Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 7
1.1 Общие положения 7
1.2 Механизм возникновения водной эрозии 14
1.3 Характеристика жидких осадков и их эрозионная опасность 21
1.4 Эрозия почв региона КМА 24
1.5 Способы предотвращения эрозии 28
Выводы 30
2. Объекты, программа, методика и объем исследований 32
2.1 Объекты исследований 32
2.2 Программа исследований 36
2.3 Методика исследований 36
2.4 Объем выполненных исследований 39
3. Экологические условия района исследований 40
3.1 Климат 40
3.2 Растительность 42
3.3 Рельеф и гидрологические условия 47
3.4 Геология и почвообразующие породы 53
3.5 Антропогенный фактор 59
Выводы 61
4. Эрозионные процессы на отвалах 62
4.1 Противоэрозионные свойства грунтосмесей 62
4.1.1 Агрегатный состав грунтосмесей 63
4.1.2 Связность грунтосмесей в отвалах 65
4. 2 Интенсивность эрозионных процессов на различных отвалах 67
4.2.1 Мело-мергельные 68
4.2.2 Песчано-меловые 72
4.2.3 Песчаные 75
4.2.4 С нанесением черноземного грунта 79
4.2.5 С нанесением суглинистого грунта 82
4. 3 Классификация эрозионной опасности грунтосмесей 84
Выводы 86
5. Влияние биологической рекультивации на интенсивность эрозионных процессов 88
5.1 Рост и развитие лесных культур на отвалах 88
5.2 Интенсивность эрозионных процессов на отвалах после проведения биологической рекультивации 97
5.2.1 Гидроотвал Березовый лог 97
5.2.2 Железнодорожный 99
5.2.3 Автомобильный 102
5.2.4 Хвостохранилище 105
5.3 Противоэрозионная эффективность биологической рекультивации отвалов 106
Выводы 110
Эколого-экономическая эффективность противоэрозионной рекультивации отвалов Лебединского ГОКа 112
Выводы и рекомендации производству 116
Библиографический список 119
Приложения 136
- Механизм возникновения водной эрозии
- Геология и почвообразующие породы
- Рост и развитие лесных культур на отвалах
- Противоэрозионная эффективность биологической рекультивации отвалов
Введение к работе
Актуальность темы. Использование природных рес>рсов - один из основных элементов экономики нашей страны При добыче полезных ископаемых происходит нарушение земной поверхности и изъятие большого количества активной биосферы для создания которой природе понадобились миллионы лет На сегодняшний день только в районе Курской магнитной аномалии (КМА) техногенные ландшафты занимают площадь более 30 тыс га Вскрышные породы складируются в отвалы различных форм и размеров Выносимые в отвалы субстраты различного химического состава практически лишены растительности Специфический гранулометрический состав и большой (до 45) уклон откосов отвалов способствуют развитию интенсивной эрозии и миграции химических веществ по склонам В результате происходит загрязнение не только территории рудника, но и значительных прилегающих площадей [Андрющенко, 1979, Дюков, 1986, Панков, 1996, Пигорев, 1984, 2006] Биологическая рекультивация предотвращает данные негативные явления, но, к сожалению, до настоящего времени еще не полностью определена ее роль в защите отвалов от эрозии
Настоящая работа является составной частью плана на>чных исследований кафедры лесомелиорации, почвоведения и озеленения Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) по программам «Черноземье» и «Программа КМА», хоздоговорным темам с Лебединским ГОКом Работа выполнялась с 1 10 2005 г по настоящее время
Цель исследований - изучить интенсивность процессов эрозии на нарушенных землях и выявить противоэрозионн>ю роль защитных лесных насаждений созданных при проведении биологической рекультивации
Задачи исследований. Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи
изучить закономерности процессов эрозии на отвалах,
дать оценку подверженности различных отвалообразующих пород и их смесей эрозии,
определить эффективность биологической рекультивации в предотвращении эрозии на отвалах Лебединского ГОКа КМА Научная новизна работы заключается в том, что
- получены экспериментальные данные изменения интенсивности
эрозионных процессов на различных горных породах и их технических
смесях,
- разработана классификация эрозионной опасности отвалообразующих
грунтосмесей,
определена эффективность биоюгической рек> іьтивации в уменьшении и предотвращении эрозии на отвалах
Достоверность полученных результатов обеспечивается
значительным объемом проведенных исследований, использованием
современных методик по проблеме методов статистического анализа с применением ПЭВМ
Личный вклад. Автор принимал участие в разработке программы и методики исследований, осуществлял сбор и обработку полевого материала, разрабатывал рекомендации производству по восстановлению техногенных ландшафтов с учетом противоэрозионной эффективности биологической рекультивации
На защиту выносятся:
Закономерности изменения интенсивности эрозионных процессов с возрастом отвалов до и после проведения биологической рекультивации,
Классификация эрозионной опасности отвалообразующих технических грунтосмесей,
Противоэрозионная эффективность биологической рекультивации отвалов
Практическая ценность работы. Создание на поверхности отвалов защитных лесных насаждений является эффективным средством борьбы с эрозией, с целью предотвращения ее негативного влияния
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ОАО НИИ КМА им Л Д Шевякова при разработке проектов биологической рекультивации техногенных ландшафтов
