Исследование почвенно-агрохимических характеристик зональных почв угледобывающих предприятий Кемеровской области

Введение. В Кемеровской области сосредоточены огромные запасы каменного угля (524,4 млрд т). Общая площадь Кузнецкого бассейна насчитывает 27 тыс. км². В настоящее время добычу угля в регионе ведут более 50 шахт и 30 угольных разрезов, которыми в 2015 году было добыто более 310 млн т. Добыча угля сопровождается существенным экологическим ущербом. За один только год в Кузбассе уничтожается около 5 800 га лесов, лугов и полей, на месте которых возникают карьерные выемки, отвалы горной породы, технологические дороги, отстойники и т.д. [1, 2].

Поэтому важной проблемой для территории Кемеровской области, безусловно, следует считать восстановление хозяйственной и экологической ценности нарушенных горнодобывающей деятельностью земель.

Отвалы и карьеры, часто расположенные вблизи и внутри населенных пунктов, сокращают зеленое кольцо вокруг городов, загрязняют окружающую среду и тем самым ухудшают условия жизни людей. Территории, находящиеся в непосредственной близости к карьерам, со временем становятся непригодными для жизни [3].

К негативным последствиям открытых разработок относится изъятие значительных зе- мельных площадей из сельскохозяйственного оборота и их нарушение, изменение гидрогеологических условий района, развитие эрозионных процессов, а также перемешивание пород с выносом на поверхность неплодородных и даже токсичных пород [4, 5].

Процесс восстановления нарушенных земель называется рекультивацией, то есть комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды.

Основной задачей биологической рекультивации является формирование почвенного слоя, оструктуривание почвы, накопление гумуса и питательных веществ [6, 7].

С момента проведения биологической рекультивации нарушенных земель в них начинают проявляться сложные процессы, совокупность действия которых обусловливает направленность и интенсивность возникающего почвообразования при активном участии растений и микроорганизмов [8, 9].

В этой связи проблема загрязнения и утраты почвенного плодородия становится актуальной для территорий так называемых экологически неблагополучных регионов, к числу которых можно отнести Кемеровскую область.

Цель работы. Исследование агрохимических характеристик ненарушенных почв, прилежащих к породным отвалам угольных разрезов и определение их качества.

Задачи исследований : определить генетические горизонты исследуемых грунтов; изучить гранулометрический состав почвы, видовой состав растительных сообществ исследованной территории, агрохимические показатели исследуемых грунтов.

Материалы и методы исследований. Угольный разрез ООО «Шахта № 12» – действующее угледобывающее предприятие, находится в г. Киселевске Кемеровской области. На севере к территории предприятия примыкает закрытая шахта «Краснокаменская», на западе – ООО «Участок Коксовый», на юге – поле закрытой шахты «Черкасовская». Район имеет развитую инфраструктуру: подъездные пути, погрузочные тупики, электрические подстанции и т.п.

Проектная мощность шахты составляет 1 млн тонн угля в год. Балансовые запасы – 76 млн тонн угля. В настоящее время добыча угля производится как подземным способом (на глубине 250–350 м), так и открытым – имеется производственный участок по добыче угля открытым способом.

В состав предприятия входят участки подземных работ, открытых горных работ, дробильно-сортировочный комплекс (ДСК), центральный и промежуточный склады угля, технологические дороги, котельная, механический цех, гараж, вентиляционные стволы, дегазационные установки.

Производственная деятельность подразделений предприятия осуществляется на земельных участках, арендуемых у муниципалитета. ООО «Шахта № 12» является одним из градообразующих предприятий г. Киселевска. Количество работающих на шахте № 12 составляет 1755 человек.

Расстояние от границы земельного отвода до границы ближайших жилых районов г. Кисе-левска составляет:

• -    в северном направлении – район «Афонино» – 90 м;

• -    в северо-восточном направлении – район «Бойня» – 100 м;

• -    в восточном направлении – район «Зеленая Казанка» и п. Шахта № 12 – 100 и 20 м соответственно;

• -    в южном направлении – район «Суртаиха» – 290 м.

Климат района резко континентальный. Наиболее низкие температуры наблюдаются в декабре и январе. Абсолютный минимум в это время достигает -43,9°С, а в отдельные зимы – -50...-54°С.

Устойчивый снежный покров удерживается от начала ноября до конца апреля, а по северным склонам – до середины мая. Мощность снежного покрова на северных склонах логов достигает 2 м. Наиболее жарким месяцем является июль, среднемесячная температура которого повышается до +19,4°С, при максимальной +36,7°С.

Среднегодовая сумма осадков составляет 400–700 мм. Господствующими ветрами в районе являются южные и юго-западные. Ветры этих направлений имеют максимальную ско- рость 17–24 м/с, среднегодовую скорость – 4,9– 5,2 м/с.

