Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Постмелиоративное развитие и почвенно-экологическое состояние рекультивированных территорий лесостепной зоны Кузбасса

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Постмелиоративное развитие и почвенно-экологическое состояние рекультивированных территорий лесостепной зоны Кузбасса"

005010975

Шипилова Ася Максимовна

ПОСТМЕЛИОРАТИВНОЕ РАЗВИТИЕ И ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ РЕКУЛЬТИВИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ КУЗБАССА

06.01.02. - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул-2012

005010975

Работа выполнена в лаборатории рекультивации почв Федерального государственного учреждения науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук, с.н.с.

Андроханов Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Татаринцев Леонид Михайлович

Защита состоится 02 марта 2012 года в 11.30 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.002.03 при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет» по адресу 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, факс (3852) 62-83-96, e-mail mchernisheva@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 30 января 2012 года.

доктор сельскохозяйственных наук, доцент Водолеев Анатолий Сергеевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Новосибирский

государственный аграрный университет»

Ученый секретарь диссертационного

совета

Актуальность проблемы. Кемеровская область один из наиболее промышленно развитых регионов Сибири. На ее территории расположено большое количество угледобывающих предприятий - шахт и разрезов. В настоящее время в результате интенсивного развития промышленности и низкой эффективности природоохранных мероприятий в Кузбассе создалась кризисная экологическая ситуация, в условиях которой необходимым является проведение экологического мониторинга, оценки и прогноза состояния техногенно нарушенных территорий.

Несмотря на проведение рекультивационных работ и недостаточных мелиоративных мероприятий, а также неблагоприятного состава пород, размещенных на поверхности техногенных ландшафтов, нарушенные территории сохраняют неудовлетворительное почвенноэкологическое состояние длительное время в постмелиоративный период развития. Поэтому для повышения эффективности рекультивации необходимо исследовать, формирующийся почвенный покров, и выявить лимитирующие факторы развития процессов почвообразования и растительного покрова.

Цель исследования: выявить специфику почвообразования в техногенных ландшафтах, расположенных в лесостепной зоне Кузбасса, оценить почвенно-экологическое состояние и перспективы постмелио-ративного развития рекультивированных территорий.

Задачи исследований:

1. Исследовать почвенный покров в техногенных ландшафтах на территории Бачатского угольного месторождения.

2. Выявить специфику основных свойств эмбриоземов - молодых почв, формирующихся на поверхности нарушенных территорий.

3. Изучить почвенно-экологические условия в техногенных ландшафтах и определить лимитирующие факторы почвообразования.

4. Дать оценку почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов и выявить перспективы восстановления почвенного покрова при проведении мелиорации и рекультивационных работ.

Научная новизна работы. Впервые проведена оценка почвенноэкологического состояния техногенно нарушенных территорий на основе изучения экологических условий и скорости развития почвообразовательных процессов в районе лесостепной зоны Кузбасса. На участках, рекультивированных по различным технологиям, и созданных в процессе неселективного отвалообразования, выполнено комплексное исследование специфики формирования почв и почвенного покрова. Установле-

но приоритетное влияние технологии формирования отвалов и качества, размещенных в поверхностных слоях пород, на скорость развития эм-бриоземов. Выявлены основные факторы, лимитирующие развитие процессов почвообразования в постмелиоративный период на техногенных ландшафтах Бачатского угольного месторождения и пути оптимизации почвенно-экологического состояния нарушенных территорий.

Защищаемые положения:

1. На современном этапе литогенный состав пород, слагающих отвалы, определяет свойства и режимы функционирования восстанавливающихся почв и почвенно-экологическое состояние рекультивированных территорий в лесостепной зоне.

2. Развитию процессов почвообразования в техногенных ландшафтах и повышению почвенно-экологической эффективности рекуль-тивационных мероприятий способствует целенаправленное создание корнеобитаемого слоя на территориях подверженных техногенезу.

Научная и практическая значимость. Исследована специфика восстановления нарушенных экосистем в техногенных ландшафтах расположенных в самой засушливой части лесостепной зоны Кузбасса. Практическая значимость таких исследований заключается, в том, что впервые дана комплексная оценка эффективности основных технологий рекультивации применяющихся на Бачатском угольном месторождении. В работе показана специфика экологических условий, складывающихся на нарушенных землях в результате выполнения рекультивационных мероприятий. Полученные результаты позволяют выявить наиболее эффективные технологии рекультивации, которые можно применять на отвалах угольных месторождений лесостепной зоны Кемеровской области, при этом достичь максимальной почвенно-экологической эффективности в постмелиративный период. Данные, полученные при исследованиях, доведены до широкого круга специалистов путем публикаций. Полученные материалы используются при прочтении курса «экология» для студентов горных специальностей в Сибирском государственном индустриальном университете.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно проведены полевые исследования на территории Сагарлыкского отвала Бачатского угольного месторождения: изучение морфологических свойств почв, исследование теплового и водного режима. В лабораторных условиях проводилась обработка проб, анализ и обобщение полученных результатов.

Апробация работы. Результаты исследований представлялись на международных и всероссийских конференциях: Ковалевские молодежные чтения «Почвы Сибири: прошлое, настоящее, будущее» (Новосибирск, 2010); «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 2011); «Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах из «Перечня» ВАК РФ и одна рецензируемая монография в соавторстве.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, изложена на 148 страницах текста, включает список литературы из 152 наименований, в том числе 5 иностранных, 16 таблиц, 20 рисунков и 15 приложений.

Автор выражает искреннюю благодарность д.б.н. В.А. Андрохано-ву, за помощь в проведении полевых, лабораторных исследований и помощь в написании диссертации.

За оказанную практическую помощь и поддержку при выполнении работы автор благодарит д.б.н. Курачева В.М., сотрудников лаборатории рекультивации ИПА СО РАН и особенно Госсена И.Н., Беланова И.П., а также Буслова А.В.

Глава 1. Изученность проблемы, объекты и методы исследования

В главе обобщены результаты исследований по рекультивации земель на нарушенных территориях. На основе научного анализа литературных источников, были рассмотрены основные направления рекультивации в России и за рубежом. (Бекаревич, 1969; КпаЬе, 1964; Морина, 1975; Пикалова, 1978; Арчегова, 1998; Махонина, 2003; Чибрик, 2003; Солнцева, 1988; Мазур, 1993; Арчегова, 1998; Гайнутдинов, 1982 и др.). Проведено обобщение научных работ посвященных исследованию техногенных ландшафтов Кузбасса и их почвенно-экологической оценке. В работах рассмотрены техногенные субстраты, их свойства, а так же оценена возможность использования их в биологической рекультивации (Трофимов, 1975; Рагим-заде, и др., 1977; Курачев, Андроханов, 2010). На основе анализа литературных источников показано, что комплексных исследований техногенных ландшафтов не достаточно, и в большинстве приведенных работ не дается почвенно-экологическая оценка нарушенных территорий.

