CC BY
56
УДК 622.333
Щелканов Николай Сергеевич
Shchelkanov Nikolay
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НА РАЗРЕЗЕ «ВОСТОЧНЫЙ»
ОАО «ЧИТАУГОЛЬ»
INVESTIGATION OF SOILS AFTER RECLAIMING AT CUT «VOSTOCHNY» OF PUBLIC COMPANY «CHITAUGOL'»
Рассмотрены негативные последствия ведения открытых горных работ на угледобывающем предприятии. Приведены результаты анализа проб почвы, взятых на рекультивированных отвалах на предмет содержания в них питательных веществ. Представлены данные математического анализа полученных результатов с использованием известных методов теории вероятности
The article considers the backlash of open-cast mining at coal producer. There are results of bore plug analysis got in reclamated dumps for nutrients. There are also data of mathematical analysis of findings with theory of chances methods currently in use
Ключевые слова: рекультивация, нарушенные земли, Key words: reclaiming, disturbed soils, coal deposits, navi-угольные месторождения, целевые направления вос- gations of reclamated soils, organic matters, chemical ele-становленных земель, органические вещества, хими- ments of potassium, phosphorus, nitrogen ческие элементы калия, фосфора, азота
В Забайкальском крае около 60 % воздействий на литосферу приходится на долю горнодобывающего производства. Особенностью горнодобывающего производства является непосредственное воздействие на природную среду в процессе извлечения полезного ископаемого, причем, происходящие изменения природных компонентов часто становятся наглядными и видимыми. Основные направления негативного воздействия это:
- изъятие из землепользования и нарушение земель;
- истощение водных ресурсов;
- нарушение гидрогеологического режима грунтовых и поверхностных вод;
- загрязнение воздушного бассейна твердыми и вредными газообразными веществами при применении существующих технологических процессов добычи, переработки и сжигания твердого топлива;
- загрязнение земной поверхности отходами добычи.
Рекультивация нарушенных земель является неотъемлемой частью технологии ведения открытых горных работ по добыче угля.
Рекультивация выполняется в два этапа:
1) горнотехнический (технический);
2) биологический.
В зависимости от направления последующего использования земель к их рекультивации предъявляются различные требования.
Земельные участки, предназначенные после их восстановления для использования, должны быть спланированы, покрыты плодородным почвенным слоем, оборудованы в необходимых случаях дорогами, дренажем и другими коммуникациями и сооружениями. Эти участки должны быть удобными для выполнения сельскохозяйственных работ с применением современных машин, иметь уровень грунтовых вод, обеспечивающий оптимальные условия для произрастания растений. Слой почвы следует наносить на устоявшуюся, не подверженную просадкам поверхность отвалов. Мощность наносимого плодородного слоя почв должна быть не менее 10 см.
Таким образом, почва является относительно возобновимым ресурсом в условиях нарастающего прогресса и развития горной промышленности.
Разрез Восточный, как и каждое горнодобывающее предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения полезных ископаемых, оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Специфическим, неблагоприятным воздействием разреза на среду является изменение ландшафта, изъятие для ведения открытых горных работ земель, нарушение гидрогеологического режима. Горные работы предусматривается осуществлять с размещением всего объема вскрышных пород на внутренних отвалах, что позволяет существенно сократить количество изымаемых земель. На разрезе «Восточный» на 01.01.2003 г. нарушено 622,8 га, в том числе по пласту I - 151 га, по пласту II - 210,3 га, по пласту III - 261,5 га. Дополнительно при отработке пласта I до 2014 г. будет нарушено 97,6 га в том числе луговая растительность с ред-
Содержание калия в почвах разреза «Восточный
колесьем 72,1 га и залежь 25,5 га. Происходящие изменения природных компонентов часто становятся наглядными и видимыми.
Почвы Улетовского района относят к Ин-годинско-Читинской лесостепной подзоне. В данную подзону отнесены районы, расположенные в среднем и нижнем течении р. Ингода и в низовьях Читинки. Читинский и Улетовский районы, в основном, занимают обширную меж-горную котловину протяженностью около 250 км и шириной 20...40 км. Для данной подзоны характерно распространение двух типов черноземов бескарбонатных, занимающих степные участки широких котловин и темно-серых лесных почв, которые характерны для небольших котловин и окраинных частей обширных межгорных понижений. Агрохимическое обследование почв показало, что в данной подзоне большой удельный вес занимают почвы средней и высокой обеспеченности подвижными формами фосфора. Кроме того, основные почвы этих районов холодные (за исключением черноземов), в них замедлена активность процессов нитрификации, что ведет к дефициту доступных соединений азота в почве.
