Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

5.1. Биологическая рекультивация на отвалах угольных месторождений

В Советском Союзе основными центрами угольной промышленности были Донбасс и позже Кузбасс. Первые рекультивационные работы проводились на Донбассе в 1970-х годах (Рекультивация земель…, 1973).

В настоящее время самые крупные месторождения угля в России находятся в Кузбассе и Южной Якутии – в Нерюнгринском районе.

Кузнецкий бассейн является крупнейшим в России, как по запасам угля, так и по добыче (Куприянов и др., 2010). Здесь ежегодно добывается 76 % коксующихся марок угля в России. Доля Кузбасса в общероссийском экспорте составляет 80 %.

Добыча угля сопровождается огромным экологическим ущербом природным экосистемам. Специалистами Института угля и геохимии СО РАН установлено, что на 1 млн т добытого угля приходится 36 га уничтоженного слоя плодородной земли (Счастливцев, 2003). Оценка почвенно-экологической эффективности в Кузбассе показала, что 70 % поверхности отвалов представляют собой техногенную пустыню и только 2 % нарушенных территорий обладают хорошими почвенно-экологическими условиями, которые могут поддержать восстановительную сукцессию (Андроханов и др., 2004). Это означает, что 98 % территории нуждается в проведении рекультивационных мероприятий.

Добыча угля также сопровождается разрушением природных экосистем и заменой их на антропогенно (техногенно) измененные формы (Куприянов и др., 2010). Техногенные ландшафты коренным образом отличаются от природных ландшафтов по эдафическим, экологическим, биологическим, биохимическим и другим показателям.

Полная реставрация ландшафта достигается только в тех случаях, когда функциональные и структурные показатели производных экосистем будут соответствовать уровню естественных зональных. Идеальным вариантом является реставрация нарушенного ландшафта, т. е. восстановление рельефа, почвы вместе с плодородным слоем, растительного покрова по типу прежде существовавшего природного ландшафта той или иной местности (Bradshow, 1996).

Большие успехи по рекультивации угольных отвалов достигнуты в Кузбассе. В начале 1970-х годов восстановлением экосистем на отвалах Кузбасса заинтересовались выдающиеся ученые как В.В. Тарчевский – основоположник промышленной ботаники в России, почвовед С.С. Трофимов, лесоведы Г.В. Крылов и Л.П. Баранник (Куприянов, 2009). Их теоретические и практические результаты стали основой рекультивационных работ в регионе.

Биологическая рекультивация включает комплекс фитомелиоративных и агротехнических мероприятий, направленных на возобновление среды обитания растений, животных и других компонентов биоты. В различных методических рекомендациях пишется в основном о землях сельскохозяйственных угодий и лесного фонда.

О рекультивации в условиях распространения многолетнемерзлых пород говорится мало, здесь рекультивационные работы находятся на стадии опытных исследований. Рекультивация мелкого масштаба проводилась в землях после добычи россыпных месторождений золота в аллювиальных отложениях Северо-Востока России, вдоль трассы трубопроводов в Западной Сибири, в республике Коми, на Кольском Севере, а также на Таймыре.

На нарушенных землях Курской магнитной аномалии (КМА) и Донбасса учеными установлены закономерности изменения экологических и лесорастительных условий, проведена их классификация, определены были технология выполнения работ, выбор ассортимента трав и древесно-кустарниковых пород и агротехника их выращивания, использование мелиоративных средств улучшения среды обитания, проектирование комплексных мероприятий по восстановлению земель (Лесная рекультивация…, 1991).

В Кузбассе рекультивация нарушенных земель получила развитие в 1980-х годах на отвалах угольных месторождений (Биологическая рекультивация…, 1981; Техногенные экосистемы, 1985; Баранник, 1988; и др.). И в настоящее время проблема нарушенных земель для Кемеровской области чрезвычайно актуальна. Исследователями установлено, что промышленная зона Кузбасса давно уже находится в состоянии экологического бедствия, т. к. вынос на поверхность громадной массы – свыше 12 млрд кубометров – глубинных пород привёл к изменению рельефа: образовались техногенные горно-породные отвалы, карьерные выемки и депрессионные воронки, понизился уровень грунтовых вод. По данным государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды Кемеровской области в 2002 году», на начало 2003 года в регионе насчитывалось почти 65 тыс. гектаров земель, подлежащих рекультивации. По прогнозам специалистов Института угля и углехимии СО РАН до 2010 года их площадь увеличится еще на 23 тыс. га. Из них рекультивировано с 1990 года 10,5 тыс. га. Самая большая доля нарушенных земель приходится на «Кузбассразрезуголь» – около 30 тыс. га.

Научные коллективы Сибири более 40 лет работают над проблемой восстановления нарушенных земель (Биологическая рекультивация…,1981; Баранник, 1988; Ламанова, 2002, Куприянов и др., 2010 и др.). Учеными доказано, что действующие методические указания по рекультивации земель, нарушенных при открытом способе добычи угля, разработаны ГОСТом 1986 года для всей территории бывшего Советского Союза без учета региональных особенностей. Их практически невозможно осуществить: они предполагают планировку поверхности – восстановление почв, сложенных в определенном порядке. Сначала 60 см водоупорного слоя – глины или суглинка; потом до 1–2 метров – на глубину проникновения корневой системы – плодородный слой: Но чтобы нанести один метр почвы и восстановить один гектар, надо «оскальпировать» 5 га земли. Такое практически невозможно осуществить.

