Физико-химические и химические свойства сульфидной горной породы и молодой почвы шахтных отвалов Западного Донбасса

Isikov V.P. The most important phytopathogenic fungi on ornamental plants of Northen Black Sea region and Moldova // Bul. Nikit. Botan. Gard. - 2014. - № 111. - P. 56 - 63.

The results of the phytopathological researches of ornamental woody plants in the cities of the Northern Black Sea Region and Moldova have been given. 36 species of pathogenic fungi have been identified on 35 species of plants. The most common and harmful species of pathogenic fungi are Cytospora leucosperma, Marssonina rosae, M. juglandis, Cenangium abietis, Microsphaera alphitoides, Ganoderma applanatum. The reasons of the fungi development on woody plants are lack of preventive and active measures for controlling harmful fungi.

Key words: fungi, diseases, rot, trees, spreading, intensity.

АГРОЭКОЛОГИЯ

УДК:631.445.9: 631.41

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДНОЙ

ГОРНОЙ ПОРОДЫ И МОЛОДОЙ ПОЧВЫ ШАХТНЫХ ОТВАЛОВ

ЗАПАДНОГО ДОНБАССА

МЛ. НОВИЦКИЙ

Никитский ботанический сад, г.Ялта, Республика Крым, РФ

В статье идет речь об одном из способов рекультивации шахтных отвалов, разработанном учёными Никитского ботанического сада. Этот беззатратный рельефоформирующий способ внедрен на нескольких шахтах Западного Донбасса, в том числе на ПСП «Шахта «Першотравнева». Исследования проводили в 2011 - 2012 гг. на участке древесно-кустарниковых насаждений площадью 0,8 га, расположенном на вершине трапециевидного отвала сульфидной горной породы. Благодаря этому способу, в понижениях за счет дополнительного привнесения мелкозема и влаги с возвышений интенсивно развивались процессы выщелачивания, рассоления и почвообразования, улучшались физико-химические и химические свойства мелкозема молодых почв понижений, что позволило успешно выращивать 14 наиболее устойчивых видов древесно-кустарниковых растений.

Ключевые слова: сульфидная горная порода, молодая почва, кислотный комплекс, рекультивация.

Введение

Одним из наиболее опасных факторов для окружающей среды является работа угольных предприятий. Вред окружающей среде наносится не только непосредственно в процессе добычи угля, но и через много лет после ее прекращения. Основной источник такого загрязнения - шахтные отвалы. Ежегодно в процессе подземной добычи угля в Украине на дневную поверхность поднимается около 40 млн. м3 породы, которая складируется в отвалы. По данным НПО "Механик", за двести лет разработки угольных месторождений в Украине уже образовалось более 1100 терриконов, под которыми занято 6300 га плодородной, пригодной для хозяйственного использования почвы.

Одним из наиболее сложных объектов для биологического освоения являются шахтные отвалы Западного Донбасса с сульфидсодержащими горными породами. Вынос таких пород каменноугольного периода палеозоя на дневную поверхность активизирует под влиянием абио- и биотических факторов: физического выветривания, окисления, растворения, гидролиза, гидратации, освобождения большого запаса

химической энергии, горения и пыления отвалов. В связи со сложной экономической ситуацией в угольной промышленности Украины был разработан альтернативный, беззатратный способ рекультивации таких пород. Это научно обоснованное комплексными исследованиями ученых Никитского ботанического сада направление воплотилось в беззатратный рельефоформирующий способ рекультивации сульфидных пород. Он внедрен на вершине трапециевидного шахтного отвала, где высажено свыше 20 видов декоративных деревьев и кустарников [4, 7, 8].

Многие ученые, изучая сульфидную горную породу, в большей степени обращали внимание на низкую кислотность и ее отрицательное влияние на растения при озеленении отвалов [3, 10 - 15]. Исследователями НБС - ННЦ установлен также целый ряд других негативных факторов породы: высокая плотность сложения (до 1,70 г/см3) и скелетность (до 60%), распылённость (пыли до 62%), обедненность илом (912%) и гумусом (до 0.2%), солонцеватость, низкая поглотительная способность (Е поглощенных оснований 7 - 8 мг-экв/100 г). Такие отвалы десятилетиями не зарастали травами [6].

