Э.М. Соколов, Н.Д. Левкин, С.А. Камахина

УДК 502.7
Э.М. СОКОЛОВ, д.т.н., профессор, кафедра Аэрологии, охраны труда и окружающей среды,
monit@uic.tula.ru
Н.Д. ЛЕВКИН, к.т.н., доц., кафедра Аэрологии, охраны труда и окружающей среды,
monit@uic.tula.ru
С.А. КАМАХИНА, магистрант, кафедра Аэрологии, охраны труда и окружающей среды,
monit@uic.tula.ru
Тульский государственный университет
E.М. SOKOLOV, Dr.Sci.Tech., the professor, Department of Aerology, labor protection and the
environment monit@uic.tula.ru
N.D.LEVKIN, Cand.Tech.Sci., the senior lecturer, Department of Aerology, labor protection and the
environment monit@uic.tula.ru
S.A.KAMAHINA, the undergraduate, Department of Aerology, labor protection and the environment,
monit@uic.tula.ru
Tula State University
СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ
ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА НА КОМПОНЕНТЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В
ПОСТРЕКУЛЬТИВАЦИОННЫЙ ПЕРИОД
Рассмотрены процессы деградации почв, сопутствующие открытому способу добычи полезных
ископаемых, установлено негативное воздействие подкисления почв как в процессе добычи, так и при
рекультивации земель по окончании эксплуатации разрезов.
Ключевые слова: pH, кислотность, тяжёлые металлы, миграция, рекультивация.
DECREASE IN NEGATIVE INFLUENCE OF COAL CUTS OF POOL SITUATED NEAR
MOSCOW ON ENVIRONMENT COMPONENTS IN AFTER REKULTIVATION PERIOD
Processes of degradation of the soils, accompanying an open way of mining operations are considered, isn'ted
acidation soils not only in the course of extraction, but also at recultivation the earths upon termination of operation of
cuts.
Keywords: pH, acidity, heavy metals, migration, recultivation.
В России находится около десяти процентов всех пахотных земель мира. Свыше
восьмидесяти процентов пашни в России приходится на Центральное Поволжье, Северный
Кавказ, Урал и Западную Сибирь. Основные сельскохозяйственные культуры: зерновые, сахарная
свекла, подсолнечник, картофель, лён.
Сельскохозяйственные угодия Тульской области занимают 1740 тыс. га (2001), или 68 %
общей площади региона. Пашня занимает 1465 тыс. га (свыше восьмидесяти процентов
сельхозугодий). В структуре посевных площадей 54 % приходится на зерновые.
Сельское хозяйство наиболее развито в южной лесостепной части региона, здесь
распространено выращивание зерновых (ячмень, пшеница) и кормовых культур, выращивание
сахарной свёклы. В северных районах преобладает выращивание кормовых культур и
картофелеводство. Очагами получили развитие плодово-ягодное садоводство и овощеводство.
На территории Тульской области находится большое количество горных выработок,
площади
которых
могут
быть
восстановлены
и
использованы
для
выращивания
сельскохозяйственных культур.
Эффективным способом восстановления нарушенных земель является рекультивация. Она
состоит из двух этапов: технического и биологического. Применение данных схем
формирования отвалов позволяет намного улучшить грунтосмеси на поверхности
спланированных
площадей,
что
значительно
повышает
эффективность
работ
по
рекультивации. При этом практически полностью устраняются мертвые зоны [1], [5], [7].
Выбросы с карьерных отвалов имеющие низкий уровень рН, попадая на прилегающие
территории, разрушают плодородие почв, вследствие чего вокруг разработки формируется
техногенная пустыня. Происходит нарушение равновесия окружающей среды.
Поэтому большое количество земель остаются непригодными для сельского хозяйства
и являются источниками загрязнения территории. Кислые почвы составляют 1,7 млн. га или
88%. В связи с резким уменьшением объемов внесения органических удобрений, темпы
снижения содержания гумуса в почве значительно возросли.
В кислых почвах железо, алюминий и марганец находятся в формах доступных
растениям, а их концентрация достигает токсического уровня. При этом затруднено
поступление в растения фосфора, калия, серы, кальция, магния, молибдена. На кислой почве
может наблюдаться повышенный выпад растений без внешних причин - вымочка, гибель от
мороза, развитие болезней и вредителей.
Опасность таких почв состоит в том, что в кислой среде основные элементы питания
(азот, фосфор, калий) недоступны растениям, а токсичные в больших концентрациях ионы
марганца, железа, алюминия, тяжелых металлов и радионуклидов приобретают высокую
подвижность.
Уровни кислотности меньше 4 выдерживают лишь мхи, вереск, багульник, то есть
растения верховых болот или песчаных подзолов.
