биологические технологии рекультивации не могут эффективно способствовать восстановлению нарушенных территорий. Поэтому часто техногенные ландшафты представляют собой своеобразный «экоклин», территории, резко отличающийся по своим свойствам и режимам от естественных ландшафтов. Таким образом, изучение процессов восстановления и преобразования техногенных ландшафтов в постехногенный период, оценка эффективности рекультивационных работ является важной теоретической и практической задачей. Эти исследования способствуют получению объективной информации о техногенно нарушенных территориях Кузбасса и об эффективности технологий применяемых при их рекультивации.

Цель работы - исследовать почвенно-экологическое состояния рекультивированных участков различных угольных разрезов на территории Кузбасса и дать оценку эффективности основных технологий рекультивации.

Задачи исследований:

Для достижения поставленной цели необходимо провести исследование почвенно-экологического состояния рекультивированных участков:

1) Изучить опыт выполнения рекультивационных работ в России и дать характеристику существующих технологий рекультивации;

2) Исследовать сформировавшийся почвенный покров на территории различных угольных разрезов Кузбасса на участках, рекультивированных по разным технологиям;

3) Выявить специфику агрофизических и водно-физических свойств молодых почв на поверхности рекультивированных отвалов;

4) Провести исследование основных агрохимических показателей почв на техногенно нарушенных участках угольных разрезов;

5) Дать почвенно-экологическую оценку технологиям рекультивации нарушенных земель, используемым на территории Кузбасса.

Научная новизна результатов проведенных исследований заключается в том, что впервые:

детально изучена специфика функционирования участков рекультивированных по различным направлениям и технологиям на угольных разрезах Кузбасса;

- выявлено, что эффективность рекультивационных работ может быть оценена посредством крупномасштабного картографирования почвенного покрова, сформировавшегося на поверхности рекультивированных участков;

- дана оценка почвенно-экологической эффективности рекультивационных работ, выполненных по различным технологиям на техногенно нарушенных территориях.

Защищаемые положения: 1. Почвенный покров, формирующийся на рекультивированных техногенно нарушенных территориях, наиболее объективно отражает их почвенно-экологическое состояние.

2. Почвенно-экологическая эффективность рекультивации определяется уровнем развития почвообразовательных процессов и восстановлением свойств и режимов почв на нарушенных землях.

Теоретическая и практическая значимость исследования состоит в разработке нового подхода в оценке почвенно-экологической эффективности рекультивационных работ. Результаты могут быть применены при разработке проектов рекультивации нарушенных земель в Кузбассе. Полученные данные об эффективности технологий рекультивации могут быть использованы при планировании рекультивационных работ на землях, нарушенных в результате деятельности угледобывающих предприятий. Апробация работы. Результаты исследований представлялись и докладывались на Международной и Всероссийских конференциях: «Природно-техногенные комплексы: рекультивация и устойчивое функционирование» (Новосибирск - Новокузнецк, 2013); «Проблемы промышленной ботаники в индустриально развитых регионах» (Кемерово, 2005; 2009); на научной сессии ИПА СО РАН (2012); заседаниях совета научной молодежи ИПА СО РАН (2003; 2005; 2007; 2010). По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 4 статьи в изданиях рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Автором проведены полевые обследования, лабораторные анализы, обработка и обобщение получен ных экспериментальных данных, научная интерпретация и публикация результатов исследования.

Благодарности. Автор выражает признательность своему научному руководителю доктору биологических наук В.А. Андроханову, за помощь, оказанную при организации научных исследований, а также доктору биологических наук, профессору В.М. Курачеву, за многочисленные консультации и поддержку при выполнении работы. Сотрудникам лаборатории рекультивации почв ИПА СО РАН: к.б.н. Д.А. Соколову, к.б.н. А.Н. Беспалову, к.б.н. В.Г. Двуреченскому, к.б.н. Е.Д. Куляпиной, к.б.н. И.П.

Беланову и асп. Е.Б. Медведевой за оказанную практическую помощь и поддержку при выполнении работы.

Глава I. ОБЪЕКТЫ, ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. История изучения вопроса

Первые попытки восстановления растительности на нарушенных землях начали предпринимать в развитых странах. Один из первых исторических фактов рекультивации относится к 18 веку и описан в работе Кнабе [Knabe, 1964]. Однако до начала XX века эти работы были единичны. В более значительных масштабах восстановление нарушенных земель, по данным того же автора, начало производиться в Германии на Рейнском угольном бассейне в 20-х годах прошлого века. В Англии, примерно в тоже время в Мидленде, также были предприняты первые попытки рекультивации нарушенных территорий [Моторина, Овчинников, 1975].

Бурное развитие промышленности после Второй мировой войны привело к резкому увеличению темпов разрушения естественных ландшафтов [Колесников, 19746; Моторина, 1975]. Объемы и степень нарушения промышленностью природных ландшафтов возросли настолько, что это позволило сравнивать деятельность человека с геологическими процессами [Вернадский, 1926; 1965]. Негативное влияние техногенеза на окружающие природные экосистемы заставило исследователей вплотную заняться проблемой рекультивации нарушенных земель. В странах Европы начинают проводить практические рекультивационные мероприятия по восстановлению нарушенных земель в основном с целью дальнейшего сельско- и лесохозяйственного использования.

