Мониторинг почвенного покрова и рациональное использование земельных ресурсов в районах угледобычи

IV. ПРОБЛЕМЫ И СУЖДЕНИЯ PROBLEMS AND OPINIONS

ш В ж

В.А. Андроханов д-р биол. наук, заведующий лабораторией Института почвоведения и агрохимии СО РАН

УДК 502.65:631.4

МОНИТОРИНГ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В РАЙОНАХ УГЛЕДОБЫЧИ

Приводятся сведения о масштабности воздействия на природную среду процессов, вызванных хозяйственной деятельностью, изменением природной среды. Описано выполнение и значение рекультивационных работ при добыче угля открытым способом. Рассматривается необходимость проведения современного мониторинга и развития информационных технологий.

Ключевые слова: ОТКРЫТЫЙ СПОСОБ, РЕКУЛЬТИВАЦИЯ, ОТВАЛЫ, ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ, ПЛОДОРОДНЫЙ СЛОЙ ПОЧВЫ, БУРТЫ, ГУМУС, АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ПОТЕНЦИАЛЬНО-ПЛОДОРОДНЫЕ ПОРОДЫ

Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом сопровождается возникновением целого комплекса проблем как технологических, так и природоохранных. Среди последних первостепенное значение приобретает проблема коренной трансформации естественного ландшафта и полное уничтожение растительного и почвенного покрова. При этом необходимо учитывать, что по масштабности воздействия на природную среду процессы, вызванные хозяйственной деятельностью, превосходят естественные экзогенные процессы, в результате чего становятся ведущей геологической силой в районах угледобычи [1]

Образование техногенных форм рельефа является особенностью открытых горных работ, при которых формируется абсолютно новый тип местности: техногенная воронка (карьер), отвалы, техногенные водоемы.[2] Отвалообразова-ние приводит к увеличению высотных отметок как в продольном, так и в поперечном профилях и, как следствие, резкой активизации склоновых

и эрозионных процессов. Скорость образования таких ландшафтов достаточно высокая, в связи с чем выполнение рекультивационных работ значительно отстает от возникновения новых нарушений. В современных социально-экономических условиях полностью восстановить исходный ландшафт не представляется возможным.

Поскольку отработка запасов каменного угля открытым способом сопряжена с нарушением геологической основы и интенсивным воздействием на все компоненты окружающей среды, организация мониторинговых наблюдений в районах разработки месторождений является важным природоохранным мероприятием, направленным на получение своевременной и достоверной информации о состоянии компонентов природной среды в районах угледобычи. В общем смысле современное понятие «мониторинг» означает наблюдение, анализ и оценку состояния, изменений окружающей среды под влиянием хозяйственной деятельности человека, а также прогнозирование этих изменений и может подразделяться в зависимости от объектов и

территории наблюдения, а также вида получаемой информации.[3] Мониторинг за состоянием почвенного покрова в районах добычи полезных ископаемых является составной частью горноэкологического мониторинга.

В соответствии с [4] для всех предприятий по добыче и переработке минерального сырья обязательным является экологический мониторинг с целью снижения вредного влияния горных работ на окружающую среду, обеспечения их безопасного ведения и охраны недр. На многих предприятиях Кузбасса проводятся:

• мониторинг геологической среды (состояния недр, запасов полезного ископаемого);

• гидрогеологический мониторинг (подземных вод);

• гидрологический мониторинг (поверхностных и сточных вод);

• мониторинг атмосферного воздуха;

• инженерно-геологический мониторинг (состояния карьерных выработок и отвалов).

В настоящее время в связи с развитием информационных технологий появилась возможность организации дистанционного мониторинга за трансформацией естественных ландшафтов как на региональном уровне, так и непосредственно в районах расположения угледобывающих предприятий. Такая работа только начинается, но уже есть первые результаты [5, 6]. Тем не менее, информационные технологии не позволяют совсем исключить натурные исследования, в частности почвенный мониторинг. Для адекватной расшифровки информации, полученной дистанционными методами, необходимо создание сети точек наблюдения, которая позволяет создать библиотеки образов, критериев. В связи с недооценкой значимости почв и почвенного покрова, а также их влияния на поддержание экологического баланса в районах разработки месторождений во многих компаниях пока уделяется недостаточно внимания организации почвенного, земельного мониторинга.

