Низкая продуктивность растительности отмечена на участках со следующим строением почвообразующего слоя – во всех случаях плодородный слой почвы был нанесен на поверхность отвалов, отсыпанных алевролитами.

На дальнейших этапах проведения исследований на участках с более густым травянистым покровом создавали прикопы, которые показали мощность почвенного слоя от 0,1 до 0,4 м, нанесенного на породные отвалы, сложенные четвертичными отложениями.

Почвенный слой характеризуется содержанием гумуса в диапазоне от 4 до 6,2 % и увеличенным содержанием глинистых фракций до 55 %. Пестрота вертикальной поверхности прикопов говорит о значительном засорении ПСП глинистыми фракциями, возникающем в ходе выполнения горнотехнического этапа рекультивации. Содержание гумуса в суглинках, подстилающих ПСП, находится в диапазоне 0,4–0,6 %.

Итоговые результаты исследования продуктивности рекультивированных земель представлены на рис. 2.20.

Анализ их продуктивности высвечивает следующие тенденции в ее изменении: в диапазоне мощности почвенного слоя, нанесенного на основание из алевролитов, с 0,1 до 0,4 м наблюдается прирост веса растительности на уровне 0,33 ц/га на каждый сантиметр увеличения мощности нанесенного почвенного слоя; увеличение мощности рекультивированного почвенного слоя, нанесенного на основание из четвертичных отложений, в том же диапазоне обусловливает прирост веса растительности на уровне 0,73 ц/га на каждый сантиметр увеличения мощности нанесенного почвенного слоя. Интенсивность прироста продуктивности во всех случаях объясняется увеличением мощности почвенного слоя. Как видно из графика, структура почвообразующих пород, составляющих основу поверхности породных отвалов, обусловливает 3-кратную разницу в продуктивности восстанавливаемых земель.

Рис. 2.20. Изменение продуктивности рекультивированных земель

Исследование продуктивности горно-промышленного ландшафта, созданного без нанесения плодородного слоя почвы

Вместе с тем исследования растительного мира проводили на горно-промышленных ландшафтах, представленных посадками сосны и посевами люцерны в междурядьях (рис. 2.21).

Возраст сосен 8 лет. Почвообразующий слой мощностью до 2 м представлен техногенной почвенной смесью, состоящей из остатков плодородного слоя почвы после его снятия бульдозером в ходе горнотехнической рекультивации, потенциально плодородных пород и суглинков, слагающих верхний вскрышной уступ. Соотношение ПСП и суглинков в техногенной смеси 1:40–1:50. Продуктивность почвенного слоя находится в диапазоне от 55 до 65 ц/га на территории 92 % исследуемой площади, а в остальных случаях достигает 80 ц/га. Данная ситуация примечательна тем, что спустя 5 лет после проведения биологического этапа продуктивность земель ландшафта не снижается, оставаясь при этом на достаточно высоком уровне.

Рис. 2.21. Фрагмент горно-промышленного ландшафта на породном отвале, представленном смесью из плодородного слоя почвы, потенциально плодородных пород и суглинков (участок № 1)

Анализ последствий выполнения вскрышных и рекультивационных работ указал на то обстоятельство, что почвенный слой был сформирован случайным образом из остатков ПСП, не снятого в ходе горнотехнической рекультивации, потенциально плодородных пород, подстилающих ПСП, и суглинков, слагающих верхний вскрышной уступ. Техногенная смесь была отгружена карьерным экскаватором в железнодорожный транспорт, далее размещена отвальным экскаватором в верхней – приповерхностной – части внутреннего отвала.

Результаты комплексных исследований техногенных ландшафтов на территории рекультивированных отвалов

В ходе полевых работ обследовано 28 локальных ландшафтов площадью от 0,3 до 1,5 га. Многообразие горно-промышленных ландшафтов, каждый из которых обладает индивидуальными почвенно-флористическими характеристиками, а также общие составляющие позволили типизировать техногенные ландшафты в пять групп. При типизации ландшафтов были учтены их геометрические параметры, а также сделан акцент на исследование состава горных пород, отсыпанных в приповерхностной части. В качестве объектов исследований выбраны откосы отвалов и их горизонтальные поверхности. В ходе полевых работ детально обследовано пять ландшафтов, рекультивированных или оставленных под самозарастание, каждый из которых является типичным представителем своей группы: № 1 – западный сектор внутренних отвалов (рис. 1.14), № 2 – откос и № 3 – поверхность внутреннего отвала в его центральном секторе, № 4 – откос внутреннего отвала, сложенного алевролитами (западный сектор), № 5 – поверхность внутреннего отвала, сложенная алевролитами с посадкой лесных культур (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Фрагменты горно-промышленных ландшафтов на разрезе «Бородинский»: вверху: слева – участок № 2; справа – участок № 3; внизу: слева – участок № 4; справа – участок № 5

Комплексные показатели обследованных локальных участков представлены в табл. 2.8. Анализ ее данных свидетельствует о достаточно высокой продуктивности земель (участки № 1, 2, 3), сложенных техногенной смесью из ПСП, ППП и четвертичных отложений. Параллельно с этим установлено снижение темпов роста сосен на участке № 5 относительно деревьев, произрастающих на участках № 1 и 2, а также низкая продуктивность фитомассы на участках № 4 и 5. Анализ данных таблицы позволяет определить структуру ПСП, ППП суглинков в корнеобитаемом почвенном слое в диапазоне 1:1:12–1:1:15 для ландшафтов с продуктивностью фитомассы на уровне 60–100 ц/ га, что говорит о высокой экологической эффективности.

Корнеобитаемый слой из техногенной смеси ПСП, ППП и суглинков может быть подготовлен в результате совмещения работ по их снятию в горнотехнической рекультивации с производством вскрышных работ. В этой связи весьма важным является решение научной задачи, связанной с прогнозированием изменения агрохимических показателей формируемого корнеобитаемого слоя и потерь почв.

Таблица 2.8

Характеристики горно-промышленных ландшафтов

Эколого-экономическое обоснование структуры почвообразующего слоя, наносимого на отвалы

Производство работ по горнотехнической рекультивации земель предусматривает выполнение следующих этапов: снятие ПСП бульдозером, погрузка и его доставка до отвалов, нанесение ПСП на поверхности отвалов и разравнивание, вспашка почвенного слоя, внесение удобрений, посадка трав. Затраты на проведение рекультивации прямо пропорциональны объемам выполняемых работ. Максимальный экологический эффект при восстановлении земель заключается в высокой продуктивности земель и оценивается на уровне 60–65 ц/га при мощности нанесенного ПСП, равной 40 см. Аналогичный эффект достигается при создании поверхностей отвалов из техногенной смеси суглинков с ПСП. Причем содержание гумуса в почвообразующем слое мощностью до 2 м находится в диапазоне 0,6–1,2 %.