Атмосферные осадки вызывают перераспределение кислоты внутри карьера.
Чтобы выявить закономерности этого процесса, нами были проведены исследования
скорости изменения кислотности почв посредством диффузионного и фильтрационного
переноса кислоты. Для этого были проведены исследования грунтов восьми участков
Кимовского разреза Подмосковного угольного бассейна, рекультивированных после
закрытия карьера.
В результате исследований установлено, что нейтральные почвы представлены 20 %
проб
распределенных
по
всей
обследованной
территории
Кимовского
разреза.
Слабощелочные почвы представлены 45% проб.
Щелочные почвы, губительные практически для всех видов культурных растений,
представлены 10 % проб.
Результаты исследований показывают, что на нарушенных территориях необходимо
периодически проводить рекультивацию для восстановления плодородия почв.
В качестве интегрального показателя изменения свойств почв под влиянием открытых
горных работ можно принять основные агрохимические показатели почв: содержание
гумуса, подвижных форм фосфора и калия, уровень рН.
Для определения характера пород вскрышной толщи их пригодности к дальнейшему
биологическому освоению были использованы результаты агрохимических анализов,
выполненных Плавской агрохимлабораторией (табл.1). [6]
Таблица 1- Основные агрохимические показатели отвальных пород
№
п/п
Значения от-до
Показатели
Среднее значение
7 участок
Кропотовский
8 участок
Кропотовский
7 участок
Кропотовский
8 участок
Кропотовский
2,57-7,0
4,1-6,74
4,52
5,18
5
Содержание сульфатов в
пересчете на ионы SО 42Содержание хлоридов в
пересчете на С1Содержание фосфора Р2О5
1,6-6,2
80,57-656,67
2,27-18,52
7,1-1593,95
0,2-44,90
0,8-2,2
0,6-3,4
40,37-411,29
1.14-11,6
10,65-1100,5
0,3-31,0
0,7-2,2
3,55
246,48
6,95
221,87
6,25
1,5
1,4
293,80
8,28
204,3
5,75
1,55
6
Содержание калия К2О
1,0-1,8
1,0-1,8
1,4
1,4
7
Содержание алюминия Аl
0,13-1,17
3,36-85,5
0,65
44,42
8
Содержание железа Fе
-
0,38-10,6
-
5,49
9
Обменная кислотность
0,22
9,6-13,8
0,22
11,7
1
2
3
4
Водородный показатель,
рН
Бикарбонаты, НСО3
Из приведенных данных виден большой разброс химический свойств отвальных
пород. Таким образом, до настоящего времени в породах происходят различные химические
процессы, которые негативно влияют на окружающую среду.
По классификации грунтосмеси на участках Кропотовский 7 и 8 относятся ко II
группе грунтов (индифферентные) пригодные для залужения [3].
Водно-физическая характеристика этих почв, в основном, неблагоприятная. После
интенсивных дождей они уплотняются, образуют на поверхности корку, которая
препятствует прорастанию растений, нарушает газообмен, препятствует фильтрации и
способствует интенсивному испарению влаги [2], [4].
Для выявления динамики нами были проведены агрохимические исследования почв.
Результаты исследования содержания в пробах почв подвижных форм фосфора, калия и
железа показывают значительный разброс этих показателей, но в общем (за некоторыми
исключениями) их
содержание находится в пределах
значений характерных
для
естественных и различной степени окультуренности почв данного района Тульской
области.(табл. 2)
Таблица 2- Основные агрохимические показатели отвальных пород Кимовского разреза
N
п/п
1
Место отбора пробы
рН
Al
P2O5
K2O
Fe
Участок 7 Кропотковский Блок 1 проба 1
6,2
0
42
51
23
2
Участок 7 Кропотковский Блок 1 проба 2
7,3
0
105
72
20
3
Участок 7 Кропотковский Блок 1 проба 3
7,4
0
76
53
19
4
Участок 7 Кропотковский Блок 1 проба 4
7,6
0
84
66
23
5
Участок 7 Кропотковский Блок 1 проба 5
5,2
0,018
46
43
24
6
Участок 8 Кропотковский Блок 1 проба 1
2,5
2,41
28
41
46
7
Участок 8 Кропотковский Блок 1 проба 2
2,7
3,03
23
23
51
8
Участок 8 Кропотковский Блок 1 проба 3
4,6
0,69
31
41
35
9
Участок 8 Кропотковский Блок 1 проба 4
6,7
0
43
53
28
10
Участок 8 Кропотковский Блок 1 проба 5
2,6
2,96
19
29
56
Повышенная кислотность почв подавляет деятельность полезных бактерий, которые
участвуют в разложении навоза, торфа, компостов и других местных удобрений и
высвобождают в доступную растениям форму находящиеся в них питательные вещества. На
кислых почвах плохо развиваются клубеньковые бактерии (обитающие на корнях бобовых
растений), гибнут в таких почвах и живущие вблизи корней бактерии, усваивающие азот
воздуха и накапливающие его в почве.