Согласно почвенно-географическому районированию Кемеровской области, территории земельных участков угольного разреза шахты № 12 расположены в юго-западной части Кузнецкого Алатау, входят в группу Е – Кузнецко-Алатаусский высотный почвенный округ с четырьмя поясами вертикальной почвенной зональности.

Зональный почвенный покров почвенногеографического района, включая участок проведения экологических изысканий по фондовым материалам и по материалам почвенной карты Кемеровской области, представлен зональными типами и подтипами почв для данного почвенно-географического района:

• -    дерново-среднеподзолистые;

• -    горно-дерново-подзолистые;

• -    светло-серые лесные;

• -    серые лесные.

Почва, как всякое природное тело, обладает суммой внешних признаков – морфологией. Наиболее важным морфологическим признаком почвы является внешнее строение ее генетиче- ских горизонтов, составляющих почвенный профиль [10].

На исследуемом участке вблизи действующего предприятия разреза шахты № 12 были заложены почвенные разрезы: участок № 1, участок № 2, участок № 3. Отбор проб образцов для агрохимического анализа был проведен в июне 2016 года в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельтминтологического анализа» [11].

Результаты и их обсуждение

Участок № 1. Площадь 47 га. Рельеф: склон северной экспозиции (5–7^о). Поверхность измятая, по лощинам промоины. Кочки растительного происхождения, муравейники (рис. 1). Почвообразующая и подстилающая порода: тяжелые бурые бескарбонатные покровные суглинки и глины. Почва: глубокодерновая глубокоподзолистая тяжелосуглинистая.

В профиле почвы выделяются следующие почвенные горизонты: А 1 – А 2 – А 2 В – В – ВС – С (рис. 2, табл. 1).

Рис. 1. Общий вид ландшафта

Рис. 2. Почва – глубокодерновая (участок №1) глубокоподзолистая тяжелосуглинистая

Таблица 1

Почвенные горизонты участка № 1

А 1 -0-18	Сухой, серый, по гранулометрическому составу тяжелосуглинистый, мелкокомковатой структуры, рыхлый, обилие корней растений, переход заметный по плотности
А 2 -18-25	Сухой, белёсо-серый, тяжелосуглинистый, структура комковато-слоистая с белёсой присыпкой, уплотнен, единичные корни растений, переход заметный по плотности
А 2 В-25-40	Свежий, светло-бурого цвета с белёсым оттенком, тяжелосуглинистый, крупнооре-ховатый с заметной кремнезёмистой присыпкой, плотный, единичные корни, переход постепенный
В-40-61	Увлажнен, светло-коричневый, тяжелосуглинистый, структура крупнопризмовидная, очень плотный, переход постепенный по окраске
ВС-61-90	Увлажнен, светло-бурый, тяжелосуглинистый, комковатый, плотный, постепенный
С-90-154	Увлажнен, светло-коричневый, тяжелосуглинистый, бесструктурный, плотный, карбонатный горизонт не вскрыт

По классификации и диагностике почв (1977 г.) название почв по гранулометрическому составу даётся по верхнему гумусовому горизонту почвы.

Видовой состав растительных сообществ исследованной территории участка № 1 поля шахты № 12 представлен 37 видами 21 семейства. Территория залесена, преобладают береза повислая ( Betula pendula ) с единичными представителями P^eaabies, черемуха обыкновенная (Padus avium), калина обыкновенная ( Viburnum opulus, Acer negundo), малина обыкновенная

( Rubus idaeus). Значительная часть травянистой растительности представлена многолетниками [11, 12].

Участок № 2. Площадь 6,5 га. Почвенный разрез № 2. Рельеф: склон южной экспозиции (4-6^о). Поверхность ровная, встречаются западины. Почвообразующая и подстилающая порода: каменные россыпи (уронники). Почва светло-серая оподзоленная неразвитоскелетная.

В профиле почвы выделяются следующие почвенные горизонты: A i - В - ВС - С с (табл. 2).

Таблица 2

А 1 -0-14	Сухой, серый, среднесуглинистый, мелкоореховатой структуры, рыхлый, обилие корней растений, переход заметный по цвету и включению скелетной породы
В 14-32	Сухой, серый, неоднородно окрашенный, среднесуглинистый, структура пылевато-комковато-рассыпчатый, рыхлый, твердые включения в форме алевритов и др., переход постепенный
ВС-32-63	Сухой, буро-серый с коричневыми включениями, комковато-рассыпчатый, рыхлоплотный, твердые включения в форме мелких и крупных алевритов, переход заметный по плотности
С с -63 см	Сухой, смесь твердых включений в форме мелких и крупных алевритов с песком и глиной

Почвенные горизонты участка № 2

Растительность участка № 2 представлена 30 видами 16 семейств. Вся территория поля залесена березой повислой ( Betula pendula), образующей сомкнутый древостой, по краю поля обширные заросли караганы ( Caragana pygmaea) [11, 12] .

