CC BY
57
Геохимическая оценка земель, нарушенных при открытой разработке буроугольного разреза в условиях Восточной Сибири
И.Б. Воробьёва, к.г.н., Н.В. Власова, к.г.н.,
Институт географии СО РАН
Проблемы деградации экосистем имеют глобальный характер, и в некоторых регионах они приобретают особую актуальность, поскольку десятилетия экстенсивного развития промышленности привели к формированию экологического кризиса, охватившего все аспекты природопользования. Уголь — самый распространённый в мире энергетический ресурс. Добыча угля сопровождается огромным экологическим ущербом природным экосистемам. При добыче открытым способом исключаются из обращения земли, а в дальнейшем, после проведения рекультивации, либо передаются в лесной фонд, либо переводятся в земли сельхозназначения.
Цель работы — проведение геохимической оценки современного состояния и трансформации рекультивируемых земель буроугольного месторождения после угледобычи.
Методы исследования. Состояние почвенного покрова и почво-грунтов территории исследовали в соответствии с требованиями нормативных документов. Отбор и подготовку образцов к анализу проводили в соответствии с нормами, установленными государственными стандартами.
Для этого закладывали почвенные разрезы и проводили описания с выделением генетических горизонтов. После стандартной подготовки в образцах определяли физико-химические свойства и химический состав по общепринятым методикам [1, 2]. Для оценки санитарного состояния почв и степени их загрязнения тяжёлыми металлами содержание потенциальных загрязнителей в почвах территории сравнивали с ПДК и ОДК.
Объект исследования — почвенный покров и почво-грунты, трансформированные в результате угледобычи, утратившие продуктивность в результате отрицательного воздействия нарушенных земель. Территория исследования расположена в Азейском буроугольном месторождении, размещённом в северо-западной части Иркутского угольного бассейна.
Месторождение расположено на территории Иркутско-Черемховской равнины, которая с юга защищена хребтами Восточного Саяна и северными отрогами Окинского хребта. По климатическим условиям район исследований относится к территориям с суровой, продолжительной, малоснежной зимой и тёплым летом с обильными осадками. Климат резко континентальный. Средние температуры января и июля соответственно -22,3 и +17,2°С. Годовое количество осадков
— 438 мм, основная часть которых приходится на тёплый период (79—83% от годовой суммы). Иркутско-Черемховская равнина характеризуется широким распространением болот. Согласно почвенно-географическому районированию территория исследований относится к Заларинско-Тулунскому лесостепному почвенному округу с серыми лесными неоподзоленными чернозёмами выщелоченных и дерново-подзолистых умеренно холодных почв возвышенно увалистой равнины Восточно-Присаянской провинции лесостепной зоны Центральной лесостепной и степной почвенно-биоклиматической области [3]. По мнению авторов агропочвенного районирования Иркутской области [4], территория относится к Тулуно-Иркутскому сельскохозяйственному округу Присаянской части предгорной впадины Среднесибирской хвойно-лиственной провинции.
Почвенный покров района неоднороден. Его формирование происходит в условиях континентального климата, расчленённого рельефа, разнообразных по генезису и составу почвообразующих пород, под различными типами растительности. Такое сочетание физикогеографических условий, несмотря на влияние таёжной растительности, тормозит развитие подзолообразовательного процесса. В почвах нередко отмечаются признаки осолодения, что объясняется довольно широким распространением засоленных пород. На территории распространены тёмно-серые, слабоподзолистые почвы на тяжёлых и средних суглинках, которые занимают вершины и пологие склоны увалов, а также почвы чернозёмного типа, расположенные по логам, равнинным склонам увалов и плоским понижениям. Значительные территории занимают болота, заросшие смешанным лесом. Почвенный состав их разнообразен и представлен переходными разностями от иловато-болотных до торфяно-болотных почв с содержанием значительного количества перегноя и минеральных питательных веществ. По отрицательным формам рельефа распространены многолетнемёрзлые и длительно промерзающие породы.
Территория исследования располагается на площадях разрабатываемого буроугольного месторождения. Выровненные и закрытые плодородным слоем разрыхлённые и перемешанные породы вскрыши состоят из четвертичных и юрских отложений. Четвертичные — почвеннорастительный слой, суглинки, супеси и пески. Юрские — песчаники и алевролиты с обломками кварца, встречаются тонкозернистые окремнён-ные и ожелезнённые песчаники.