При изучении серусодержащих отвалов, помимо физических свойств, нами уделялось большое внимание физико-химическим и химическим свойствам породы и молодой почвы. Знание этих свойств имеет большое значение для озеленения отвалов.

Цель исследования - определить физико-химические и химические свойства мелкозёма сульфидной горной породы (контроль) и молодой почвы межбугорных понижений на рекультивированном рельефоформирующим способом на вершине трапециевидного шахтного отвала и их пригодность для выращивания древесно -кустарниковых растений.

Объекты и методы исследования

Исследования проводили в 2011 — 2012 гг. на участке древесно-кустарниковых насаждений (Б ~ 0,8 га, 14 видов растений) на вершине трапециевидного отвала сульфидной горной породы, рекультивированного рельефоформирующим способом на закрытой ПСП Шахте «Першотравнева» ДТЭК «ПАВЛОГРАДУГОЛЬ».

В исследования включены 25-летние молодые почвы межбугорных понижений, заросшие травами, с высаженными в 1999 году деревьями и кустарниками. Контролем служила незаросшая растениями сульфидная порода вершины окружающих понижения бугров. На участке для определения физико-химических и химических свойств заложено пять площадок: две - на вершинах бугров и три - в понижениях. Образцы молодых почв отобраны на глубину 60 см, породы - до 20 см.

Определение рН водной суспензии и солевой вытяжки проводилось потенциометрически, гидролитическая кислотность - по Каппену рН-метрическим методом в модификации ЦИНАО, подвижный алюминий и обменная кислотность - по Соколову, сера общая и сульфатная - по ГОСТу 8606-72 [1, 2, 9].

Результаты и обсуждение

Определено, что в замкнутых между буграми хорошо увлажняемых делювиальными и талыми водами (с илистыми взвесями) понижениях под травами интенсивно протекает выветривание и почвообразование. За 25 лет в 60-сантиметровом слое понижений произошло почти полное рассоление мелкозема (Е легкорастворимых солей < 0.12%), его рассолонцевание (< 2% поглощенного №+), обогащение илистыми частицами (до 19 - 21%), разуплотнение (1.05 - 1.30 г/ см3), гумусообразование (до 0.20.9%) и уменьшилась кислотность таких образований - молодых почв техногенных ландшафтов.

Содержание валовой серы в молодых почвах понижений почти в несколько раз меньше, чем в горной породе, что свидетельствует об интенсивных процессах ее окисления и образовании различной степени развитости кислотного комплекса

Таблица

Содержание серы и показатели кислотного комплекса молодой почвы и сульфидной горной породы на шахтном отвале ПСП «Шахта «Першотравнева», 2011-2012 гг.

Местоположение Слой, рНН2О Б, % Кислотность, мг- Подвижный

разреза, число см PHKCl валовая экв/100 г Al3+,

определений (п) сульфатная гидролитич. обменная мг-экв/100 г

Молодая почва межбугорных 0-20 5,31 4,50 0,14 0,07 4,16 0,44 0,78

понижений, п=3 20-40 5,87 5,09 0,10 0,03 2,42 0,16 0,78

40-60 6,95 6,55 0,15 0,05 1,12 0 0

Сульфидная порода на вершине бугров (контроль), п=2 0-20 4,37 3,50 0,41 0,28 10,01 2,26 4,02

В процессе окисления пирита образуется сульфатная сера. При интенсивном выщелачивании её концентрация в молодых почвах составила - 0,03 - 0,07 %, что в четыре раза меньше, чем на контрольных вариантах.