Исследования проводились в лесостепной зоне Кузнецкой котловины в 2008 - 2010 годах. В качестве объекта исследования был выбран Са-гарлыкский отвал площадью более 400 га, расположенный на территории Бачатского угольного месторождения. Разработка месторождения сопровождается ежегодным нарушением естественных ландшафтов площадью от 80 до 200 га. Возраст Сагарлыкского отвала составляет более 20 лет. Этот отвал представляет собой огромный, высотой более 40 м, навал горной породы на сравнительно ненарушенную естественную поверхность. Планирование поверхности отвала осуществлялось бульдозером, в дальнейшем на часть спланированных участков отвалов были отсыпаны потенциально плодородные породы (111111) - суглинок и плодородный слой почвы (ПСП). Мощность отсыпки ПСП и ППП составляет от 40 до 100 см. Для выполнения исследований было выбрано 4 ключевых участка, отличающиеся методами формирования поверхности отвалов, и сформировавшимся за 20 лет почвенным растительным покровом.

Участок 1 расположен в средней части северо-восточного склона отвала. Данный участок расположен на выровненной площадке крутизной менее 5°. Рекультивация не проведена, естественное самовосстановление. Почвенный покров в основном представлен эмбриоземами инициальными. Стадия сукцессии пионерная, сформирована простая разнотравная группировка. Видовое разнообразие представлено тринадцатью видами.

Участок 2 находится на юго-западном склоне. Здесь проведена лесная рекультивация. В посадках сосны сформировались эмбриоземы органо-аккумулятивные и донниково-разнотравная растительная группировка. Видовое разнообразие представлено семнадцатью видами.

Участок 3 расположен на выровненной площадке с западинами, на северо-восточном склоне. На участке проведена частичная планировка и отсыпка на поверхность отвала суглинков, мощностью более 1 м. Участок был оставлен под самозарастание. Здесь сформировались эмбриоземы дерновые и гумусово-аккумулятивные. Стадия растительной сукцессии сложной растительной группировки. Видовое разнообразие представлено девятнадцатью видами.

Участок 4 располагается на выровненной территории, на которой проведена отсыпка ПСП и ППП и сформирован технозем гумусогенный. Общее проективное покрытие 100%. Ассоциация кострецово-злаковоразнотравная представлена двенадцатью видами.

В лабораторных условиях определялись физические и химические свойства на основании общепринятых методик (Аринушкина, 1970; Ва-дюнина, Корчагина, 1986).

Тепловой режим почв исследовался на глубине 10-20 см с использованием универсальной системы температурного мониторинга «ТЕРМОХРОН-РЭЛСИБ». Статистическая обработка полученных данных проводилась по методике дисперсионного анализа (Сорокин, 2004).

Почвенно-экологическая оценка техногенных ландшафтов проводилась путем крупномасштабного почвенного картирования ключевых участков.

Глава 2. Характеристика природных ресурсов и почвенного покрова в исследуемом регионе

Исследуемая территория расположена в центральной части Бачат-ского угольного месторождения, приуроченного к зоне складчатого пояса предгорий Салаирского кряжа.

Климат этого района резко континентальный с суровой продолжительной зимой и коротким жарким летом. По многолетним наблюдениям метеостанции «Белово», средняя минимальная температура наружного воздуха в январе составляет -22,6 °С; средняя максимальная температура воздуха в июле: +25,2 °С. Установление снегового покрова отмечается в середине ноября. Количество осадков, выпадающих в зимнее время, 100 - 150 мм, высота снежного покрова - 20 - 25 см. Глубина промерзания грунтов составляет 1,6 — 2,5 м, при среднем— 1,8 м.

Основу субстрата отвалов составляют вскрышные и вмещающие породы. Наиболее широкое распространение имеют песчаники и алевролиты. Песчаники в пределах поля разреза представлены мелко- и среднезернистыми, реже крупнозернистыми разностями, окрашены в серый цвет. Преобладающим цементом является глинистый, количество которого изменяется от 5 - 7 до 10 - 18 %. Карбонатный цемент, как правило, имеет кальцитовый и доломитовый состав, его количество изменяется от 20 до 30%. Алевролиты также широко распространены. По составу обломочной части алевролиты близки к песчаникам.

Основу литогенных ресурсов рекультивации составляют породы, наиболее пригодные для рекультивации нарушенных земель ПСП и ППП. Суглинки характеризуются высокой общей пористостью, достигая максимального значения 50,1%. Преобладающими в гранулометрическом составе рыхлой толщи являются пылеватые частицы диаметром от

0,05 до 0,005 мм. Основные характеристики вскрышных и вмещающих

7

пород, распространенных на разрезах и составляющих основу субстрата отвалов представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Физические свойства пород вскрыши

Литологические разности пород Плотность сложения, г/см3 Плотность твердой фазы, г/см3 Влажность, % Пористость, %

Песчаники 2,39 2,64 3,34 13,10

Аргиллиты 2,38 2,62 2,53 12,18

Алевролиты 2,37 2,60 3,36 12,85

Лессовидные суглинки 1,91 2,70 14,54 36,88

Основу почвенного покрова в техногенных ландшафтах Кузбасса, согласно классификации разработанной в лаборатории рекультивации почв ИПА СО РАН (Курачев, Андроханов, 2010), составляют эмбриозе-мы четырех типов: инициальные, органо-аккумулятивные, дерновые и гумусово-аккумулятивные. Эмбриоземы - это молодые почвы, развивающиеся естественным образом на поверхности нарушенных земель. На ключевых участках Сагарлыкского отвала представлены все типы эмбриоземов. Незначительную часть территории Сагарлыкского отвала (около 60 га) занимают техноземы гумусогенные образованные в результате отсыпки на спланированную поверхность отвалов ПСП и суглинков. По «Классификации и диагностики почв России» (2004), такие образования относятся к группе квазиземов, подгруппе реплантоземов.

Основу почвенного покрова в естественных ландшафтах составляют черноземы выщелоченные. Контрольный участок находится на выровненной территории с естественной разнотравно-злаковой растительностью на удалении 30 км на юго-восток от техногенных ландшафтов.

Таким образом, выбранные участки на территории Сагарлыкского отвала, позволяют достаточно полно охарактеризовать почвенноэкологические условия восстановления почв, формирующихся в техногенных ландшафтах, как естественным образом, так и в результате проведения рекультивационных работ.

Глава 3. Трансформация физических свойств при рекультивации и мелиорации техногенных ландшафтов

Проведенные исследования показали, что на начальных этапах освоения рекультивированных почв, а также при естественном самовос-

становлении нарушенных территорий физические свойства и режимы играют ведущую роль в развитии и восстановлении нарушенных земель.

