Прислать материал
Педогенная трансформация субстратов угольных отвалов Кизеловского басейна
Задачи:
1. Выявить природные и техногенные условия почвообразования в округе города Губаха;
2. Исследовать физические и водно-физические свойства субстратов отвалов;
3. Изучить физико-химические свойства пород отвалов;
4. Диагностировать почвообразовательные процессы на поверхности отвалов.
Изучение процессов посттехногенного почвообразования является актуальной проблемой районов разработки месторождений, так как под отвалы пустой породы и открытые разработки угольной промышленности в России ежегодно изымается от 6 до 8 тысяч га земель.
Эксплуатация Кизеловского угольного бассейна велась с 1797 по 1997 годы на территории Кизеловского района. В настоящее время месторождения каменного угля здесь законсервированы.
Нарушенные ландшафты предоставлены процессам естественного самозарастания. Сингенетично развитию растительности на отвалах протекают и почвообразовательные процессы. Молодые примитивные почвы, формирующиеся на грунтах и отвала, получили в научной литературе название эмбриоземов.
Для изучения процессов почвообразования на одном из отвалов шахты Центральная (г. Губаха) в июле 2014 и 2015 гг. были заложены 9 разрезов. Разрезы закладывались на грядах угольного отвала: на вершине, в нижних частях склона юго-западной экспозиции.
Породы отвала представлены битуминизированными породами, аргиллитами, сланцами, тонкозернистыми песчаниками и включениями каменного угля. Содержатся также техногенные включения, строительный мусор.
Методы физико-химических исследований включали определение гидролитической кислотности по методу Каппена (ГОСТ 26212-91); определение обменной кислотности почв (рН) потенциометрически (ГОСТ 4649-76); содержание органического углерода по методу И. В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова (ГОСТ 2613-91); суммы обменных оснований по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88); обменных катионов Ca и Mg трилонометрическим методом (ГОСТ 26487-85). Степень насыщенности почв основаниями, емкость катионного обмена определялись расчетно.
Изучены гранулометрический состав по методу Н. А. Качинского в модификации С.И. Долгова и А.И. Личмановой (ГОСТ 27593-88); плотность твердой фазы почв; плотность сложения почв (ГОСТ 5180-84); гигроскопическая влажность почв (грунта); максимальная гигроскопическая влажность почв (ГОСТ 28268-89); наименьшая влагоемкость в лабораторных условиях. Определение общей пористости, полной влагоемкости, влажности завядания, диапазона доступной влаги почвы производилось расчетно.
После прекращения в 90-е годы эксплуатации Кизеловского угольного бассейна на нарушенной территории сингенетично друг другу протекают процессы естественного самозаростания и педогенной трансформации поверхности отвалов. Спустя 22 года растительные группировки представлены преимущественно пионерными видами: мать–и–мачехой, кипреем, из древесных пород в естественном зарастании преобладает береза.
В числе фактров, определяющих низкие темпы естественного зарастания отвалов: токсичность пород, обусловленная высоким содержанием серы, переуплотненность, неоднородность водно-физических свойств.
В преобразовании пород отвала ведущая роль принадлежит процессам физического выветривания, приводящая к дезинтеграции обломков породы. На это указывает высокое содержание в составе мелкозема фракции песка (до 70%) и крупной пыли (6-15%). Гравитационная дифференциация тонкодисперсного материала в профиле не выражена.
Вследствие крайне незначительного количества растительного опада дерновый процесс на поверхности отвалов не диагностируется, что выражается в полном отсутствии органогенных горизонтов.
Субстраты отвалов характеризуются неоднородностью водно-физических характеристик. Незначительное содержание фракций тонкой пыли и ила в составе мелкозема обуславливают низкие значения показателей максимальной гигроскопичности (1,2-3,0%) и влажности завядания (1,9-4,6%). Однако по показателям наименьшей влагоемкости (20-30%) и диапазону доступной влаги условия влагообеспеченности на поверхности отвала характеризуются как удовлетворительные.
Вместе с тем высокая доля крупнозема в составе пород, достигающая в ряде случаев 50-90 %, определяет провальную фильтрацию субстратов, что создает ксероморфность местообитаний и затрудняют развитие растительности, особенно на вершине отвалов и в верхней части его склонов, представляющих собой техногенные пустоши.
Почвенный поглощающий комплекс субстратов представлен слаботрансформированными минеральными компонентами литогенной основы со значительным присутствием включений углистых частиц. Ёмкость катионного обмена субстратов варьирует от 4,6 до 33 мг-экв/100 г. Повышение ЕКО связано с увеличением содержания углистых частиц. В составе обменных катионов доля оснований 19-60 %. Потеря оснований поглощающим комплексом происходит под влиянием кислых растворов, образующихся при окислении сульфидов (пирита и марказита) в составе вскрышных пород. Реакция верхних горизонтов изменяется от сильно кислой (рН 2-2,5) до нейтральной (рН 5,9). Сильнокислая реакция среды является важным фактором, затрудняющим развитие растительности.
Содержание органического углерода в мелкоземе низкое и колеблется от 0,17 до 0,71 %. Отсутствие различий по содержанию углерода в поверхностных слоях и на глубине 30-40 см (ниже корнеобитаемого слоя) указывает на его литогенное происхождение.
2.Андроханов В.А., Куляпина Е.Д., Курачев В.М. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция. Новосибирск, 2004. 151с.
3.Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416с.
4. Ворончихина Е.А. Рекультивация нарушенных ландшафтов: теория, технологии, региональные аспекты: монография. Пермь, 2010. 163с.
5.Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н. В., Прокофьева Т. В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация: Учебное пособиеПод ред.Г.В. Добровольского. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268с.
6.Коротаев Н.Я. Почвы Пермской области. Пермь: Пермское книжное изд. 1962. 278с.
7.Мешалкина Ю.Л., Самсонова В.П. Математическая статистика в почвоведении: практикум. М.: Издательство, 2008. 84с.
8.Полевой определитель почв