Результаты исследований. Для изучения почвенного покрова и почво-грунтов, трансформированных в результате угледобычи, были заложены почвенные профили по катенарно-
площадному типу с включением техногенных, рекультивированных и естественных территорий. Выявлены участки, где отмечено развитие восстановительных стадий на техногрунтах, которые представлены лугами. В окружении существуют небольшие линзы эндемиков — природных ландшафтов, подверженных незначительному техногенному влиянию и испытывающих на себе воздействие работы разреза только косвенно, — перенос пылевых загрязнителей и химических реагентов, используемых в технологии.
Рабочий борт эксплуатационной площади (разрез 3-4). Слои представлены перемешанными породами, отработанными в результате вскрышных работ, с вкраплением угольной крошки и большим количеством включений различного цвета, от зелёного до охристого. Гранулометрический состав в основном суглинистый с супесью. Природные участки с древесным пологом характеризуются дерново-лесными почвами (разрез 3-6). Они имеют хорошо выраженный, но маломощный гумусовый горизонт. Гранулометрический состав горизонтов супесчаный. По катене отмечены слабоизменённые участки, которые оказались на линии раздела вскрышных работ и лесополосы (разрезы 3-10, 3-11). Они характеризуются частичным изменением почвенного покрова — снят дерновый горизонт. Площади находятся в стадии восстановления с активным возрождением травянистого покрова и молодым осинником. Гранулометрический состав супесчаный. При рекультивации отработанных участков было проведено нанесение на отработанные породы плодородного слоя. Таким образом, была восстановлена территория около борта (разрезы 3-5, 3-7), несмотря на это, участок был отнесён к участкам с техногрунтами.
Результаты физико-химического анализа техногрунтов представлены в таблице 1. Общими их чертами является слабокислая или нейтральная реакция среды (от 6,3 до 6,9), изменение значений рН по почвенному профилю не имеет строгой дифференциации. Обнаружено, что восстановленные грунты характеризовались более высокими химическими показателями в нижней части разреза, чем его верхний насыпной слой. При сравнении с ранее полученными данными эти изменения, возможно, являются следствием непрямого воздействия проводимых работ по добыче угля на соседних участках.
Содержание гумуса в техногрунтах низкое, и его распределение также не имеет чёткого распределения. На трансформированной площади (территория закрыта ПСП) — это т. 3-5, 3-7 и в естественном почвенном покрове т. 3-6 содержание гумуса имеет классическую картину распределения: показатели верхних горизонтов или верхней части разрезов достаточно высокие, а с глубиной резко уменьшаются.
1. Физико-химические свойства почв и почво-грунтов
№ п/п № точки Глубина, см рН Гумус, % Ы, % со2, % Обменные катионы (числитель - мг-экв на 100 г почвы, знаменатель - мг на 100 г почвы)
Са2+ Мй2+ Н+ А13+ Ыа+ Сумма
1 3-4 0-10 6,7 0,30 0,01 - 11,2 0,22 2,4 0,029 0,03 0,03 не обн. - 13,630
2 30-40 6,6 0,27 0,04 - 8,0 0,16 4,0 0,048 0,03 0,03 не обн. - 12,030
3 3-5 3-30 6,7 1,34 0,13 - 16,4 0,33 3,6 0,043 0,04 0,04 не обн. - 20,040
4 30-44 7,3 0,28 0,09 1,06 15,2 0,30 5,2 0,062 0,02 0,02 не обн. 15,6 36,020
5 3-6 3-12 7,3 3,84 0,30 1,06 14,4 0,29 3,2 0,038 0,05 0,05 0,027 0,003 18,8 36,477
6 39-55 6,8 0,27 0,06 - 10,8 0,22 3,6 0,043 0,03 0,03 не обн. - 14,430
7 3-7 3-32 6,4 1,38 0,18 - 15,6 0,31 3,2 0,038 0,04 0,04 не обн. - 18,840
8 32-43 7,3 0,27 0,05 1,23 14,4 0,29 3,6 0,043 0,03 0,03 не обн. 20,6 38,630
9 3-10 5-14 6,6 0,97 0,10 - 11,6 0,23 3,2 0,038 0,03 0,03 не обн. - 14,830
10 14-37 6,5 0,21 0,07 - 16,0 0,32 2,8 0,034 0,05 0,05 0,009 0,001 - 18,859
11 3-11 1-11 6,1 7,41 0,58 - 24,0 0,48 4,4 0,053 0,09 0,09 не обн. - 28,490
12 30-47 5,7 0,37 0,05 - 9,6 0,19 2,8 0,034 1.17 1.17 1,665 0,185 - 15,235
НСО
СІ БО 2 Сумма Анионы
Са2
Мд2
К Ыэ Сумма Катионы
Рис. - Содержание водорастворимых солей в техногрунтах и почве
Обогащённость азотом и содержание валового фосфора как в техногрунтах, так и в почвах — очень низкие. В почвенном поглощающем комплексе присутствуют обменные катионы Ca,2+Mg2+, в трёх образцах отмечено присутствие натрия. В условиях, близких к естественным, в дерновом горизонте встречается алюминий, а водородный ион — на территории луга под ПСП. Сумма поглощённых катионов невысока.