В результате неселективной технологии формирования отвалов субстрат на большей части Сагарлыкского отвала представлен хаотичной смесью вскрышных пород. При селективной технологии на поверхности отвалов целенаправленно размещаются породы наиболее благоприятные для восстановления нарушенных земель.

Проведенные исследования достоверно показывают неблагоприятные последствия неселективной технологии формирования отвалов. В поверхностных слоях на 1 и 2 участках преобладают каменистые вскрышные породы, в основном песчаники. Количество мелкозема здесь незначительно (от 10 до 20%). Распределение частиц мелкозема по профилю обусловлено преимущественно процессами физического выветривания (разрушение крупных обломков пород и принос крупнопылеватой фракции с окружающих территорий), а также незначительным внутри-профильным перераспределением тонкодисперсных частиц.

На участках, где сформировались эмбриоземы дерновые, гумусово-аккумулятивные и технозем гумусогенный количество фракций физической глины в мелкоземе значительно больше (таблица 2). Гранулометрический состав в данном случае определяется исходным составом субстратов, используемых для отсыпки на поверхность отвала, а также гранулометрическим составом, отсыпанного ПСП. Быстро формирующийся, устойчивый растительный покров способствует задержанию этих частиц и стабилизации гранулометрического состава на рекультивированных землях.

Показатели плотности твердой фазы, плотности сложения и по-розности определяют физическое состояние сформировавшихся молодых почв. Наиболее уплотнены эмбриоземы инициальные и органоаккумулятивные здесь плотность сложения достигает 1,74 г/см . Эти участки, расположенные на слабонаклонных поверхностях отличаются большой каменистостью - более 70% от всей массы субстрата, это тормозит биологическое освоение субстрата и препятствует проникновению

корневых систем.

Наилучшими показателями плотности сложения характеризуются эмбриоземы гумусово-аккумулятивные и технозем гумусогенный, плотность составляет 1,05-1,12 г/см3, что связано с благоприятным гранулометрическим составом субстрата размещенного в поверхностных слоях и активным развитием многолетних трав на данных участках.

Таблица 2 — Плотность и по1 эозность эмбриоземов

Почва Глубина, см Доля частиц диаметром <0,01, % от массы мелкозема Плотность твердой фазы, г/см3 Плотность сложения, г/см3 Пороз- ность, %

Эмбриозем инициальный (Участок 1) 0-10 12,4 2,50 1,47 41,2

10-20 12,1 2,58 1,51 41,5

20-30 11,8 2,52 1,61 36,1

30-40 11,7 2,68 1,74 35,0

Эмбриозем орган о-аккуму-лятивный (Участок 2) 0-10 13,5 2,60 1,39 46,5

10-20 12,9 2,56 1,49 41,7

20-30 12,0 2,55 1,42 41,5

30-40 12,0 2,54 1,53 39,7

Эмбриозем дерновый (Участок 3) 0-5 33,1 2,64 1,17 55,7

5-10 41,6 2,62 1,28 51,1

10-20 _ 41,6 2,64 1,39 47,3

20-30 41,0 2,71 1,45 46,4

30-40 40,8 2,78 1,48 46,7

Эмбриозем гумусово-аккумулятивный (Участок 3) 0-5 37,2 2,60 1,12 57,7

5-10 42,3 2,60 1,20 53,1

10-20 41,5 2,62 1,28 51,1

20-30 40,2 2,66 1,38 47,0

30-40 40,2 2,70 1,42 46,8

Технозем гуму-согенньтй (Участок 4) 0-5 42,3 2,54 1,05 58,7

5-10 45,6 2,60 1,10 57,7

10-20 45,0 2,60 1,18 55,1

20-30 44,3 2,61 1,19 54,2

30-40 44,3 2,62 1,23 53,5

Распределение значений порозности идентично распределению значений плотности, так как эти показатели неразрывно связаны между собой. Наиболее высокие значения порозности получены в верхних слоях техноземов от 53 до 59 %, до глубины 40 см. При переходе к подстилающей породе, состоящей из 111111, происходит резкое снижение порозности до 39%. Резкое снижение порозности обусловлено сильным уплотнением подстилающих пород во время планировки поверхности перед отсыпкой ПСП. При этом высокая плотность подстилающих пород может сохраняться очень длительное время, так как на глубине процессы выветривания замедлены, а корневая система многолетних трав в

большинстве случаев не способна проникать в глубь созданного профиля. Поэтому как показывают результаты проведенных исследований, посев многолетних трав способствует уменьшению плотности лишь в верхних горизонтах, и только единичные корни проникают в нижние горизонты.

Наибольшая плотность и соответственно наименьшая порозность 35-36% выявлена на участке с инициальным эмбриоземом. Высокое содержание каменистых отдельностей препятствуют проникновению воды и корневых систем растений вглубь субстрата. Такие неблагоприятные водно-физические условия, без кардинального изменения физических свойств субстрата могут сохраняться очень длительное время, оставляя данные участки без растительного покрова и почвы на начальном этапе эволюции эмбриоземов.

Таким образом, можно сделать вывод, что физические свойства почв зависят от состава пород слагающих отвалы и технологии отвало-образования и рекультивации на техногенном этапе формирования ландшафтов.

Глава 4. Температурный и водный режимы почв техногенных ландшафтов

Искусственно измененный рельеф земной поверхности и неблагоприятный состав пород создает индивидуальный микроклимат в техногенных ландшафтах, основными элементами которого являются тепловой режим и режим увлажнения. Техногенный характер ландшафтов обусловлен специфическим рельефом и преобладанием скальных пород в субстрате отвалов, что сказываются на всем комплексе экологических условий почвообразования на нарушенных землях.

Основной характеристикой теплового режима, влияющей на развитие экосистем, является температура почвы. В 2009 и 2010 гг. были проведены исследования температурного режима эмбриоземов на глубине 20 см, поскольку температура на данной глубине является средним показателем теплового состояния корнеобитаемого слоя и численное ее значение принимается в качестве одного из критериев, характеризующий температурный режим почв (Димо, 1964).

Полученные результаты наблюдений за температурой почв на «Сагарлыкском» отвале показали что, наиболее близки по температурному режиму к чернозему выщелоченному - эмбриоземы дерновые, гумусово-аккумулятивные и технозем гумусогенный (таблица 3).

Таблица 3 — Сумма активных температур за период 2008-2010 гг.

