Формирование почв на отвальных породах Реттиховского и Липовецкого угольных месторождений Приморья

Цель работы: исследование особенностей формирования почвенного покрова на отвальных породах Липовецкого и Реттиховского угольных месторождений.

Объекты и методы. Объект исследований – почвы и растительность, формирующиеся на отвальных породах.

Липовецкое месторождение каменного угля расположено в 50 км от г. Уссурийска, в Октябрьском районе Приморского края, в 4-6 км к юго-востоку от поселка Липовцы. Реттиховское месторождение находится в Черниговском районе Приморского края к северу от поселка Ретт-иховка. Породы, слагающие отвалы, представлены рыхлыми покровными отложениями преимущественно суглинистого и глинистого состава с примесью скелетной фракции (до 10 мм) 510%. Изученные отвалы имели возраст 30-45 лет.

Определение содержания гумуса проводили мокрым сжиганием по методу Тюрину, рН водной суспензии определяли потенциометрически, в соотношении почва: раствор 1:2. Плотность почвы определяли объемно-весовым методом, влажность – путем высушивания почвенных проб при 105° до постоянной массы [1]. Запасы фитомассы и мортмассы определяли методом учетных площадок размером 1 м2 в 2-3-х кратной повторности по методике, разработанной Н.И. Базилевич, А.А. Титляновой с соавторами [2]. Статистическая обработка данных проведена в программе Microsoft Office Excel.

Результаты и обсуждение. Растительность на отвале Липовецкого месторождения, отсыпанного около 30 лет назад (Л-1), разнотравно-вейниковая, проективное покрытие не превышает 40%. Видовой состав растительности на пробных площадках представлен в табл. 1. Общие запасы фитомассы составляют в среднем 510 г/м2. Разрез заложен на очень пологом склоне 1-2°. Поверхностный горизонт, мощностью 0-3 см имеет суглинистый состав, обильно пронизан корнями, образую дернину. Формирующиеся здесь почвы относятся к эмбриоземам дерновым. [3] Профиль имеет вид Аd (0-3 см) – АС (3-8 см) – С1 (8-27 см) – С2 (27-70 см). Содержание гумуса по всему профилю низкое и уменьшается с глубиной от 1,4% до 0,3%. Согласно данным рН водной суспензии, реакция среды варьирует от нейтральной в верхней и нижней частях профиля до слабокислой в средней части. Гидролитическая кислотность изменяется по профилю от 3,3 до 5,0 мг экв/100 г почвы. Плотность почвы по всему профилю оптимальная (0,9-1,2 г/см3). Естественная влажность в поверхностном горизонте характеризуется как резко недостаточная (21,3%), в нижележащем горизонте возрастает до 32,1%. На глубине ниже 8 см влажность снижается до 28,1 и 24,3 %. Капиллярная и наименьшая влагоем-кость почв высокая по всему профилю и увеличивается с глубиной. Полная влагоемкость выше средней (50-60 %) во всем профиле почв.

На выположенной вершине отвала, отсыпанного около 40 лет назад (Л-2), под разнотравно-вейниковой растительностью с присутствием тополя, леспедецы и березы, сформировался гумусово-аккумулятивный эмбриозем. Профиль имеет вид А0 (0-1 см) - А (1-6 см) – АС (6-11 см) – С 1 (11-35 см) – С 2 (35-80 см). Исследованный участок отвала имеет холмисто-ямистый рельеф. Проективное покрытие растительности здесь достигает 90 %. Общие запасы растительного органического вещества составляют 250 г/м².

Таблица 1. Видовой состав растительности на исследованных участках отвалов Липовецкого и Реттиховского месторождений

В горизонте А зафиксировано наибольшее содержание гумуса (3,9%) и наиболее высокие показатели рНвод. (6,21). Вниз по профилю содержание гумуса постепенно уменьшается (3,21,6-0,8%). Показатели рНвод. снижаются до 5,0 в горизонте С3 (35-80 см). Гидролитическая кислотность в поверхностном горизонте составляет 4,0 мг экв/100 г почвы и возрастает до 7,8 в нижележащих горизонтах профиля. Почва характеризуется как рыхлая в поверхностном горизонте, ниже по профилю отмечается оптимальная плотность. Естественная влажность почвы в 2 раза ниже, чем в дерновом эмбриоземе и характеризуется как резко недостаточная по всему профилю. Капиллярная и наименьшая влагоем-кость почвы достигает высоких значений по всему профилю (> 24%). Полная влагоемкость высокая в поверхностном горизонте (> 60%), вниз по профилю отмечается ее снижение до 59,3-44,2%.

На отвалах Реттиховского месторождения в зависимости от особенностей рельефа и развития растительности формируются различные типы эмбриоземов. Так, на отвале, отсыпанном 30 лет назад (Р-4), на сильно эродированных склоновых поверхностях (10-15°) с разреженным растительным покровом эмбриоземы находятся в инициальной стадии. Выбранный для исследования участок имеет эродированную поверхность с линейными струйчатыми канавами. Запасы фитомассы не превышают 60 г/м². Формирование каких-либо органогенных горизонтов в данном случае не наблюдается. Содержание гумуса в поверхностном 10-см слое очень низкое -0,3-0,5%. Согласно рН вод ., реакция среды в поверхностных горизонтах слабокислая, в нижележащих - нейтральная. Гидролитическая кислотность низкая по всему профилю (2,3-2,5 мг экв/100 г почвы). Для эмбриоземов характерна высокая капиллярная влагоемкость (33,4%) и средняя полная влагоемкость (40,7%). Эмбри-оземы имеют оптимальную плотность почвы в поверхностном горизонте (1,1 г/см³) и характеризуются резко недостаточной естественной влажностью.