Почва - это особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным взаимообусловленным взаимодействием гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов. Почвенный покров - важнейшее природное образование, выполняющее в биосфере множество функций, которые и стабилизируют экологическое состояние в регионах и в конечном итоге на всей планете [7]

В естественных ландшафтах Кузнецкой

котловины преобладают самые плодородные почвы Сибири - мощные выщелоченные черноземы [8]. Мощность гумусового горизонта достигает 60 см. В проектах рекультивации предусматривается снятие и сохранение плодородного слоя почвы (ПСП), в большинстве случаев мощностью 40-50 см. Но даже при этом объем снимаемого со 100 га ПСП составляет около полумиллиона м3. Таким образом, возникает проблема сохранения и дальнейшего использования снятого ПСП.

В ГОСТе 17.4.3.02-85 «Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель» [9] указано, что снятый и сохраненный материал ПСП необходимо использовать в основном для рекультивации и в некоторых случаях при наличии малопродуктивных земель в районе ведения горных разработок использовать для их землевания. Если таких площадей нет, то ПСП складируется в бурты и хранится до появления подготовленных площадей для рекультивации. При этом срок хранения может превышать несколько десятков лет, поэтому в настоящее время на угольных разрезах Кузбасса накопились значительные запасы ПСП.

В соответствии с ГОСТом 17.5.3.04-83 [10] снятый ПСП должен храниться в буртах высотой до 10 м в течение 20 лет, его поверхность и откосы должны быть засеяны многолетними травами.

Проведенные исследования по изучению трансформации свойств ПСП в ходе выполнения рекультивационных работ показали, что в процессе снятия и складирования ПСП в бурты происходит заметное ухудшение их основных агрофизических и агрохимических свойств (табл. 1).

В процессе снятия, транспортировки и формировании бурта в первый же год происходит заметное снижение содержания гумуса. Это вызвано двумя основными причинами: во-первых, окислением гумусной массы кислородом воздуха, во-вторых, смешиванием разных по содержанию гумуса верхних слоев почвы. Таким способом происходит потеря четверти гумуса в ПСП. Уровень снижения содержания гумуса в основном зависит от качества снятия ПСП.

В последующие годы хранения в поверхностном слое бурта в результате развития растительности и восстановления биологических процессов содержание гумуса восстанавливается в течение 3-5 лет, а во внутреннем пространстве продолжает постепенно уменьшаться примерно до уровня 3 %. Дальнейшее сокращение содержания гумуса во внутренней части бурта

Таблица 1 - Основные показатели плодородия ПСП

Этап Глубина, см Сорг, % орг7 Плотность, г/см3 Плотность слож., г/см3 N03, мг/100 г Р О 2 5 мг/100 г С:М

Бурт, время после отсыпки

1-й год 0-10 5,36 2,65 1,46 4,44 2,01 13,7

>200 4,19 2,70 1,64 3,56 3,54 13,1

3-й год 0-10 6,29 2,58 1,28 2,83 3,62 11,0

>200 3,85 2,63 1,72 3,80 2,86 12,1

5 лет 0-10 6,33 2,58 1,14 1,58 3,31 9,9

>200 4,26 2,72 1,68 5,05 2,37 11,3

11 лет 0- 10 9,16 2,66 1,08 2,22 4,81 9,5

>200 3,03 2,69 1,70 5,69 1,08 11,7

После отсыпки 0-20 4,54 2,71 1,41 5,49 2,42 11,8

Чернозем выщелоченный 0-10 8,65 2,62 1,07 2,68 4,38 10,8

40-50 0,76 2,74 1,31 1,41 5,75 3,4

сильно замедляется. Это может быть связано с особенностями молекул гумусовых веществ, так как остается наиболее устойчивая часть молекулы гумуса, которая может сохраняться многие века, что и подтверждено, к примеру, при раскопках курганов. Однако агрохимическая ценность такого органического вещества незначительна.