В разрезах на контрольных площадках был обнаружен ярозит в виде желтого налета на поверхности скелетных частиц. Сульфаты ярозитовой группы образовались в процессе окисления пирита и устойчивы только благодаря породе с сильнокислой средой при рН ниже 4 в сухом жарком климате [4].

После 25 лет, как породу вынесли на дневную поверхность, в ней до сих пор интенсивно протекают процессы окисления, что подтверждается низкими значениями рН водной суспензии и солевой вытяжки. При низком значении рН солевой вытяжки, равной 4 или ниже, в породе накапливается подвижный алюминий, концентрация которого составила 36 мг на 100 г навески (4 мг-экв/100 г). Концентрации алюминия в таком количестве являются сильно токсичными для растений [5]. Алюминий, наряду с поглощенным водородом, обуславливает обменную кислотность, содержание которой в два раза больше в породе, чем в молодых почвах понижений (табл.). Установлено, что обменная кислотность породы и почвы определяется главным образом обменным алюминием (г = 0,91; п = 43).

Высокая кислотность породы подтверждается низкими значениями рН, большими показателями гидролитической и обменной кислотности - 10 и 2,3 мг-экв, соответственно.

В молодых почвах понижений за счет дополнительного привнесения мелкозема и влаги интенсивно происходят процессы выщелачивания, рассоления и почвообразования. Снижается кислотность почвенного раствора от сильнокислого до слабокислого и нейтрального. Показатели кислотного комплекса значительно ниже, чем в горной породе на вершинах бугров. Концентрация обменного алюминия значительно снизилась по отношению к контролю (табл.). В понижениях на молодых почвах уже через 12 лет после окончания отсыпки породы в результате геоботанического обследования выявлено около 60 видов растений, а с 1999 г. успешно выращивается 14 видов декоративных древесно-кустарниковых насаждений [8].

Выводы

1. За 25 лет после выноса на дневную поверхность шахтных пород произошло интенсивное окисление сульфидсодержащих минералов, вызвавшее развитие обменной кислотности и накопление большого количества подвижного алюминия. Результатом таких трансформаций горной породы является значительное снижение рН солевой вытяжки, из-за чего порода не осваивается растительностью долгое время.

2. За этот же период на опытно-производственном участке, рекультивированном беззатратным рельефоформирующим способом, в понижениях за счет дополнительного привнесения мелкозема и влаги с возвышений интенсивно развиваются процессы выщелачивания, рассоления и почвообразования. Значительно улучшаются физико-химические и химические свойства мелкозема молодых почв понижений, что позволило успешно выращивать 14 наиболее устойчивых к таким экотопам видов древесно-кустарниковых растений.

Список литературы

1. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.

2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.

3. Дудкин Ю.И., Савич А.И. Почвообразование на отвалах горных разработок с сульфидсодержащими породами: тезисы докладов VIII Всесоюзный съезд почвоведов. (Новосибирск, 14 - 18 августа 1989 г.). - Новосибирск, книга шестая, 1989 - С. 196 -201.

4. Костенко И.В., Опанасенко Н.Е. Почвообразование на отвалах сульфидных шахтных пород Западного Донбасса при их зарастании // Почвоведение. - 2005 г. -№11. - С. 1357 - 1365.

5. Махонина Г.И. Экологические аспекты почвообразования в техногенных экосистемах Урала. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2003. - 356 с.

6. Новицкий М.Л. Структурно-агрегатный состав сульфидных пород и техногенных субстратов на шахтных отвалах // Ekology and noosperology. - Vol. 24, № 3 - 4. - 2013 г. - С. 42 - 50.

7. Опанасенко Н.Е., Халимедник Ю.М., Костенко И.В. О сульфидных горных породах шахтных отвалов Западного Донбасса // Промислова боташка: стан та персективи розвитку: матер. IV Мiжнар. наук. конф. (Донецьк, вересень 2003 р.) -Донецьк, 2003. - С. 47 - 49.