Почва Период, гг. Сумма температур, °С

2008-2009 2009-2010 2008-2009 2009-2010

Эмбриозем инициальный 09.05.09- 19.09.09 15.05.10- 20.09.10 2275 2075

Эмбриозем дерновый 10.05.09- 15.09.09 28.05.10- 21.09.10 1920 1700

Эмбриозем гумусово-аккумулятивный 10.05.09- 15.09.09 28.05.10- 21.09.10 1890 1680

Технозем гумусогенный 14.05.09- 18.09.09 10.06.1018.09.10 1770 1570

Чернозем выщелоченный 14.05.09- 15.09.09 5.06.09- 21.09.09 1873 1623

Сумма активных температур на техноземе и гумусово-аккумулятивном эмбриоземе наиболее близка по значению к контрольному варианту, а наиболее высокие значения отмечены на инициальном эмбриоземе - 2275°С и 2075°С, что связано с сильным прогреванием поверхностных слоев в летние месяцы. Повышению температуры на этом участке способствует практически полное отсутствие растительности и то, что в данном типе эмбриоземов количество мелкозема не превышает 10%, а количество фракции физической глины 3% (от всей массы породы). Максимальные и минимальные температуры зафиксированы также инициальном эмриоземе (26,5°С - 13 июля 2009 года и -8,6°С 14 февраля). Более широкая амплитуда колебания годовых температур может свидетельствовать и о возрастании континентальности микроклиматических показателей на территории техногенных ландшафтов.

Изучение водного режима проводилось в вегетационные периоды 2009-2010 гг. Данные по динамике влагозапасов представлены графически (рисунок 1).

Запасы влаги в разных типах эмбриоземов отличаются и зависят от состава пород в верхнем слое почвы.

Динамика влагозапасов в инициальном эмбриоземе показывает, что уровень влагозапасов в слое 0-20 см в вегетационный период находится в нижней части интервала ВРК - ВЗ. Только ранней весной, после снеготаянья фиксируется более высокое содержание влаги, которая накапливается в осеннее - зимний период. В слое 20-40 см влагозапасы практически весь вегетационный период находятся в недоступной форме. Такие результаты свидетельствуют об очень дефицитном водном

режиме данных почв. Здесь наблюдается сильное иссушение насыпных слоев. Это объясняется в первую очередь неблагоприятными воднофизическими свойствами, которые не способствуют накоплению влаги в корнеобитаемом слое.

80 п 60 40 20 О

VI VII VIII IX

40 • 30 ■ 20 • 10 О

40

30

20

10

О

НВ

ВРК

вз

20-40 см

НВ

ВРК

ВЗ

50 т 40 30 20 -10 -о

НВ

ВРК

ВЗ

Рисунок 1 — Сезонная динамика влагозапасов а - эмбриозем инициальный; б - технозем гумусогенный

Наибольшее количество запасов влаги отмечается в верхних горизонтах (0-20 и 20-40 см) технозема гумусогенного с апреля по июнь. С июля количество влаги уменьшается и практически достигает уровня ВЗ.

Нижележащие слои (40-80см) технозема гумусогенного в течение всего периода находились в интервале НВ - ВРК (интервал легко- и среднедоступной влаги). Это свидетельствует о том, что влага с этих глубин практически не использовалась растениями и не подтягивалась к корнеобитаемому слою.

Таким образом, исследования показали, что создание корнеобитаемого слоя из рыхлых вскрышных пород и отсыпка ПСП на горнотех-

ническом этапе рекультивации позволяет улучшить температурный и водный режимы техногенных ландшафтов.

Глава 5. Особенности агрохимических свойств почв на рекультивированных участках

Основными агрохимическими свойствами почв, отвечающими на общее плодородие почв, являются: содержание органического вещества, макроэлементов (азот, фосфор, калий) и реакция почвенного раствора.

Накопление органического вещества является наиболее значимым проявлением процесса почвообразования в техногенных ландшафтах. Если сравнивать масштабы накопления 1умуса, то четко вырисовывается положительная роль ПСП. Содержание гумуса в техноземе сравнимо с контрольным вариантом и является максимальным по сравнению с другими эмбриоземами (таблица 4) и обусловлено в основном качеством отсыпанного материала ПСП.

В эмбриоземах, сформировавшихся на отвалах вскрышных и вмещающих пород, содержание гумуса значительно меньше. В инициальном эмбриоземе содержание гумуса составило 1,1 %. Органическое вещество здесь представлено органическими остатками и углистыми частицами. Самая высокая концентрация гумуса при естественном восстановлении выявлена в гумусово-аккумулятивном эмбриоземе - 5,9 %. С глубиной содержание гумуса во всех эмбриоземах резко уменьшается. Такие различия объясняются различным уровнем биологического освоения участков и качеством созданного корнеобитаемого слоя.

В техноземе, дерновом и гумусово-аккумулятивном эмбриоземах в связи с наиболее развитыми биологическими и почвообразовательными процессами содержание азота значительно выше, чем в инициальном и органо-аккумулятивном эмбриоземах. В техноземе его содержание изменяется в пределах естественных окультуренных почв, а в эмбриоземах дерновом и гумусово-аккмулятивном еще не достигает этого уровня в связи с меньшим развитием биологических процессов. Многолетние травы на исследуемых участках способствуют восстановлению содержания общего азота верхних горизонтах. Поэтому здесь наблюдается сужение отношения С/1Ч. С глубиной содержание азота резко уменьшается, а так же увеличивается соотношение С/Н что свидетельствует о «прижа-тости» активных биологических процессов к верхним слоям этих почв. Уменьшение содержания азота в техноземе можно объяснить значительным ослаблением воздействия корневых систем многолетних трав на

нижнюю часть насыпного горизонта, вследствие складывающихся здесь неблагоприятных условий, переуплотнение материала ПСП и ППП и другие факторы, сдерживают активность биологических процессов (Ан-дроханов, 1993).

Таблица 4 — Основные агрохимические свойства эмбриоземеов

Г оризокт Глубина рНвОДН Ы,% С/И Гумус, % Р205, мг/кг почвы К, мг/кг почвы

Эмбриозем инициальный (Участок 1)

Со 0-13 8,40 0,13 27,1 1,1 15,25 26,02

Б 13-30 8,22 0,20 22,2 0,3 16,23 28,36

О 30-40 8,25 0,17 21,3 0,3 16,10 22,33

Эмбриозем органо-аккумулятивный (Участок 2)

А0С 0,5-7 8,11 0,14 22,7 1,2 15,85 25,33

С 7-14 8,13 0,17 19,5 1,2 13,36 24,54

С 14-48 7,59 0,04 17,0 0,3 12,21 18,12

Эмб. оиозем дерновый (Участок 3)

1-4 7,79 . - Не опр. Не опр. Не опр.