В процессе снятия и хранения происходит деградация основных агрофизических свойств ПСП. Материал ПСП сильно уплотняется практически до критических значений для дальнейшего развития растительности. Это связано с разрушением структуры при воздействии тяжелой техники. В дальнейшем на поверхности плотность отсыпанного ПСП постепенно снижается, а в глубинных горизонтах остается практически без изменения, что приводит к развитию процессов слитизации и ухудшению всего комплекса агрофизических показателей (см. табл. 1).

Таким образом, по истечении срока хранения (более 10-15 лет) получаем в основном малоплодородный материал ПСП, для восстановления основных элементов плодородия которого требуются проведение мелиоративных мероприятий и дополнительные вложения. Такие затраты при существующем подходе к проведению сельскохозяйственной рекультивации и в современных экономических условиях практически неокупаемыми. Снятие и хранение ПСП в течение нескольких десятилетий для отсыпки верхушек отвалов, которые могут превышать в высоту 150 м, могут использоваться в сельском хозяйстве нерационально. Поэтому возникает

необходимость в поиске новых возможностей использования этого ценного материала или корректировке технологии выполнения рекультивации.

С целью сохранения и использования материала ПСП на предприятиях КАТЭК предложено по-возможности сразу использовать снятый ПСП для размещения на поверхности отвалов [11] ,что не сложно сделать в условиях пологого залегания угольных пластов, так как на таких разрезах преобладает внутреннее отвалообра-зование. Поэтому здесь достаточно только скорректировать логистику движения горных пород и отсыпать ПСП сразу на верхний, конечный уступ отвалов.

Для сокращения времени и затрат на проведение рекультивационных работ, снятие ПСП и потенциально-плодородных пород (ППП), с территории отведенной для разработки месторождений, возможно проводить совместно. После снятия смесь ПСП и ППП необходимо размещать в поверхностных слоях отвалов мощностью от 2 м и выше, что позволяет сократить затраты, прежде всего, на раздельное снятие ПСП и формирование буртов. Также формирование более мощного корнеобитаемого слоя, сложенного благоприятными для рекультивации породами, повышает почвенно-экологическую эффективность восстановительных мероприятий.

В настоящее время в разных угледобывающих районах отдается предпочтение лесной рекультивации, а для нее не требуется отсыпка

чистого ПСП. Во многих случаях лесная рекультивация проводится без создания благоприятного корнеобитаемого слоя. Эффективность такой рекультивации невысока, а использование смеси ПСП и ППП для создания благоприятного корнеобитаемого слоя позволяет значительно увеличить эффективность практически любого направления рекультивации и значительно снизить затраты.

Для сохранения и рационального использования снятого ПСП, также можно рекомендовать увеличение слоя отсыпки ПСП на поверхность отвалов до 1 м, а не как предусмотрено во многих проектах рекультивации 20-30 см. При этом потребуется увеличение объемов отсыпки ПСП. Однако в таком виде ПСП будет полностью использован и сохранен на длительное время, а при необходимости повторно использован для рекультивации.

Таким образом, анализ опыта применения основных, действующих технологий рекультивации свидетельствует о необходимости их существенной корректировки с учетом полученных знаний и современных социально-экономических условий. Результаты обобщения научных исследований также показывают насущную необходимость проведения модернизации существующих технологий рекультивации с учетом их почвенно-экологической эффективности и ориентирования на дальнейшее целевое использование рекультивированных территорий. Большинство рекультивированных земель в связи с невысокой почвенно-экологической эффектив-