8. Опанасенко Н.Е., Корженевский В.В., Халимедник Ю.М., Оболонский А.Е., Кононенко Н.А. Теория и практика рекультивации и озеленения породных отвалов в Западном Донбассе // Уголь Украины. - 2000. - Вып. 7. - С. 29 - 32.

9. Угли бурые, каменные, антрациты, кокс, горючие сланцы, торф: методы определения серы / ГОСТ 8606-72 (издание официальное). - М.: Гос. комитет стандартов Совета Министров СССР, 1972. - 8 с.

10. Adams F., Hethcock P.J. Aluminum toxicity and Calcium deficiency in asid subsoil horizons of two coastal plains soil series // Oil Sci. Soc. Am. J. - 1984. - № 48. -P. 1305 - 1309.

11. Carson C.D., Dixon J.B. Mineralogy and acidixy of an inland acid sulfate soil of Texas // Soil Sci. Som. Am. J. - 1983. - Vol 47. - P 828 - 833.

12. Delhaize E., Ryan P.R. Aluminum toxicity and tolerance in plants // Plant physiol. - 1995. - P. 315 - 321.

13. Dold B., Fontbote L.,Wildi W. Detection and distribution of ferric oxyhydroxides and oxyhydroxide sulfates in sulfide mine tailings; their importance to selective metal

retention aside production // Mine water and enviroument, IMWA Congress, Seilla, (Spain, 1999). - Spain,1999. - Vol. 2. - P. 525 - 526.

14. Gast M., Schaaf W., Wilden R., Scheider B.U., Huttl R.F. Elemant budgets of lignite and pyrite contening mine soils // J. of Geochemikal Explonetion. - 2001. - Vol. 73. -P. 63 - 74.

15. Zhang J., Luo Sh. A case study on the relationship between sulfur forms and acidiy in acid sulphate soil // (ASS) 17th WCSS, III-210 (Thailand, August 2002). - Thailand, 2002. - P. 1048-1 - 1048-5.

Статья поступила в редакцию 17.09.2014 г.

Novitsky M.L. Physico-chemical and chemical properties of sulfide rocks and young soil mining dumps of Western Donbass // Bul. Nikit. Botan. Gard. - 2014. - № 111. - Р. 63 - 67.

On a trapezoidal mine dump, reclamated by relief formation method, processes of leaching, desalinization and soil formation intensively are developed that led to the improvement of physico-chemical and chemical properties of fine-grained soils of young soils in depressions that helped to grow successfully 14 species of trees and shrubs.

Key words: sulfide rocks, young soil, acid complex, recultivation.

ПЕРСОНАЛИИ

ЗДРУЙКОВСКАЯ АНТОНИНА ИОСИФОВНА

30 сентября 2014 года исполнилось 100 лет со дня рождения бывшего сотрудника Никитского ботанического сада, доктора биологических наук ЗДРУЙКОВСКОЙ-РИХТЕР Антонины Иосифовны (30.09.1914-26.07.2004). Родилась Антонина Иосифовна в селе Елгай Томской области. Трудовую деятельность начала в 1930 году учителем. В 1939 году окончила биологический факультет Томского государственного университета, там же в 1940-1943 годы училась в аспирантуре и в 1944 году защитила кандидатскую диссертацию на тему: «К вопросу о взаимоотношениях регенерационных и опухолевых явлений». После окончания аспирантуры работала ассистентом и доцентом на кафедре развития организма, исполняла обязанности заведующего кафедрой анатомии и гистологии Томского университета.

С сентября 1947 года Антонина Иосифовна работала в Никитском ботаническом саду (Крым, Ялта), сначала в должности младшего научного сотрудника лаборатории эмбриологии, с марта 1958 года - в должности старшего научного сотрудника. В 1982 году защитила диссертацию на соискание ученой степени доктора биологических наук.

Поскольку, как известно, одной из основных задач исследований ученых наряду с решением проблем фундаментальной науки является поиск возможностей и путей применения полученных результатов на практике, Антонина Иосифовна тоже обратила особое внимание на решение серьезных практических задач. Ею впервые в Советском