Состав грунтов отвалов техногенных территорий при добыче россыпного месторождения

Введение. Формирование специфических экологических условий на техногенных территориях влияет на лесовозобновление, дальнейшее развитие насаждений и формирование биоценозов в целом.

Состав грунтов отвалов наземной части техногенных территорий определяется типами формируемых грунтов и параметрами отвалов, которые делятся: на отвалы вскрышных пород, отвалы промывки, отвалы почвенно-растительного слоя. Площадь, конфигурация и места размещения отвалов определяются характеристиками россыпи, порядком ее отработки и принятыми проектными решениями [1, 5].

Параметры отвалов почвенно-растительного слоя зависят от мощности снимаемого слоя на нарушаемой площади, принятых проектных решений по их формированию: площади, формы, мощности и места расположения. Грунты отвалов почвенно-растительного слоя наиболее плодородные, характеризуются большим количеством мелкой фракции, органических и минеральных веществ. Плодородие отвалов почвеннорастительного слоя зависит от агрохимических показателей снимаемого плодородного слоя и качества проведения вскрышных работ; отвалы представляют перемешанный почвенно-растительный слой и растительные остатки. Грунты данных отвалов наиболее богаты органическими и другими питательными веществами. Для увеличения плодородия в большинстве случаев в отвалах почвенно-растительного слоя захораниваются порубочные остатки, неликвидная древе- сина, подрост, подлесок, травянистая растительность [2, 6].

Отвалы торфов представляют собой перемешанный верхний слой четвертичных отложений. Гранулометрический состав данных отвалов зависит от типов снимаемых грунтов, характеризуется значительным содержанием мелкоземной фракции (глины, суглинки, супеси, пески, дресва и пр.). Торф верховой, зольность низкая (≤ 5 %), содержание валового фосфора – менее 0,15 %, калия – менее 0,10 %. Отвалы торфов бедны органическими веществами, однако в большинстве случаев содержат значительное количество минеральных веществ, необходимых для роста и развития растительности.

Отвалы промывки разделяются на галевые и эфельные. Объем, площадь, высота, форма и места расположения отвалов промывки зависят от гранулометрического состава россыпи, объема промывки песков на одной стоянке прибора, принятых проектных решений по формированию и размещению галевых отвалов и отвалов крупного эфеля. Мелкий эфель самотеком размещается в ложе прудов-отстойников.

Цель исследования: изучение состава грунтов отвала наземной части техногенных территорий для пригодности к произрастанию древесно-кустарниковых культур.

Задачи исследования: 1) рассмотреть качественный состав грунтов отвалов вскрышных пород; 2) установить пригодность отвалов для произрастания высших растений по агрохимическим и гидрологическим показателям.

Объект и методы исследования. Объект исследования – техногенные территории, образованные отвалами вскрышных пород в бассейне р. Колоромо Северо-Енисейского района. Для выявления площади техногенных территорий были проведены полевые маршрутные обследования с применением картографических материалов, грунты отвалов были проанализированы в аналитической лаборатории, также проводились визуальные наблюдения.

Результаты исследования и их обсуждение. Обогащение песков при добыче россыпного месторождения в бассейне р. Колоромо Северо-Енисейского района проводилось путем промывки водой и осаждения ценного компонента. Формирование отвалов промывки производится исходя из применяемого обогатительного оборудования. Способ обогащения и предварительное снятие плодородных горизонтов почвы привели к отсутствию в грунтах отвалов промывки органических веществ. Однако промывка грунтов приводит к высвобождению свободных оснований и других минеральных элементов, необходимых для питания растений. Степень насыщенности основаниями мелкозема отвалов промывки была выше в 1,5–2 раза, чем почв ненарушенных долин, и техногенные грунты были обеспечены подвижным фосфором. Величина рН слабокислая, близкая к нейтральной. Содержание питательных элементов в мелкоземных фракциях зависело от типа грунтов и способа сложения отвалов. Содержание мелкозема в верхнем слое образующихся отвалов является основным показателем плодородия техногенных образований. Наименьшим количеством или отсутствием мелкозема в верхних горизонтах отвалов промывки характеризовались хорошо промытые галевые отвалы, наибольшим – эфельные. Количество мелкозема в толще однородных отвалов (кроме хорошо промытых галевых), за исключением мелкого эфеля, изменялось по мощности слоя вследствие того, что мелкозем вымывался из верхних слоев в более нижние. Мелкозем нижних горизонтов был более насыщен основаниями, чем в верхних горизонтах.