ностью не востребованы. Поэтому в настоящее время основной задачей рекультивации должна являться локализация техногенных ландшафтов и сокращение негативного воздействия на прилегающие территории. Без существенной корректировки существующих нормативных документов, регламентов по рекультивации невозможно решить данную задачу. Необходимо с учетом новых полученных данных коренным образом изменить и сам подход к проведению ре-культивационных работ. На региональном уровне должна быть создана схема, которая сможет обеспечить реализацию восстановительных мероприятий в угледобывающих районах с учетом их расположения, технологии отработки месторождений и индивидуальной специфики каждого техногенного объекта. Также должны быть созданы группы специалистов (геологов, технологов, проектировщиков, экологов и др.), а проектным организациям для разработки и совершенствования проектов рекультивации следует как можно шире привлекать профильные научные организации для адресного использования результатов научных исследований. Необходимо наладить контроль проектировщиков за выполнением рекультивационных работ, представленных в проекте, в связи с несоблюдением сроков и технологий их выполнения, что приводит к значительному снижению эффективности рекультивации. Выполнение этих условий позволит увеличить эффективность рекультивации и снизить экологическую напряженность в угледобывающих районах Кузбасса.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ческидов, В. И. Пути повышения эффективности и экологической безопасности открытой добычи твердых полезных ископаемых / В. И. Ческидов и др. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. - 2010 - 254 с.

2. Тусупова, Б.Х. Анализ воздействия горных работ и установок кучного выщелачивания золота на окружающую среду / Б. Х. Тусупова, Ж. Д. Байгурин // Вестник Казахского национального технического университета им. К. И. Сатпаева. - 2009. - № 4 (74). - C. 3.

3. Ситаров, В. А., Социальная экология : учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб.заведений / В. А. Ситаров, В. В. Пустовойтов. - М.: Издательский центр «Академия», 2000. - 280 с. - ISBN 5-7695-0320-3.

4. Временное положение о горно-экологическом мониторинге. Приказ Госгортехнадзора и Минприроды России от 16 мая 1997 года. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации - Загл. с экрана.

5. Счастливцев, Е. Л. Оценка загрязнения атмосферы и выпадения загрязняющих веществ из атмосферы на подстилающую поверхность / Е. Л. Счастливцев, A. A. Быков // Труды Кузбасской комплексной экспедиции. - Кемерово, 2004. - Т. 1. - С. 717-728.

6. Вашлаева, В. П. Мониторинг, оценка и прогноз состояния окружающей природной среды на основе современных информационных технологий / В. П. Вашлаева, В. П. Потапов, Е. Л. Счастливцев [и др.]. - Кемерово : ИД «Азия», 2013. - 110 с. - ISBN 5-85119-104-Х.

7. Добровольский, Г. В. Экологические функции почв / Г. В. Добровольский, Е. Д. Никитин - М.: Изд-во МГУ, 1986. - 136 с.

8. Хмелев, В. А. Черноземы Кузнецкой котловины / В. А. Хмелев, А. А. Танасиенко - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1983. - 256 с.

9. Межгосударственный стандарт ГОСТ 17.5.3.04-83 Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель (утв. постановлением Госстандарта СССР от 30 марта 1983 г. N 1521) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: Информационно-правовое обеспечение «Гарант», Эксперт-Гарант-Максимум. - Загл. с экрана.

10. Межгосударственный стандарт ГОСТ 17.5.3.04-85 Общие требования к рекультивации земель. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/21/21465.shtml.

11. Андроханов, В. А. Ускорение процессов рекультивации техногенных ландшафтов на угольных предприятиях КАТЭКа и Хакасии / В. А. Андроханов, А. Т. Лаврененко // Уголь. - 2012. - № 7. - С. 62-64.

V. A. Androkhanov

Information about the magnitude of the environmental impacts of processes caused by human activity, changes in the natural environment is provided. Implementation of cultivation works and their value in the coal extraction in opencast mining are described. Necessity for monitoring and development of modern information technology is considered.

MONITORING OF SOIL AND LAND RATIONAL MANAGEMENT IN THE MINING REGIONS

Андроханов Владимир Алексеевич e-mail: androhan@rambler.ru

Key words: OPEN CAST MINING, RECULTIVATION, DUMPS,SOIL, FERTILE SOIL LAYER, BURT, HUMUS, AGROPHYSICAL INDICATORS, POTENTIALLY FERTILE STRATUM

научно-технический журнал № 1-2014

ВЕСТНИК