Ад С 4-19 8,04 0,15 12,9 3,8 49,25 106,02

С 20-40 8,02 0,04 17,5 1,1 47,01 40,14

С 40-70 8,17 0,03 23,0 0,6 23,03 38,28

О 70-90 8,29 0,01 26,0 0,3 18,47 29,56

Эмбриозем гумусово-аккумулятивный (Участок 3)

А„ 1-5 7,39 0,25 11,9 5,9 50,03 151,15

А, 5-6 7,71 0,16 12,2 5,5 46,55 93,03

АС 1 6-21 8,02 0,04 17,6 1,0 40,98 30,02

С 21-75 8,17 0,03 22,0 1,0 20,44 30,22

Технозем гумусогенный (Участок 4)

А„ 0,5-5 7,29 0,47 8,2 8,1 50,88 161,03

5-23 7,16 0,46 7,9 7,2 60,24 132,05

Б, 23-35 8,08 0,04 26,2 1,6 17,11 33,41

о. 35-48 8,21 0,04 26,0 1,5 18,26 36,12

О, 48-80 8,25 0,03 27,0 1,0 12,61 29,11

Чернозем выщелоченный

А„ 0-4 6,55 0,51 11,2 10,2 208,21 327,22

А 4-34 6,62 0,45 11,3 8,9 153,71 222,25

АВ 34-48 6,72 0,16 11,9 3,3 83,01 217,11

В 48-89 7,57 Не опр. - 1,3 49,55 192,42

Вк 89-100 7,80 Не опр. - 0,2 Не опр. Не опр.

Слабое развитие почвообразовательных процессов под лесной растительностью (эмбриозем органо-аккумулятивный) не способствует накоплению, как гумусовых веществ, так и азота. Здесь не происходит накопления общего азота, и наблюдается относительно широкое соотношение С/М Хвойный опад слабо минерализуется, и длительное время сохраняется на поверхности отвала, тем самым, препятствуя развитию травянистых растений и активности почвообразования на данном участке.

Тесная связь содержания соединений фосфора с развитием почвообразовательных процессов отразилась и на концентрации фосфора в обследованных почвах Сарагалыкского отвала. Наименьшее содержание фосфора зафиксировано в эмбриоземах инициальных и органоаккумулятивных. При этом следует отметить, что в основном валовое содержание подвижного фосфора определяется его содержанием в породе, который образуется в процессе выветривания и почвообразования. На начальных этапах биологического освоения отвалов процессы выветривания преобладают над процессами почвообразования, что приводит к высвобождению подвижного фосфора из пород в инициальных и органоаккумулятивных эмбриоземах. В тоже время щелочная реакция среды рН> 8 значительно снижает подвижность и доступность для растений. Поэтому на данных участках наблюдается пониженное содержание подвижного фосфора. А содержание фосфора в техноземе и эмбриоземах дерновом и гумсово-аккумулятивном значительно вьппе. Такие показатели объясняется достаточно высоким его содержанием в лессовидных суглинках.

Исследование содержания калия в почвах отвалов показало, что его количество в эмбриоземах дерновом, гумусово-аккумулятивном и техноземе в несколько раз превышает его концентрацию в инициальном и органо-аккумулятивном эмбриоземах. Такое различие, прежде всего, вызвано резкими различиями субстратов, на которых сформировались данные почвы. В первом случае почвообразующей породой является суглинок, в составе которого в значительных количествах присутствует оксид калия (КгО). Эмбриоземы инициальные и органо-аккумулятивные сформировались на смеси плотных пород с низким содержанием свободного калия. Поэтому накопление доступных форм калия в указанных почвах будет происходить по мере развития почвообразовательных процессов и увеличения мелкодисперсных частиц в субстрате отвала.

В связи с молодостью исследуемых нами почв, значения pH определяются исходными значениями характерными для ПСП, а также вскрышных и вмещающих пород слагающих отвалы. Поэтому значение pH зависит от соотношения пород в субстрате, на которых сформировались эмбриоземы. Изучаемые типы почв имеют щелочную реакцию среды, этот показатель является устойчивым, так как время биологического освоения отвалов очень мало.

Таким образом, на основании полученных данных можно сделать вывод о зависимости основных агрохимических показателей от субстрата на котором сформировались те или иные типы эмбриоземов, а также о положительном влиянии многолетних трав на развитие процессов почвообразования на исследуемых участках.

Глава 6. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов в постмелиоративный период

Экологическое состояние техногенных ландшафтов во многом зависит от качества слагающих пород и рельефа поверхности. В большинстве случаев плотные вскрышные и вмещающие породы, вынесенные на дневную поверхность, обладают очень малым потенциалом почвообразования. Поэтому очень важную роль при проведении рекультивацион-ных мероприятий имеют рыхлые вскрышные потенциально плодородные породы - лессовидные суглинки и глины (ППП), а также плодородный слой почвы (ПСП).

Почвенно-картографические исследования, проведенные на ключевых участках, выявили ряд важных особенностей почвообразования. Почвенный покров представлен четырьмя типами эмбриоземов (эмбрио-земами инициальными, эмбриоземами органо-аккумулятивными, дерновыми и гумусово-аккумулятивными), в разном соотношении на разных участках. Все эти типы эмбриоземов представляют собой единую эволюционную цепочку и позволяют дифференцировать этапы почвообразования на четыре стадии. (Андроханов и др, 2004).

На микро- и мезоповышениях в юго-восточной части отвала, подверженных более интенсивному физическому выветриванию и температурным колебаниям, с наиболее контрастным гидротермическим режимом и минимальным слоем отсыпки суглинка, развитие растительного покрова происходило значительно медленнее. На некоторых участках до сих пор проективное покрытие составляет 20-30%, и пионерная растительность на них развита фрагментарно.

Таким образом, первый участок, расположенный на юговосточном склоне с пионерной растительностью, развивающейся на элювии плотных вскрышных пород, находится в неудовлетворительном почвенно-экологическом состоянии. В структуре почвенного покрова этого участка преобладают инициальные эмбриоземы, несмотря на длительный срок после отсыпки отвала. Это связано с неблагоприятным составом субстрата, на котором процессы выветривания пока преобладают над процессами почвообразования, экологическое состояние данных территорий остается неудовлетворительным (рисунок 2).

На втором ключевом участке, на юго-западном склоне, где были произведены посадки сосны, сформировались эмбриоземы органоаккумулятивные - 70 %, дерновые - 10%, и сохранились инициальные эмбриоземы - 20 %. Микрорельеф территории среднебугристый. Формирование данных типов эмбриоземов объясняется недостаточным увлажнением, фрагментарной отсыпкой суглинков на данном участке, а также крутым склоном (уклон поверхности около 25°). Таким образом, только посадка древесных растений не может значительно улучшить экологические условия на нарушенных территориях. Под лесной растительностью на техногенных элювиях почвообразовательные процессы идут медленно, и в течение приемлемого срока эволюция эмбриоземов не переходит дальше стадии формирования органо-аккумулятивных эмбриоземов. Участок с посадкой сосны характеризуется удовлетворительным почвенно-экологическим состоянием (рисунок 3).

На поверхности северо-восточной части Сагарлыкского отвала, с отсыпкой суглинка, сформировались четыре типа эмбриоземов. На третьем ключевом участке при детальном почвенном картировании выявлена следующая структура почвенного покрова. Процентное соотношение типов эмбриоземов составило: 40,5 % - дерновые, 31 % - органоаккумулятивные, 23 % - инициальные, 5,5 % - гумусово-

аккумулятивные (рисунок 4).