Проведенные нами исследования по содержанию в отрекультивированных почвах основных химических элементов калия, фосфора, азота и органического вещества (методом Чирикова) позволяют утверждать, что данные почвы можно включать в сельскохозяйственный оборот после проведения некоторых мероприятий, которые позволяют поднять уровень плодородия на почвах.
Нами взяты представительные пробы почвы по 20 шт. на трех различных участках восстановленных земель, результаты анализа которых представлены соответственно в табл. 1.4.
Таблица 1
после горнотехнического этапа рекультивации
Номер пробы Номер^ч участка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1 участок 5,0 4,5 5,0 5,5 4,0 4,5 5,5 4,6 4,5 4,5 5,0 5,8 5,4 5,4 5,5 4,7 4,0 4,6 5,0 5,0
Таблица 2
Содержание нитратного азота в почвах разреза «Восточный» после горнотехнического этапа рекультивации
Таблица 3
Содержание фосфора в почвах разреза «Восточный» после горнотехнического этапа рекультивации
"ч. Номер пробы Номер участка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1 участок 3,30 3,30 2,70 3,90 3,30 3,90 3,30 3,40 3,15 2,98 3,28 3,30 2,96 3,33 3,38 2,80 2,65 2,45 2,45 3,3С
2 участок 5,00 4,50 4,50 4,50 4,50 3,30 4,50 4,65 3,30 4,50 4,60 5,00 5,01 4,80 4,70 4,50 4,50 4,45 4,38 4,5С
3 участок 5,00 5,00 4,00 4,50 4,50 4,00 4,70 4,80 5,00 5,00 4,60 4,70 4,00 4,00 4,40 4,50 5,00 5,00 4,70 4,72
Таблица 4
Содержание органического вещества в почвах разреза «Восточный» после горнотехнического этапа рекультивации
"Ч Номер ч. пробы Номерах участка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1 участок 3,09 3,10 3,09 3,30 3009 3,28 3,28 3,26 3,10 3,20 3,15 3,28 3,26 3,10 3,08 3,20 3,10 3,12 3,30 3,25
2 участок 8,36 8,84 8,84 8,58 8,66 8,58 8,84 8,68 8,80 8,70 8,76 8,58 8,80 8,84 8,84 8,70 8,80 8,66 8,66 8,50
3 участок 8,56 8,60 8,60 8,58 8,80 8,58 8,58 8,50 8,60 8,60 8,80 8,88 8,60 8,56 8,80 8,60 8,56 8,80 8,70 8,70
Как видно из таблиц, содержание калия при норме 5.8 мг в 100 г, достаточной для
в данных почвах составило 4.5,8 мг в 100 г возделывания сельскохозяйственных культур.
Содержание нитратного азота 0,5.. .0,4 мг в 100 г при норме 0,4, т.е. недостаточное для воздействия сельхозкультур.
Содержание фосфора 2,45.5 мг в 100 г при норме 5.7 мг в 100 г от низкого до среднего.
Содержание органического вещества составило 3,09.8,84 % при норме 6 %. Такое высокое содержание органического вещества определилось тем, что в почвах было внесено определенное количество торфа или при данном исследовании при сжигании выделилось большое количество углерода, который и показал данный уровень содержания. Однако наряду с этим в результате открытых разработок нарушаются сложившиеся биогеоценотические связи, полностью уничтожается почвенный и растительный покров, выводятся из строя и теряются для сельскохозяйственного производства значительные площади угодий, восстановление которых является важнейшей задачей.
Проведем математический анализ полученных результатов.
Так как рекультивация 1-го участка начата в 1999 г., 2-го - в 2003 г., 3-го - в 2005 г., а пробы взяты одновременно во всех трех участках в 2006 г., то данные можно интерпретировать как показатель динамики изменения во
времени содержания анализируемых соединений К2О, N03 и Р2О5 (при этом «направление времени» будет идти от данных 3-го участка к данным 1- го участка).
Набор результатов анализа проб по фиксированному соединению на фиксированном участке является статистической выборкой, поэтому к анализу данных применим известные методы теории вероятностей.
Если предположить Лт = - ка-
кой-либо набор данных.
Будем интерпретировать его как значения случайной величины, при этом
: . при любом I. Среднее зна-
чение можно интерпретировать как математи-
ческое ожидание
20
Характе-
ристиками разброса будут дисперсия й(Х) и среднее квадратическое отклонение ' " ."■”. Дисперсия вычисляется по
формуле Р(Х) = М(Х2)-(М(Х))2,
где
Результаты табл. 5.7.
20
вычислений приведены в
Динамика изменения содержания K2O, доли ед.
