Рекультивация отвалов угледобычи на Кузбассе: направления и эффективность

Кузбасс – один из важнейших горнодобывающих районов страны. Масштабная добыча углей на месторождениях Кузбасского угольного бассейна сопровождается образованием больших объемов отходов добычи – вскрышных и вмещающих пород, которые складируются в отвалах. Образующиеся техногенные ландшафты оказывают негативное влияние на прилегающие естественные ландшафты и сельскохозяйственные угодья, а также близлежащие населенные пункты. Мероприятия по рекультивации предполагают минимизирование этого влияния; кроме того, они должны способствовать восстановлению нарушенных территорий.

Кузбасс – традиционный полигон для исследований ученых лаборатории рекультивации ИПА СО РАН. На отвалах здесь отрабатываются способы повышения эффективности мероприятий по восстановление нарушенных ландшафтов.

Природные условия Кузбасса в целом благоприятствуют реализации любого из направлений рекультивации – сельскохозяйственного, лесного или самозарастания. Однако хаотичность субстрата, локальные особенности рельефа и растительности вносят свои коррективы в общую эффективность направления. В конечном итоге, любое направление рекультивации имеет целью восстановление устойчивого почвенного покрова. Поэтому и оценивать эффективность реализации рекультивационных мероприятий нужно по состоянию почвенного покрова.

Для учета всей совокупности свойств почв и субстратов сотрудниками лаборатории рекультивации был использован бонитировочный метод, адаптированный для оценки почвенно-экологической эффективности рекультивации. Применение метода учитывает такие важные свойства почв, как содержание фракции физической глины, плотность сложения и количество органического вещества. Для каждого свойства был произведен расчет коэффициента специфичности относительно аналогичного показателя эталонной почвы, в качестве которой применяется чернозем, являющийся преобладающим типом естественных почв на прилегающих территориях. Суммированием коэффициентов получен общий коэффициент специфичности, который характеризует индивидуальные особенности объекта рекультивации. Сравнение участков с разными показателями почвенно-экологической эффективности рекультивации (ПЭР) позволяет делать выводы о перспективах дальнейшего восстановления ландшафта при реализации различных направлений.

Довольно распространенным и наименее затратным направлением рекультивации является санитарно-гигиеническое. Практически оно представляет собой оставление территории отвалов под самозарастание, когда поверхность отвалов в несколько этапов заселяется растительностью. При этом почвенный покров на таких участках формируется с нуля. Такие участки наиболее интересны с почвенно-генетической точки зрения, поскольку здесь протекают саморегулирующиеся процессы, сходные с почвообразованием в естественных ландшафтах. На участках с наиболее благоприятными условиями самозарастания – на выровненных пространствах, с суглинистым малокаменистым субстратом – со временем происходит улучшение водно-физических свойств субстрата, что улучшает условия обитания растительности и животного населения почв; накапливаются растительные остатки. На старых отвалах (старше 35 лет) уже хорошо выражен почвенный покров, представленный дерновыми и гумусово-аккумулятивными эмбриоземами – наиболее напоминающими молодые почвы образованиями с выраженным органогенным горизонтом и заметным накоплением гумуса. Показатель ПЭР на таких участках достигает 70%, что расценивается как весьма высокая эффективность. Однако на южных склонах отвалов, где влага не задерживается, а поверхность сильно иссушается, почвообразование сильно замедлено. Результат самозарастания на таких участках мало отличается от свежеотсыпанных участков отвалов: растительность представлена лишь единичными экземплярами сорняков, растительный опад не накапливается. Здесь даже на старых отвалах в почвенном покрове присутствуют только инициальные эмбриоземы. Величина ПЭР не превышает 30%.

Довольно часто для самозарастания формируют отсыпку в виде слоя потенциально плодородных пород. Это повышает показатель ПЭР до 80% и дает более благоприятные начальные условия для развития почвообразования, поскольку сразу формируется искусственная почва – технозем.

Сельскохозяйственная рекультивация применяется там, где есть возможность вернуть те земли, которые были изъяты для размещения инфраструктуры добывающего предприятия, обратно в сельскохозяйственный оборот. Для эффективного использования таких участков применяется отсыпка плодородного слоя почв с формированием технозема, после чего на этом месте происходит посев хозяйственно-ценных видов растений, в основном кормовых трав.

Отличие техноземов от эмбриоземов заключается в особенностях органогенного горизонта. Насыпные техноземы уже имеют относительно мощный плодородный горизонт, достаточный для формирования продуктивных фитоценозов. Почвообразование здесь протекает не с нуля, как в эмбриоземах, а начиная с заведомо выгодных начальных условий, которые могут формироваться искусственно за счет применения почвооулучшителей, удобрений и др. Величина показателя ПЭР на таких участках максимальная, она достигает 88%. Однако сельскохозяйственное направление рекультивации с отсыпкой плодородного слоя – довольно затратное и трудоемкое мероприятие, что не стимулирует предприятия к ее реализации. При дефиците плодородного слоя почв используется удешевленная и упрощенная версия мероприятия – без отсыпки, когда семена культурных растений высевают в поверхность субстрата отвала. Такой способ достигает максимальной результативности на наиболее старых отвалах – величина ПЭР в этом случае превышает 70%.

Там, где сельскохозяйственная рекультивация не может быть реализована, основной упор делается на организацию древесных насаждений при реализации лесохозяйственной рекультивации. Ее польза заключается в стабилизации отвала, закреплении его склонов, препятствии эрозии и пыления отвалов. Реализация этого направления также осуществляется как с отсыпкой, так и без нее. Однако даже с отсыпкой результативность направления не превышает 60%, а без нее – даже на старых отвалах едва превышает 40%. Это связано с большим количеством времени, необходимого для развития лесных ценозов, высокой сомкнутостью полога древесной растительности (что замедляет развитие травяного покрова и снижает темпы поступления органики в почву). Одна из особенностей лесных сообществ, высаженных на отвалах – низкая скорость возобновления. Например, в случае пожаров сообщества не восстанавливаются самостоятельно, их нужно высаживать заново.

Таким образом, наиболее благоприятные стартовые условия для развития почвообразования и восстановления ландшафта складываются при активном участии человека – отсыпка плодородного слоя, возможность конструировать свойства формируемой почвы, посадка культурных растений способствуют относительно более быстрому восстановлению с высокими показателями результативности. Однако в этом рекультивированные участки схожи с агроценозами, которые нуждаются в постоянном вмешательстве человека; подсев трав, внесение удобрений, санитарные рубки древесных насаждений, высадка саженцев взамен погибших деревьев и др. требуют вложения значительных ресурсов. В то же время на самозарастающих участках почвенно-растительный покров на каждом этапе развития стремится к определенному равновесному состоянию, что повышает устойчивость ландшафта.

Рис. Почвенно-экологическая эффективность (ПЭР) направлений рекультивации

(усл. обозн.: а) рекультивация с отсыпкой: ТГ – технозем гумусогенный; б) рекультивация без отсыпки: ЭИ – эмбриозему инициальный; ЭОА – эмбриозем органо-аккумулятивный; ЭД – эмбриозем дерновый; ЭГА – эмбриозем гумусо-аккумулятивный).