Такую неоднородность почвенного покрова можно объяснить приуроченностью различных типов эмбриоземов к определенным позициям микрорельефа и неравномерностью отсыпки суглинком территории отвала. Очевидно, что зарастание данной части отвала происходило поэтапно и начиналось в пониженных элементах рельефа, обладающих более благоприятными экологическими условиями (лучшее увлажнение Ии меньший перепад температуры). Таким образом, данный участок можно отнести к территориям с хорошим почвенно-экологическим состоянием.

Рисунок 2 — Фрагмент почвенной карты Сагарлыкского отвала (Участок 1)

Эмбриоземы: 1 - инициальные; 2 — органоаккумулятивные. Горизонты: 4 - А0;. 5 - С

А

■к

Рисунок 3. — Фрагмент почвенной карты Сагар-лыкского отвала (Участок 2) Эмбриоземы: 1 - инициальные;

2 - органо-аккумулятивные;

3 - дерновые. Горизонты: 4 - А0;. 5 - Ая; 6 - С

Рисунок 4. — Фрагмент почвенной карты Сагарлыкского отвала (Участок 3) Эмбриоземы: 1 - инициальные; 2 — органо-аккумулятивные; 3 — дерновые;

4- гумусово-аккумулятивные. Горизонты: 5-С; 6-Аь 7-Ад

На спланированной территории, на вершине отвала проводилась селективная отсыпка ППП и ПСП. Здесь были созданы техноземы гумусогенные (100 % покрытие). Мощность отсыпки ПСП изменяется в пределах 40 - 80 см. Микрорельеф данной территории западинно-бугристый. На рекультивированном участке проведен посев многолетних злаковых трав, в основном костреца безостого. В результате формирования почвоподобного профиля на этом участке наблюдалось достаточное увлажнение, что позволяло получить более высокую продуктивность по сравнению с эмбриоземами. В тоже время в результате благоприятных экологических условий, созданных в процессе рекультивации позволяет достаточно быстро восстановиться всему комплексу биоценозов на данном участке.

Проведенные исследования, использованием почвенного картирования на нарушенных территориях, позволяют объективно оценить экологическое состояние нарушенных земель и технологии биологической и технической рекультивации с почвенно-экологических позиций. При этом установлено, что формирование древесного растительного покрова на техногенных элювиях, в условиях лесостепи, не особенно заметно способствует развитию почвообразования на нарушенных территориях, и только целенаправленное создание благоприятного корнеобитаемого слоя позволит восстановить нарушенные экосистемы.

Выводы

1. Почвенный покров, формирующийся на поверхности техногенных ландшафтов Бачатского угольного месторождения, представлен молодыми почвами - эмбриоземами и искусственно созданным почвоподобными образованиями - техноземами. Структура почвенного определяется технологией формирования отвалов и направлением рекультивации.

2. Постмелиоративное развитие и почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов, образованных в результате разработки угольных месторождений в лесостепной зоне Кузбасса, зависит от состава и свойств пород, размещенных в поверхностных слоях отвала.

3. Почвенно-экологическое картирование исследуемого объекта позволило выделить участки с различным качеством условий почвообразования. Неудовлетворительные - участок с инициальными эмбриоземами, удовлетворительные - с органо-аккумулятивными, хорошие - с дерновыми и гумусово-аккумулятивными эмбриоземами.

4. На участке с техноземом гумусогенным отмечены наилучшие показатели почвенно-экологических условий, способствующих развитию растительного и почвенного покрова. В тоже время особенностью строения техноземов является наличие двух резко отличающихся горизонтов, это отрицательно влияет на процессы почвообразования, которые преимущественно протекают в отсыпанном слое ПСП.

5. Наиболее благоприятные физические и агрохимические свойства в техноземе гумусогенном и эмбриоземах дерновом и гумусовоаккумулятивном.

6. Неоднородность гранулометрического состава и наличие крупнообломочного материала в корнеобитаемом слое тормозят биологиче-

ское освоение субстрата отвала. Только селективное отвалообразование способствует активному развитию почвообразовательных процессов и восстановлению нарушенных экосистем.

7. Целенаправленное формирование корнеобитаемого слоя позволяет создать благоприятные постмелиоративные условия для восстановления нарушенных экосистем, посадки древесных культур не выполняют этой роли.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Беланов И.П., Шипилова А.М. Температурный режим почв территорий, подверженных техногенезу. // Безопасность труда в промышленности. - 2010. - Выпуск 5. - С.28-30.

2. Беланов И.П., Шипилова А.М. Опыт оценки почвенно-экологического состояния природно-техногенных комплексов лесостепной зоны Кузбасса //ВестникКрасГ4У. -2011. - Выпуск 11. - С 38-41.

3 Шипилова А.М. Гранулометрический состав почв техногенных ландшафтов // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых».-Новокузнецк, 2011. -Выпуск 11. С 58-61.

4 Шипилова А.М. Физические свойства почв техногенных ландшафтов // Сборник материалов всероссийской научной конференции «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения». - Новокузнецк, 2011. -Выпуск 14. С 276-280.

5. Шипилова А.М., Беланов И.П., Андроханов В.А.. Техногенез и экогенез почвенного покрова промышленно развитого региона. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. - 236 с.

6. Шипилова А.М., Горбунова А.Р., Некрасов А.В. Водопроницаемость почв техногенных ландшафтов // Сборник материалов всероссийской научной конференции «Почвы Сибири: прошлое, настоящее, будущее». - Новосибирск, 2010. - С. 119-121.

Подписано в печать 27.01.2012 г. Формат 60x84/16.

Бумага для множительных аппаратов. Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Уел. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ J&6 ■

Издательство АГАУ 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98 62-84-26

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Шипилова, Ася Максимовна, Новосибирск

61 12-6/274

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии СО РАН

На правах рукописи

Шипилова Ася Максимовна

ПОСТМЕЛИОРАТИВНОЕ РАЗВИТИЕ И ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ РЕКУЛЬТИВИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЛЕСОСТЕПНОЙ

ЗОНЫ КУЗБАССА

06.01.02. - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор биологических наук Андроханов В. А.