Особенно заметное увеличение объемов работ по рекультивации нарушенных земель произошло в 60-70-е годы прошлого столетия. К этому времени, когда площади нарушенных земель стали сопоставимы с площадями сельскохозяйственных угодий был собран большой экспериментальный материал о негативном влиянии техногенных

ландшафтов на окружающую среду [Knabe, 1959; Beaver, 1960; Arguile, 1971].

В эти годы в большинстве развитых стран были разработаны и приняты законы, государственные программы и проекты, направленные на защиту окружающей среды и содержащие разделы по рекультивации земель. Особенно большое внимание рекультивации земель уделялось в Германии, Англии, Чехословакии, Польше, США. В этих странах общепринятым становится требование к планировке и селективному отвалообразованию. Наиболее жесткие требования к проведению рекультивационных работ и восстановлению почвенно-растительного слоя в этот период принимаются в странах, где существует дефицит сельскохозяйственных угодий (Германия, Англия, Венгрия и др.). В Германии под лесную рекультивацию используются только участки, не пригодные для сельскохозяйственного производства, это в основном склоны и откосы отвалов.

В различных штатах США, начиная с 1930-х годов, для организации рекультивационных работ и осуществления контроля за их исполнением, стали приниматься законы, которые обязывали горнодобывающие компании, восстанавливать нарушенные земли. В большинстве случаев эти законы регулируют стоимость нарушенных земель и рекультивационных работ, а также определяют сроки и способы восстановления растительного и почвенного покровов. В некоторых законах, предусматривается селективная разработка месторождений и раздельное снятие и складирование потенциально плодородных пород (1И И1) и плодородного слоя почвы (ПСП) [Day, Tucker, Thames, 1982; Brown, Jackson, 1984]. В США с 1971 года принят новый закон, по которому обязательным условием рекультивации является выравнивание отвалов и закрепление их поверхности травянистым покровом. В дальнейшем рекультивированные земли использовались для лесоразведения, организации зон отдыха, и лишь незначительная часть передавалась для сельскохозяйственного использования [Restoring ..., 1968].

В настоящее время для восстановления нарушенных земель в США используют в основном технологии рекультивации с отсыпкой ранее снятых плодородных слоев почв или без отсыпки, обходясь только планировкой поверхности нарушенных земель, но с обязательным последующим посевом смесей многолетних трав для предотвращения развития эрозионных процессов.

В европейских странах наибольшее значение приобретает именно сельскохозяйственное направление рекультивации. Так, в Германии, где рекультивируются практически все нарушенные земли, более 50 % восстановленных земель используется в сельском хозяйстве [Brüning, 1962; Iiiner, Lorenz, 1965]. На данных территориях возделываются различные виды зерновых культур, лекарственные травы, масличные и пропашные культуры [Landwirtschaft auf Rekultivirungsflachen, 2002].

В Венгрии, Румынии и Болгарии большое внимание уделялось созданию растительного покрова на потенциально плодородных породах без нанесения ПСП. В Польше и Чехословакии основным направлением восстановления нарушенных земель стала лесная рекультивация с целью «оздоровления» нарушенных ландшафтов, улучшения санитарно-гигиенической обстановки в промышленных районах [Грешта, 1966; Stys a Icol., 1981].

В Англии с 1921 года накоплен большой опыт проведения рекультивационных работ на террикониках и отвалах шахтных пород [Geffrey, Maybury, Levinge, 1975]. В настоящее время в Англии основным направлением рекультивации считается создание сенокосно-пастбищиых угодий в сочетании с рекреационными участками и посадками декоративных лесных насаждений.

В Китае в последние десятилетия ведутся разработки быстрых и эффективных технологий рекультивации земель. При этом наиболее эффективным способом является нанесение на поверхность отвалов ПСП. При отсутствии ресурсов ПСП возможно применение и других технологий

рекультивации с внесением удобрений, извести и использованием других почвоулучшителей [Х1а Напрп"^, Съ\ XI, 2002].

В СССР первые попытки озеленения отвалов (террикоников) были предприняты в начале 50-х годов прошлого столетия в Донбассе. В первых работах по рекультивации было установлено, что условия для развития растительности очень неблагоприятны и только некоторые виды растений могут развиваться на поверхности террикоников [Шалыт, Костомаров, 1950; Кобезский, 1957].

Во второй половине 50-х годов в СССР в области рекультивации нарушенных промышленностью земель начинают работать первые научные коллективы. Одним из первых научных коллективов, занимающихся проблемой рекультивации нарушенных земель, были сотрудники Уральского университета. С конца 50-х годов они проводили опыты по озеленению околозаводских и внутризаводских территорий. [Тарчевский, 1964, 1967, 1970; Горчаковский, Мамаев, Николаевский, 1966; Пикалова, 1968; Чибрик, 2002].

В Подмосковном угольном бассейне исследования техногенных ландшафтов и отработка технологий рекультивации выполнялись сотрудниками Центральной лаборатории охраны природы МСХ СССР и По