В Якутии отработанные горнодобывающими предприятиями земли в большинстве случаев оставлялись без рекультивации на «самоизлечение», подвергаясь опасным криогенным процессам и явлениям (солифлюкции, термоэрозии, термокарсту и др.), значительно расширяющих зону нарушений и способствующих вторичному загрязнению наземных и водных экосистем. В этой связи актуальны и обязательны рекультивационные работы.

В 1990-х годах на дражных отвалах Южной Якутии и на угольном разрезе «Кангаласский» (окрестности г. Якутска) сотрудниками Института биологии СО РАН проводилась биологическая рекультивация с посевом многолетних злаков (мятлик луговой, овсяница красная, житняк гребенчатый, кострец безостый, ломкоколосник ситниковый, пырей ползучий, ячмень короткоостистый), которая показала широкие возможности использования перспективных многолетних дернообразующих трав для рекультивации (Петрова, 1994).

Сотрудники Института прикладной экологии Севера с 1993-го года работают над решением проблемы восстановления (биологической рекультивации) нарушенных техногенных земель. Первые годы целью исследований была изучение процесса ускорения самозарастания отвалов на месторождениях золота по долине р. Селигдар (приток р. Алдан) путем внесения минеральных удобрений. Опыты показали эффективность метода на молодых отвалах (5–15 лет). Внесение удобрений заметно ускоряет процесс самозарастания и стимулирует раннему появлению древесно-кустарниковых растений на дражных отвалах. По результатам исследований разработаны научно-практические «Рекомендации по отводу под самозарастание земель, нарушенных горными работами» (2001).

На втором этапе работы (2001–2003 гг.) по биологической рекультивации проводились на отвалах вскрышных пород месторождения «Биллях» в бассейне р. Анабар. Методы посева многолетних трав (бекманнии восточной) показали высокие результаты, когда всходы второго года имели проективное покрытие до 60 %, а урожайность достигла до 1 кг с кв. м. Результаты обсуждались на республиканской научно-практической конференции «Экологическая безопасность при разработке россыпных месторождений алмазов» (Якутск, 2004).

Третий этап работ включает опытные работы на отвалах карьера «Мир» (2003–2004 гг). На отвале № 6 карьера высотой 60 м и крутизной откоса до 45 % путем покрытия скальных пород вскрышными из отвалов Водораздельного галечника и посева семян диких трав получили задернение поверхности с проективным покрытием травостоя 15–40 %. С каждым годом видовой состав и проективное покрытие увеличивается с доминирование полыни и осота, чертополоха. Есть надежда, что на данном отвале почвенно-растительный покров закрепится, тогда и пессимисты поймут, что такое возможно.

С 2005 года опытные работы начались на отвалах разреза «Нерюнгринский». О возможности самозарастания на отвалах угольных месторождений споров нет, но данный процесс в условиях Якутии замедляется и его нужно ускорить искусственным путем.

Комплексные экологические исследования Южной Якутии показали изменение природной среды, техногенную трансформацию элементов экосистемы до образования природно-техногенных и техногенных экосистем (Миронова, 2000; Природно-техногенные…, 2006). Авторы отмечают, что широкое распространение на территории имеют природно-техногенные и техногенные ландшафты на дражных полигонах и отработанных рудных месторождениях. Самыми распространенными типами техногенного рельефа являются:

– холмисто-седловинные отвалы пустых пород;

– котловинные формы хвостохранилищ обогатительных фабрик;

– промышленные площадки;

В настоящее время хозяйственная деятельность вызвала глобальные изменения в биосфере, в том числе жестко отразились на растительности – единственном источнике кислорода и основном продуценте органического вещества, которое питает бесхлорофильные организмы планеты, включая человека.

Природно-климатические условия Нерюнгринского района в отличие от природы Кузбасса имеют свои особенности:

– климат района резко континентальный с отрицательной среднегодовой температурой воздуха (–9,5 °С);

– среднегодовое количество осадков составляет 496 мм; устойчивый снежный покров держится 210 дней;

– характерны устойчивые температурные инверсии в приземном слое, сопровождающиеся появлением туманов и скоплением вредных веществ – пыли и газа;

– повсеместное распространение многолетнемерзлых пород (на 70–80 % площади и глубину от 2 до 100 м).

Нерюнгринское месторождение коксующихся углей представляет собой замкнутую брахисинклинальную складку, вытянутую с северо-запада на юго-восток, с углами падения крыльев на выходах пласта 10–30° и с почти плоским днищем. Длина складки 6 км, ширина – 3,9 км.

Породы вскрыши представлены преимущественно (на 80–85 %) кварц-полево-шпатовыми песчаниками: крупно-, средне-, мелкозернистыми; значительно реже встречаются аргиллиты, алевролиты и гравелиты. Цемент песчаников по составу разнообразный: гидрослюдистый, железисто-гидрослюдистый, глинисто-гидрослюдистый, карбонатный и другие. Химические анализы показали не токсичность пород, следовательно, рекультивационные работы могут проводиться на техногенных грунтах без нанесения плодородного слоя.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074