Новосибирск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

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

Глава I. Изученность проблемы, объекты и методы исследования.........8

1.1 Развитие исследований и практических работ по рекультивации и мелиорации земель.....................................................................8

1.2 Объекты и методы исследования..................................................15

Глава II. Хараю-ермстшса нрйродмыж ресурсов н почвенного покрова в исследуемом регионе.....................................................................21

2.1 Климатические условия..............................................................21

2.2 Тектоника и геология.................................................................25

2.3 Растительный покров.................................................................31

2.4 Структура почвенного покрова техногенных ландшафтов...................38

Глава III. Трансформация физических свойств при рекультивации и мелиорации техногенных ландшафтов.............................................51

3.1 Гранулометрический состав.........................................................51

3.2 Плотность и порозность.............................................................57

3.3 Водно-физические свойства........................................................62

Глава IV. Температурный и водный режимы почв техногенных ландшафтов................................................................................75

4.1 Тепловой режим почв техногенных ландшафтов..............................75

4.2 Режим увлажнения почв техногенных ландшафтов...........................82

Глава V. Особенности агрохимических свойств почв на рекультивированных участках......................................................92

Глава VI. Почвенно-экологнческое состояние техногенных ландшафтов

в пост мелиоративный период.......................................................103

Выводы.....................................................................................116

Библиографический список „................................................. ......118

Приложения..............................................................................133

ВВЕДЕНИЕ

Акт5гШ1ыю€ть проблемы. Кемеровская область один из наиболее промышленно развитых регионов Сибири. На ее территории расположено большое количество угледобывающих предприятий - шахт и разрезов. В настоящее время в результате интенсивного развития промышленности и низкой эффективности природоохранных мероприятий в Кузбассе создалась кризисная экологическая ситуация, в условиях которой необходимым является проведение экологического мониторинга, оценки и прогноза состояния техногенно нарушенных территорий.

Несмотря на проведение рекуяьтивационных работ и недостаточных мелиоративных мероприятий, а также неблагоприятного состава пород, размещенных на поверхности техногенных ландшафтов, нарушенные территории сохраняют неудовлетворительное почвенно-экологическое состояние длительное время в постмелиоративный период развития. Поэтому для повышения эффективности рекультивации необходимо исследовать, формирующийся почвенный покров, и выявить лимитирующие факторы развития процессов почвообразования и растительного покрова.

Цель исследования: выявить специфику почвообразования в техногенных ландшафтах, расположенных в лесостепной зоне Кузбасса, оценить почвенно-экологическое состояние и перспективы постмелиоративного развития рекультивированных территорий.

Задачи исследований:

1. Исследовать почвенный покров в техногенных ландшафтах на территории Бачатского угольного месторождения.

2. Выявить специфику основных свойств эмбриоземов - молодых почв, формирующихся на поверхности нарушенных территорий.

3. Изучить почвенно-экологические условия в техногенных ландшафтах и определить лимитирующие факторы почвообразования.

4. Дать оценку почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов и выявить перспективы восстановления почвенного покрова при проведении мелиорации и рекультивационных работ.

Научная новизна работы. Впервые проведена оценка почвенно-экологического состояния техногенно нарушенных территорий на основе изучения экологических условий и скорости развития почвообразовательных процессов в районе лесостепной зоны Кузбасса. На участках, рекультивированных по различным технологиям, и созданных в процессе неселективного отвалообразования, выполнено комплексное исследование специфики формирования почв и почвенного покрова. Установлено приоритетное влияние технологии формирования отвалов и качества, размещенных в поверхностных слоях пород, на скорость развития эмбриоземов. Выявлены основные факторы, лимитирующие развитие процессов почвообразования в постмелиоративный период на техногенных ландшафтах Бачатского угольного месторождения и пути оптимизации почвенно-экологического состояния нарушенных территорий.

Защищаемые положения:

1. На современном этапе литогенный состав пород, слагающих отвалы, определяет свойства и режимы функционирования восстанавливающихся почв и почвенно-экологическое состояние рекультивированных территорий в лесостепной зоне.

2. Развитию процессов почвообразования в техногенных ландшафтах и повышению почвенно-экологической эффективности рекультивационных мероприятий способствует целенаправленное создание корнеобитаемого слоя на территориях подверженных техногенезу.

Научная и практическая значимость. Исследована специфика восстановления нарушенных экосистем в техногенных ландшафтах расположенных в самой засушливой части лесостепной зоны Кузбасса. Практическая значимость таких исследований заключается, в том, что впервые дана комплексная оценка эффективности основных технологий

рекультивации применяющихся на Бачатском угольном месторождении. В работе показана специфика экологических условий, складывающихся на нарушенных землях в результате выполнения рекультивационных мероприятий. Полученные результаты позволяют выявить наиболее эффективные технологии рекультивации, которые можно применять на отвалах угольных месторождений лесостепной зоны Кемеровской области, при этом достичь максимальной почвенно-экологической эффективности в постмелиративный период. Данные, полученные при исследованиях, доведены до широкого круга специалистов путем публикаций. Полученные материалы используются при прочтении курса «экология» для студентов горных специальностей в Сибирском государственном индустриальном университете.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно проведены полевые исследования на территории Сагарлыкского отвала Бачатского угольного месторождения: изучение морфологических свойств почв, исследование теплового и водного режима. В лабораторных условиях проводилась обработка проб, анализ и обобщение полученных результатов.

Апробация работы. Результаты исследований представлялись на международных и всероссийских конференциях: Ковалевские молодежные чтения «Почвы Сибири: прошлое, настоящее, будущее» (Новосибирск, 2010); «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 2011); «Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах из «Перечня» ВАК РФ и одна рецензируемая монография в соавторстве.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, изложена на 148 страницах текста, включает список литературы из 152 наименований, в том числе 5 иностранных, 16 таблиц, 20 рисунков и 15 приложений.

Автор выражает искреннюю благодарность д.б.н. В.А. Андроханову, за помощь в проведении полевых, лабораторных исследований и помощь в написании диссертации.

За оказанную практическую помощь и поддержку при выполнении работы автор благодарит д.б.н. Курачева В.М., сотрудников лаборатории рекультивации ИПА СО РАН и, особенно Госсена И.Н., Беланова И.П., а также Буслова A.B.

ГЛАВА 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ПРОБЛЕМЫ, ОБЪЕКТЫ И

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Развитие исследований и практических работ по рекультивации и мелиорации земель Первые попытки восстановления продуктивности и озеленения участков земель, нарушенных и загрязненных в процессе промышленного производства, предпринимались с конца XIX в. Широкое распространение и развитие работ по рекультивации земель связано лишь с внедрением открытого способа добычи полезных ископаемых. Первые работы по рекультивации в значительном масштабе были произведены в Рейнском угольном бассейне в 1920-х гг. В Англии в то же время в Мидленде также были предприняты первые попытки рекультивировать нарушенные земли (Моторина, 1975).

Поскольку размеры прямого и косвенного воздействия промышленности на природные комплексы давно перестали быть узко локальными и нередко приводят к образованию новых техногенных ландшафтов, рекультивация земель во многих странах рассматривается как комплексная проблема восстановления ландшафта и его продуктивности, хозяйственной и экологической ценности (Панас, 1987).