Поверхность другого отвала (Р-3), ориентировочно того же времени отсыпки (30 лет назад) так же сильно эродирована, промоины 4050 см (иногда до 1 метра). Однако, судя по растительности (посадки сосны, березы) на этом отвале ранее проводились рекультивационные работы. Не смотря на это, попытка рекультивации отвальных пород оказалась не эффективной в силу того, что не был выполнен первый этап горнотехнической рекультивации, включающий планировку поверхности. Тем не менее растительный покров на этом отвале более развит, проективное покрытие на некоторых участках достигает 80-90%. Запасы растительного органического вещества составляют 480 г/м2. Разрез заложен на северном склоне (10°) под зарослями тростника, в окружении посадок березы. Выбранный участок без сильных промоин, имеет слегка ямисто-холмистый рельеф. На поверхности отмечается маломощная подстилка. Формирующиеся здесь эмбриоземы относятся к органо-аккумулятивным, для которых характерно наличие подстилки без формирования четко выраженного гумусового горизонта. Профиль имеет вид А0 (0-1 см) - АС1 (0-3см) - С1(3-8 см) - С2 (8-35 см) - С3 (35-80 см). Содержание гумуса в поверхностном горизонте составляет 2,4%. В нижней части профиля содержание гумуса несколько выше (до 2,6-2,8 %). Реакция среды по всему профилю - кислая. Гидролитическая кислотность высокая и возрастает с глубиной с 7,5 до 9,4 мг экв/100 г почвы. Формирующиеся здесь почвы слабо уплотнены (1,2-1,4 г/см3). Естественная влажность резко недостаточная в верхнем 10-см слое (< 30%), вниз по профилю влажность несколько возрастает и характеризуется как недостаточная. Для поверхностного 10 см слоя характерна капиллярная и наименьшая влагоемкость выше средних значений (до 20-24%), ниже 10 см эти показатели характеризуются как высокие. Полная влагоем-кость близкая к средней (30-40%) по всему профилю.

На более «старом» отвале Реттиховского месторождения (Р-6), отсыпанного около 40-45 лет назад, для исследования выбран ровный участок, практически без уклона в самой верхней части отвала, для сравнения с Липовецким отвалом того же возраста. Проективное покрытие растительности на выбранном участке достигает 60 %. В составе растительности преобладают осока и хвощ полевой, из древесной растительности - тополь, сосна, береза. Общие запасы фитомассы составляют 360 г/м2. Содержание гумуса в поверхностном горизонте близко к таковому на отвале Липовецкого месторождения и составляет 3,6%. Вниз по профилю отмечается снижение содержания гумуса до 1,3%. По показателям рНвод. поверхностные горизонт А (0-2 см) характеризуется как слабокислый (рН 5,6), вниз по профилю значения рН уменьшаются, реакция среды - кислая. Гидролитическая кислотность в горизонтах А (0-2 см) и АС (2-9 см) достигает средних показателей (4,9-4,4 мг экв/100 г почвы), с глубиной отмечается ее увеличение до 5,8-6,4 мг экв/100 г почвы. Поверхностный горизонт характеризуется оптимальной плотностью почвы (1 г/см3), нижележащие слабо уплотнены. Естественная влажность резко недостаточная, и составляет в среднем 24,8% в поверхностном и 19,4% в самом нижнем горизонте. Капиллярная и наименьшая влагоемкость достигают высоких значений (> 24%) в поверхностном горизонте, ниже – выше средних значений (20-24%). Полная влагоемкость – выше средних значений в верхней части профиля, до глубины 40 см – близка к средней и в самом нижнем горизонте (40-50см) – крайне низкая.

Выводы и рекомендации: сложившаяся естественная влажность практически на всех рассмотренных отвалах не превышает 30%. Такое содержание влаги считается резко недостаточным и во многом зависит от сезонных погодных особенностей. Отвальные породы представляют собой покровные отложения суглинистого и глинистого состава, которые обладают высокой полной влагоемкостью. Наибольшие значения полной влагоемкости характерны для поверхностных горизонтов. Капиллярная и наименьшая влагоемкость во всех рассмотренных эмбриоземах так же достигают высоких значений. Все это указывает на хорошую водоудерживающую способность отвальных пород, слагающих отвалы. Оптимальные значения плотности почв свидетельствуют о благоприятном водном, тепловом и воздушном режиме почв, при котором создаются наиболее благоприятные условия для корневых систем. Из-за низкого содержанию гумуса, подвижных форм фосфора и калия (содержание фосфора не превышает 1 мг/100 г почвы, калия – 4 мг/100 г почвы), создается резкая недостаточность питательных элементов, что может служить сдерживающим фактором при формировании растительного покрова на отвалах.

Таким образом, судя по изменениям физико-химических показателей почв и направленности процессов гумусообразования, наиболее благоприятные условия для развития растительности складываются на пологих склонах отвалов и их выположенных вершинах, где формируются дерновые и гумусово-аккумулятивные эмбриоземы. На склонах отвалов, имеющих уклон 10-15°, отмечаются сильные эрозионные процессы в виде промоин, размывов. Растительность здесь развита слабо и в таких условиях эмбриоземы долгое время могут пребывать на инициальной стадии. Все это указывает на необходимость проведения рекультивационных работ связанных, в первую очередь, с планировкой поверхности отвалов. На втором этапе рекультивации необходимо применение фитомелиоративных приемов с использованием посевов многолетних трав при одновременном внесении гумусосодержащей суспензии. Это ускорит формирование растительности и задернованного слоя на поверхности отвала и активизирует гумусообразовательный процесс. Посев трав в смеси с семенами березы и леспедецы будет способствовать последующему зарастанию травами и подростом древесных пород. При этом, наиболее успешно работы по биологической рекультивации будут проходить в том случае, если они аналогичны процессам естественного самозарастания.