Участок № 3. Площадь 4,5 га. Рельеф: склон увала северной - северо-восточной экспозиции

(4-6о). Поверхность изрезана ложбинами и западинами. Почвообразующая и подстилающая порода: тяжелые бурые бескарбонатные покровные суглинки и глины. Почва глубокодерновая мелкоподзолистая тяжелосуглинистая.

В профиле почвы выделяются следующие почвенные горизонты: А 1 - А 1 А 2 - В - ВС - С (табл. 3).

Почвенные горизонты участка № 3

Таблица 3

А 1 -0-26	Сухой, серый, тяжелосуглинистый, комковато-ореховатой структуры, рыхлый, обилие корней древесных и травянистых растений, переход заметный по структуре
А 1 А 2 -26-37	Сухой, серый, тяжелосуглинистый, структура комковато-пластинчатая, рыхлоплотный, корни растений, переход заметный по плотности
В-37-51	Увлажнен, буро-серый, тяжелосуглинистый, крупно-комковато-призмовидный, присыпка кремнезёма (SiО 2 ), плотный, переход постепенный
ВС-51-80	Увлажнен, бурый, тяжелосуглинистый, структура призмовидно-комковатая, плотный, переход постепенный
С-80 -130	Влажный, буро-коричневый, тяжелосуглинистый, бесструктурный, плотный, в верхней части горизонта оржавление, в нижней оглеение

Растительность участка № 3 представлена 30 видами 16 семейств. Вся территория поля залесена березой повислой ( Betula pendula), образующей сомкнутый древостой, по краю поля обширные заросли караганы ( Caragana pygmaea) [11,12] .

Согласно классификации и данным анализа по методу Н.А. Качинского, гранулометрический состав среднедерновых мелкоподзолистых почв участков № 1, № 2, № 3 поля шахты № 12 представлен в таблице 4.

Таблица 4

Номер участка	Почва	Содержание фракций, %
		Мелкий песок	Пыль
1	Крупновато-пылеватый иловатый тяжелый суглинок	15,3	39,4
2	Суглинок легкий	14,3	30,3
3	Крупновато-пылеватый иловатый тяжелый суглинок	15,3	39,4

Гранулометрический состав участков по методу Н.А. Качинского

Обеспеченность почв основными элементами питания определяли в соответствии с ГОСТ 26204-91 «Почвы. Определение подвижных соединений фосфора, калия и азота по методу Чирикова в модификации ЦИНАО» [13, 14]. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Реакцию почвенного покрова в верхнем горизонте 0–14 см определяли в соответствии с ГОСТ 26483-85 «Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИ-НАО» [15–17]. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Таблица 5

Агрохимические показатели участков

Номер участка	Гумус, %	рН	Содержание элементов питания
			Азот, %	Фосфор, %	Калий, мг/кг
1	6,2	5,8	0,48	0,13	50,2
2	3,1	5,2	0,31	0,13	50,0
3	5,0	5,6	0,12	0,13	48,2

Выводы. По результатам исследования «Шахта №12» г. Киселевска Кемеровской об-участков угольного разреза территории ООО ласти сделано следующее заключение:

• 1.    Изучение генетических горизонтов выявило, что поверхность почвенного покрова участков № 1 и № 3 представлена глубокодерновыми глубоко- и мелкоподзолистыми тяжелосуглинистыми почвами, а участка № 2 – светло-серыми неразвитоскелетными легкосуглинистыми почвами.

• 2.    Согласно классификации и данным анализа, гранулометрический состав по методу Н.А. Качинского среднедерновых мелкоподзолистых почв участков № 1, № 2, № 3 поля шахты № 12 представлен крупновато-пылеватым иловатым тяжелым суглинком и суглинком легким.

• 3.    Вся территория исследуемых участков поля залесена березой повислой ( Betula pendula), образующей сомкнутый древостой, по краю поля     обширные     заросли     караганы

• 4.    Анализ данных испытаний показывает, что содержание гумуса в верхнем почвенном горизонте А – 3,1–6,2 %, с глубиной резко падает. В переходном горизонте ВС обнаружены лишь следы гумуса. Содержание валового фосфора в почве низкое (0,13%), с глубиной резко падает. Содержание валового калия среднее по всему профилю, а содержание азота по всем участкам варьирует от 0,12 до 0,48 %, что несомненно связано с природно-климатическим расположением участков в местности. Реакция почвенного раствора – от слабо- до сильнокислой в нижних горизонтах. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвенных образцах не превышает ПДК (мг/кг) их содержания в почве с учетом классификации Кларка.

( Caragana pygmaea).

Таким образом, выявлено, что плодородный слой почвы (ПСП) исследуемых участков вблизи действующего угольного разреза характеризуется как плодородный, но не пригоден для снятия и складирования, поскольку поверхность всего исследуемого поля территории предприятия разреза «Шахта №12» сильно залесена, измята, с промоинами и имеется много бурелома [18].