Таблица 5
Номер участка М(Х) О(Х) 6{Х)
1 участок 4,895 0,294975 0,543116
2 участок 4,525 0,136875 0,369966
3 участок 4,245 0,027475 0,165756
Колонка М(Х), где приведены средние значения данных анализа по пробам, показывает тенденцию к увеличению содержания К2О (напомним, направление динамики от третьей
строки к первой). Вполне естественно и увеличение разброса, что показывает колонка
Таблица 6
Динамика изменения содержания NOз
Номер участка М(Х) О(Х) ту
1 участок 0,47 0,0021 0,045826
2 участок 0,4 0 0
3 участок 0,435 0,002275 0,047697
В данном случае видно, что тенденции второму участку, по-видимому, вызвана слу-
как к увеличению содержания N03, так и к сни- чайным стечением обстоятельств.
жению не наблюдается. Нулевая дисперсия по
Таблица 7
Динамика изменения содержания P2O5
Номер участка М(Х) О(Х) дда
1 участок 3,1565 0,15219275 0,39011889
2 участок 4,4845 0,19073475 0,4367319
3 участок 4,606 0,127684 0,35732898
Видна тенденция к уменьшению содержания Р2О5. Разброс вначале увеличился, затем пошел на убыль, что естественно, так как величина с небольшими значениями не может иметь большую дисперсию.
Остановимся еще на одном вопросе.
Большое среднее квадратическое откло-
нение при анализе содержания К2О в 1 участке позволяет предположить, что К2О неравномерно распределено по частям участка. Учитывая расположение лунок, к первой половине участка относятся пробы 1, 2, 3, 4, 5, 11, 12, 13, 14, 15, а ко второй - 6, 7, 8, 9, 10, 16, 17, 18, 19, 20.
Таблица 8
Пробы, относящиеся к частям 1 участка
1 часть 5 4,5 5 5,5 4 5 5,8 5,4 5,4 5,5
2 часть 4,5 5,5 4,6 4,5 4,5 4,7 4 4,6 5 5
Таблица 9
Характеристики содержания ^
М(Х) О(Х) б ДО
1 часть 5,11 0,2589 0,508822
2 часть 4,69 0,1449 0,380657
Таким образом, неравномерность распределения К2О по частям 1 участка подтвердилась.
Одним из надежных показателей эффек-
тивности мероприятий по восстановлению нарушенных земель и наличия условий для произрастания культурных растений на отвалах является активность микробиологических и
биохимических процессов.
Показателем улучшения свойств отвальных грунтов служит также ферментативная активность, которая значительно возрастает при посеве данных многолетних трав. Эти изменения в микробиологической и ферментативной активности грунтов под влиянием рекультивации могут, наряду с другими показателями, служить признаком формирования здесь среды, пригодной для использования под сельскохозяйственные культуры.
При проведении опытных работ на отвалах угольных разрезов выявлено, что отдельные виды растений очень хорошо размножаются естественным путем - семенами или корневыми отпрысками. Это положительное свойство растений целесообразно использо-
1. Беккер А.А. Охрана и контроль загрязнения природной среды / А.А. Беккер, Т.Б. Агаев. -СПб.: Гидрометеоиздат. - 1989. - 286 с.
2. Бутин Г .П. Агропроизводственная характеристика почв Читинской области / Г.П. Бутин,
Коротко об авторе_________________________________
Щелканов Н.С., аспирант, Читинский государственный университет (ЧитГУ) служ. тел.: (3022) 26-89-58
Научные интересы: исследование рекультивации нарушенных земель открытыми горными работами, возможность использования вскрышных отвалов на угольных разрезах для различных направлений сельскохозяйственного и лесохозяйственного направлений
вать при биологической рекультивации отвалов, сложенных из горных пород легкого механического состава. На них рекомендуется производить посадку облепихи, акации белой или посев люцерны синегибридной, эспарцета песчаного, донника белого биогруппами. Такие биогруппы - семенники обеспечивают в дальнейшем распространение растений на всей прилегающей площади отвалов естественным путем.
Таким образом, данные почвы можно использовать не только под естественные зарастания, но и сдавать агропромышленному комплексу в виде сенокосов и пастбищ при условии применения минеральных удобрений, в нашем случае азотофосфорных.
__________________________________Литература
А.В. Вазингер. - Иркутск - Чита, 1965. - 143 с.
3. Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования: материалы научной конференции (10-15 сентября 2001 г.). - Чита: ЧИПР СО РАН, 2001. - 531 с.
___________________________Briefly about author
Shchelkanov N., graduate, Chita State University (ChSU)
Scientific interests: research of open cast mining revegetation, possibility of using stripping bank in open cast collieries for different agricultural and forestry trends