Обеспеченность влагой техногенных грунтов является одним из наиболее важных факторов, влияющих на прорастание семян и дальнейший рост древесно-кустарниковой и травянистой растительности [3, 4]. Обеспеченность техногенных грунтов влагой происходила за счет атмосферных осадков и капиллярного поднятия влаги из нижележащих обводненных горизонтов. Одним из наиболее важных показателей обеспеченности техногенных грунтов водой является их пористость. Проводимые вскрышные работы и промывка грунтов определяли формирование новых условий распределения пор в техногенных грунтах. Пористость техногенных грунтов и количество типов пор (капиллярные и некапиллярные) определяется типом заполнителя и остаточным коэффициентом разрыхления. Чем легче тип заполнителя, тем меньше количество капиллярных пор и больше количество некапиллярных.

Основными водными свойствами грунтов являются водопроницаемость, водоотдача и водоудерживающая способность, характеристики которых определяют пористость грунтов. Водоудерживающая способность характеризуется влагоемкостью, т. е. тем количеством воды, которое удерживается в горных породах при определенных условиях. Почвенно-растительный слой и отвалы вскрышных пород с преобладанием супесчаного заполнителя при добыче россыпного месторождения в бассейне р. Колоромо являлись водопроницаемыми с водоотдачей менее 50 % и влагоемкими. Отвалы промывки были представлены галевыми, хорошо промытыми отвалами, сильноводопроницаемыми с водоотдачей 95–98 % и невлагоемкие. Надо отметить, такой тип отвалов занимает незначительную площадь в местах добычи россыпного месторождения. Также в отвалах промывки присутствовали сильноводопроницаемые отвалы крупного эфеля с водоотдачей 60–80 %, слабовлагоемкие и также слабоводопроницаемые отвалы мелкого эфеля с водоотдачей менее 30 %, сильновлагоемкие.

Проведенный анализ гидрологических характеристик формируемых техногенных грунтов показывает, что значительная часть грунтов отвалов вскрышных пород по гидрологическому режиму наиболее благоприятна для произрастания древесно-кустарниковой растительности.

Галевые отвалы промывки, сформированные крупнообломочными фракциями, по гидрологическим характеристикам непригодны для произрастания высшей растительности в силу невозможности задержания и накопления воды в теле отвала.

Грунты отвалов крупного эфеля относятся к сильноводопроницаемым и слабовлагоемким. Способность грунтов отвалов крупного эфеля определяется их гранулометрическим составом и типом заполнителя. В целом грунты отвалов данного типа по гидрологическому режиму пригодны для произрастания древесно-кустарниковой и травянистой растительности, они не подвержены переувлажнению и заболачиванию.

Грунты отвалов мелкого эфеля относятся к слабоводопроницаемым и сильновлагоемким. Отвалы имеют плоскую форму и расположены в прудах-отстойниках. После их осушения грунты данных отвалов будут характеризоваться избыточной увлажненностью. По гидрологическим характеристикам грунты отвалов данного типа пригодны для произрастания части видов древеснокустарниковой и травянистой растительности.

Выводы . Следовательно, состав грунтов отвалов наземной части техногенной территории в бассейне р. Колоромо СевероЕнисейского района представлены отвалами вскрышных пород, отвалами промывки, отвалами почвенно-растительного слоя. Наиболее пригодными для произрастания высших растений являются как по гидрологическим, так по агрохимическим показателям отвалы почвенного растительного слоя. Пригодность отвалов эфеля для произрастания растений зависит от размера фракции, гранулометрического состава, которые предопределяют гидрологические условия для роста и развития культур. На отвалах галевых крупнооболомочных фракций невозможно произрастание растений, т. е. они не представляют ценности для лесовозобновления. На техногенных территориях с нарушенными ландшафтами необходимо предусмотреть рекультивационные работы в зависимости от состава грунтов отвалов.