Овощные культуры по-разному реагируют на кислотность почвы. Большинство из
них лучше растет и развивается на почвах с реакцией, близкой к нейтральной. По
требованиям к кислотности почвы овощные культуры можно разделить на три группы:
первая — рН от 7 до 7,5 (артишок, капуста кочанная и цветная, морковь, свекла, сельдерей,
салат, лук репчатый, спаржа, петрушка); вторая — рН от 6 до 7 (фасоль, баклажаны, чеснок,
капуста листовая, брюссельская, редис, кабачки, свекла листовая, репа, томаты, лук-шнитт,
лук-шалот, лук-порей, дыня мускатная, цикорий, огурцы, хрен, шпинат, ревень); третья —
рН от 5 до 6 (тыква, картофель, пастернак, щавель).
Для устранения избыточной кислотности почв проводят их известкование. Наиболее
широко распространено известкование молотым известняком (известковая мука). Чем
тоньше помол или дробление, тем быстрее будет нейтрализоваться кислотность почвы.
Известковая мука I класса должна иметь влажность до 1,5%, содержать не больше 5% частиц
диаметром свыше 1 мм и до 70% диаметром менее 0,25 мм. Гашеная известь, или пушонка,
также используемая для известкования, образуется в результате гашения жженой извести
(полученной при обжиге твердых известняков) водой перед внесением в почву. Это тонкий
рассыпающийся порошок, хорошо растворимый в воде и быстро нейтрализующий
кислотность почвы. Имеющаяся в продаже доломитовая мука содержит до 16% влаги,
действует медленнее, чем известь, не требующая размола. В ее составе кроме углекислого
кальция содержится углекислый магний, внесение которого в почву, особенно супесчаную и
песчаную, оказывает положительное действие на повышение урожая многих овощных
культур — огурца, томата, перца и др. Хорошим материалом для известкования является мел
после тонкого размола или очень мелкого дробления.
Недостатком данных мероприятий является то, что они не улучшают нарушенную
структуру, воздушный и водный режим почвы, не восполняют потерю питательных веществ.
Для устранения этих недостатков нами разработаны дополнительные мероприятия по
улучшению
агрохимических
показателей
почв,
основными
из
которых
являются
пострекультивационный посев однолетних и многолетних трав, которые являются важным
средством обогащения почв органическим веществом. Для этого могут быть использованы
рыхлокустовые злаки (тимофеевка луговая, овсяница луговая, которые относительно
малотребовательны к почвам, обладают достаточной зимостойкостью, имеют хорошо
развитую корневую систему и дают большое количество зеленой массы.
Наибольший эффект наблюдается при сочетании в посевах викоовсяной смеси с
добавлением 2% луговой тимофеевки.
БИБЛИОГРАФИЧЕCКИЙ СПИСОК
1. В.С.Эскин. «Рекультивация земель нарушенных открытыми разработками». М. Недра 1975, С. 184
2. ГОСТ 17.4.2.03-86 «Охрана природы. Почвы. Паспорт почв».
3. ГОСТ 17.5.1.03-86 «Охрана природы. Земли».
4. ГОСТ 17.5.3.05-84 «Рекультивация земель».
5. Методические указания по проектированию рекультивации нарушенных земель на действующих и
проектируемых предприятиях угольной промышленности. – Пермь ВНИИОСуголь, 1991, С. 143.
6. Рабочий
проект «рекультивация нарушенных земель» предусмотренный скорректированным проектом
ликвидации ОАО «Тулауголь» Разрез «Кимовский».
7. Технологические решения по рекультивации нарушенных земель при ликвидации шахт и разрезов (отраслевой
нормативно-методический документ) К.: УкрНИИпроект, 1995, С. 210.
REFERENCES
1.V.S.Eskin. «The earths rekultivation broken by open-cast minings». M.Nedra 1975, With. 184.
2. GOST 17.4.2.03-86"Wildlife management. Soils. The passport of soils».
3. GOST 17.5.1.03-86"Wildlife management. The earths».
4. GOST of 17.5.3.05-84"earths rekultivation».
5. Methodical instructions on designing rekultivation the broken earths at the operating and projected enterprises of the coal
industry. – Perm ВНИИОСуголь, 1991, With. 143.
6. The equipment design «rekultivation the broken earths» provided by the corrected project of liquidation of Open Society
"Тулауголь" the Cut "Kimovsky".
7. Technological decisions on rekultivation the broken earths at liquidation of mines and cuts (the branch is standardmethodical document) К: УкрНИИпроект, 1995, With. 210.