Начиная с 1960-х гг., в развитых странах стали активно проводиться работы по рекультивации. Большое значение рекультивации придается в Европе: Германии, Польше, Чехии, Венгрии и в других странах. Принимаются государственные программы и проекты, направленные на защиту окружающей среды и содержащие целые разделы по рекультивации земель. Во всех законодательных актах четко определены юридические основы, порядок проектирования и практического осуществления рекультивационных работ. В этих странах общепринятым является требование к выравниванию поверхности и селективной отсыпке отвалов, правильному подбору культур, при этом важная роль отводится бобовым

культурам, особенно люцерне, доннику, люпину. Устанавливается норма отсыпки плодородных грунтов для определенных культур (не менее метра -для сельскохозяйственных и 1,5 - 2 м - для плодовых). Особое место при определении возможного направления рекультивации отводится составу и свойствам пород, складированных в отвалы. Для отдельных областей разрабатываются схемы рекультивации земель, где отражаются основы рекультивации земель с учетом ресурсов почвообразования данной местности. Законодательно закрепляется, что рекультивация проводится в два этапа - технический (горнотехнический) и биологический.

В связи с сокращением в большинстве стран площади сельскохозяйственных угодий и уменьшением доли пашни на душу населения большое значение имеет сельскохозяйственное направление рекультивации, наибольшее развитие это направление получило в странах зарубежной Европы. В Германии 40 % из рекультивируемых земель восстанавливается под сельское хозяйство (Knabe, 1964). Широко практикуется использование отработанных карьеров для создания водоемов различного назначения. Наиболее ценные в сельскохозяйственном отношении угодья формируются при рекультивации отвалов Рейнского буроугольного бассейна. При этом применяется гидромеханизация для намывания слоя лесса на выровненную поверхность отвала. Большое значение придается возделыванию бобовых культур как азотонакопителей. Под лесонасаждения отводится 50 % рекультивированных площадей - это откосы отвалов карьеров.

В Чехии в 1960-х гг. основное внимание уделялось созданию лесных насаждений. Начиная с 1980-х гг., из-за сокращения сельскохозяйственных площадей внимание стали уделять сельскохозяйственному направлению рекультивации. Используются методы создания пашни на отвалах с нанесением плодородного слоя почвы и без него (отсыпка суглинком).

В Болгарии, Венгрии и Румынии большое внимание в XX в. уделялось разработке методов создания сельскохозяйственных угодий на отвалах без

нанесения почвенного слоя на потенциально плодородных вскрышных породах. В Польше с начала 1960-х гг. основное внимание направляется на облесение отвалов угольных шахт.

В Англии сельскохозяйственные угодья, преимущественно сенокосно-пастбищного использования, создаются при рекультивации буроугольных и железорудных карьеров. При этом карьеры широко используют для создания водоемов в рекреационных зонах. При рекультивации шахтных отвалов широко применяется способ их планирования и переформирования. При озеленении основной акцент делается на подбор наиболее выносливых видов растений, декоративных и древесных кустарниковых пород (Моторина, 1975).

В США созданием пашни на рекультивированных территориях занимаются в районе Великих равнин. Здесь преимущественно распространено создание сенокосно-пастбищных угодий и лесонасаждений в рекреационных целях. Поэтому проводится частичная планировка нарушенных территорий с формированием волнистого и неровного рельефа, что, по мнению американских специалистов, создает лучшие условия для роста растений и расселения животных. Для восстановления нарушенных земель используют технологию рекультивации с отсыпкой плодородных слоев почв и обязательным последующим посевом многолетних трав для предотвращения и развития эрозии (ЬжпЬапща, Еуагще1ои, 1994).

В Китае работы по рекультивации начали проводиться только в конце XX в. Наиболее эффективным способом считается нанесение ПСИ. При отсутствии ресурсов ПСП предлагается использование удобрений или других почвоулучшителей, способствующих развитию фитоценозов (Х1а Напри^, Са1Х1, 2002).

В СССР, выполнение работ по рекультивации впервые было предусмотрено в 1976-1980 гг. Г осударственным планом развития народного хозяйства на X пятилетку. Возникали большие сложности в разработке эффективных методов рекультивации нарушенных земель и практическом их

осуществлении, что связано с разнообразием природно-климатических и техногенных условий на территории страны (Научно-технические проблемы..., 1978).

Первые попытки озеленения были предприняты в Донбассе. Обнаружилось, что здесь условия для развития растительности являются неблагоприятными и только некоторые виды растительности могут развиваться на поверхности терриконов (Шалыт, Костомаров, 1950).

На Урале работы по рекультивации земель начались в 1959-1961 гг. под руководством и по инициативе доктора биологических наук В.В. Тарчевского. Была создана хозрасчетная лаборатория промышленной ботаники - специальное учреждение, сосредоточившее внимание на изучении методов фитомелиорации промышленных отходов. Первым опытом работы стало озеленение околозаводских и внутризаводских территорий. Основной задачей лаборатории являлось устранение вредоносного, загрязняющего воздействия нарушенных земель на прилегающие территории. Большой вклад в исследование проблемы рекультивации земель внесли: Г.М. Пикалова (формирование фитоценозов на золотоотвалах) (Пикалова, 1978), И. И. Шилова, Н.Б. Логинова (исследование шламовых отвалов алюминиевых заводов Урала) (Шилова, Логинова, 1974), Г.И. Махонина, Т.С. Чибрик, Г.И. Батурин (мониторинг нарушенных земель, внедрение технологий рекультивации, направленных на озеленение техногенных ландшафтов) (Махонина, 2003; Чибрик, Батурин, 2003).

В это же время проводят комплексное исследование техногенных ландшафтов в Подмосковном бассейне. Здесь применяется экранирование токсичных сульфидсодержащих пород карбонатными породами перед нанесением почвенного слоя (Моторина и др., 1969; Моторина, Овчинников, 1975). В работе участвуют специалисты разных профилей: горняки, лесоводы, почвоведы, агрохимики.

На Украине исследования по рекультивации нарушенных земель проводят сотрудники Днепропетровского сельскохозяйственного института и Днепропетровского университете. Здесь на большинстве рекультивированных территориях выполнялись исследования по созданию почвонодобных образований (техноземов), а также осуществлялись работы по определению потенциального плодородия основных вскрышных и вмещающих пород. В результате были разработаны различные технологии рекультивации и определена степень пригодности вскрышных пород для биологической рекультивации (Бекаревич, Масюк, Узбек, 1969).

В 1975 г. создается Всесоюзный НИИ охраны окружающей среды на основе Пермского НИИ угля. Одним из основных отделов института становится отдел рекультивации нарушенных земель (Рекомендации..., 1986).

В Центрально-Черноземной зоне были нарушены самые ценные почвы - черноземы, поэтому здесь обязательным условием рекультивации является снятие плодородного слоя почвы с последующим его использованием в биологической рекультивации. Наиболее распространенны й метод подготовки земель - нанесение на спланированную поверхность отвала почвенного слоя мощностью 30-50 см. Лучшими подстилающими породами являются лессы