Анализ состава водных вытяжек показал (рис.) невысокое содержание водорастворимых солей как в техногрунтах, так и в природных почвах (т. 3-6).
В техногрунтах эти показатели ниже, несмотря на техногенные поступления извне. Открытость атмосферному воздействию (снегу, дождю) и способность солей к растворению благоприятствуют вымыванию. Задернованные же участки, где расположены т. 3-5, 3-7 и 3-6, благодаря наличию растительного покрова корневой системы (разной степени развития) обладают способностью к их задержанию в верхних частях разрезов. Из анионов преобладает НС03-, а содержание С1- и 8042- — значительно меньше, чем в природных. Преобладающими катионами являются Са2+ и Mg2+.
2. Валовое содержание химических элементов в почвах
Разрез Глубина Химический элемент, мг/кг
отбора, см А1 И Мп Ва Бг Сг Си N1 Со РЬ V
0-10 87550 4755 348 863 113 89 15 27 17 21 95
30-40 65050 4100 286 689 76 75 12 25 39 27 79
3-30 76250 5015 951 826 246 78 18 31 22 15 117
3 5 30-44 80100 5490 861 764 236 94 28 38 24 19 158
3-12 70450 4979 901 903 301 69 13 17 10 21 102
3-6 39-55 66100 4702 647 792 293 68 9 14 9 20 93
3-32 75000 5220 946 866 251 79 19 31 21 17 117
3 / 32-43 76250 5300 783 745 232 87 21 33 45 19 126
5-14 73800 4910 1323 874 174 77 18 32 22 10 86
3 10 14-37 81650 5085 1225 737 164 97 37 17 29 11 137
3 11 1-11 57650 3664 1705 897 170 79 17 19 15 17 75
30-47 73050 4586 572 821 192 84 17 24 20 16 102
ПДК 1500 6 3 4,0 5.0 32 150
ОДК 75 60 40
Кларк почвы 71300 4600 850 500 300 200 20 40 10 10 100
по Виноградову
Фоновые показатели 63425 3933 760 610 177,75 77,25 32 21 9 6 111,5
Сравнение концентраций валовых форм Мп, Со, РЬ, V в изучаемых эмбриозёмах, техногрунтах и почвах, эксплуатационной площади и её окружении производится с их предельно допустимыми концентрациями (ПДК) по установленным гигиеническим нормативам, а Сг, N1 и Си — с ориентировочно допустимыми концентрациями (ОДК). Анализ данных позволяет выявить достаточно высокие концентрации относительно ПДК таких элементов, как кобальт, хром и никель, что свидетельствует о достаточно высокой степени её антропогенезации (табл. 2). Среднее содержание химических элементов в почвах (Кларк), за исключением стронция, хрома, ванадия, свинца, имеет более высокие показатели, но допустимые для почв Восточной Сибири [5]. Содержание валовых форм химических элементов в почво-грунтах и почвенном покрове обнаружило превышение относительно ПДК и ОДК таких элементов, как Мп, Со, РЬ, V Повышенное содержание выявлено и в фоно-
вых почвах, что свидетельствует о достаточно высоком природном фоне региона, на который происходит наложение техногенного фактора.
Таким образом, при исследовании современного состояния и трансформации рекультивируемых земель после угледобычи по геохимическим показателям установлено, что современное состояние почво-грунтов и почвенного покрова можно охарактеризовать как удовлетворительное, хотя на отдельных участках проявляется его сильная антропогенезация. Выявлены участки, где отмечено развитие восстановительных стадий на техногрунтах.
Литература
1. Агрохимические результаты и методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 489 с.
3. Почвенно-географическое районирование СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
4. Атлас Иркутской области. М.; Иркутск: ГУГК, 1962.
5. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Изд-во «Астрея-2000», 1999. 768 с.