Апробация. Основные положения данной работы нашли свое отражение в участии конференций различного уровня ВГЛТА (Воронеж, 2006 2009). I Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва. 2008), II научно-практической конференции «Проблемы биологии, экологии, географии, образования история и современность» (Санкт-Петербург, 2008)
Публикации. По материалам исследований опубликовано 8 научных статей общим объемом 1,53 уел печ л, в том числе 1 в изданиях перечня ВАК РФ Личное участие автора составляет 77 %
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложений Работа изложена на 146 страницах, содержит 17 таблиц, 16 рисунков, список литературы из 167 наименований, в тч иностранных - 8
Автор выражает большую благодарность научному руководителю, коллективу кафедры и студентам лесохозяйственного факультета за поддержку, помощь и консультации
Механизм возникновения водной эрозии
Начальным видом водной эрозии является капельная эрозия. Еще П. А. Костычев отмечал особую роль дождевых капель, механически разбивающих структурные почвенные частицы и помогающих их взмучиванию. Капли дождя обладают большой кинетической энергией, до 30 % которой при их падении на незащищенную растительностью поверхность почвы расходуется на разрушение (распыление) почвенных агрегатов, их разбрызгивание и последующее перемещение. Высота подъема частиц составляет около 0,5 м (в среднем 25...30 см), а дальность разбрызгивания 1... 1,5 м. Отсюда и возникло название «эрозия разбрызгивания». На ровной поверхности и при отсутствии ветра перемещение почвы практически не происходит, так как унос частиц компенсируется их падением на место частиц со смежных участков. При больших скоростях ветра и на склонах брызги летят вниз и дальше, что обусловливает переход от эрозии структуры к эрозии разбрызгивания, т. е. переносу почвы вниз по склону [28, 133, 149, 157].
С увеличением диаметра капель от 0,2 до 7,7 мм скорость их падения возрастает от 0,8 до 7,7 м/с. При каплях большого размера почва разрушается быстрее, чем при моросящем дожде из мелких капель. Г. И. Швебс [149,156] установил зависимость кинетической энергии дождевых капель от их размера, скорости падения и интенсивности дождя. Наиболее упрощенная зависимость имеет вид: Mi = 0,0085i V2K, где: Mi - удельная мощность, гсм/с на 1 м2; і — интенсивность осадков, мм/мин; VK - скорость падения, см/с.
Силы поверхностного натяжения придают эластичность и достаточно большую прочность капле. При ударе капли распластовываются и дробятся, образуя на поверхности почвы лунку. Одновременно поверхностное натяжение заставляет каждую часть раздробленной капли снова принять шарообразную форму, что способствует подпрыгиванию частичек вверх. Брызги захватывают и мельчайшие частицы почв.
Капли дождя обволакивают сухие почвенные комочки пленкой, влага проникает по капиллярам вглубь агрегата и сжимает защемленный воздух. Накапливающаяся потенциальная энергия защемленного воздуха при превышении предела механической прочности почвы переходит в кинетическую и происходит «взрыв», разрушающий почвенный комочек. Обломки агрегатов и мелкие почвенные частички от разбрызгивания заиливают макропоры (некапиллярные промежутки) в верхнем слое почвы и резко замедляют впитывание в почву влаги. В таком состоянии почва не успевает впитывать воду выпадающих осадков, на поверхности формируется оплывшая корка, по которой стекает не впитывающаяся вода осадков. Сначала по неровностям рельефа формируются мелкие струйки, затем они сливаются из-за наличия нанорельефа в более крупные струи. Стекающие струйки и потоки захватывают почвенные частицы, переносят их вниз по склону, и начинается плоскостной смыв почвы. Удары дождевых капель создают турбулентность в слое воды на поверхности, что вызывает усиленное взмучивание почвенных частиц в воде и увеличивает смыв почвы. Постоянные удары капель в увлажненную поверхность почвы приводят к ее тиксотропии (текучести). Разрушительная работа дождя зависит от типа почв и степени защищенности ее поверхности. Обыкновенный суглинистый чернозем и глина разбрызгиваются примерно одинаково, но почти в 3 раза интенсивнее, чем кварцевый песок. Под действием капель происходит разрушение почвенных агрегатов чернозема, а на поверхности глины образуется оплывшая корка типа кашицы. Это способствует разбрызгиванию частиц почвы и глины. Энергии капель не всегда достаточно для переноса песчаных частиц диаметром 1,00.. .0,25 мм.
Максимальные разрушения и смыв наблюдаются в случаях, если дождевые капли падают на оголенную, не защищенную растительностью почву. Растительный покров замедляет падение капли и она разбивается на более мелкие капельки. С. С. Соболев приводит интересные данные зарубежных исследователей, согласно которым металлическая сетка, установленная над поверхностью почвы, уменьшила смыв почвы в 280 раз. Сетка разбивала капли дождя, уменьшала скорость их падения и кинетическую энергию, создавая эффект моросящего дождя. Этот опыт хорошо иллюстрирует защитное действие травянистой, кустарниковой и древесной растительности, на что в свое время обращали внимание П. А. Костычев, В. Р. Вильяме [149] и другие ученые.
Смыв почвы начинается, когда на поверхности склона сформировался слой текущей воды, который уже обладает энергией, превышающей силу сцепления почвенных агрегатов и их водопрочность. Разрушительная (эрозионная) работа воды при стоке обусловливается живой силой потока и может быть определена по известным формулам механики: Р = mV2/2 ще: Р - живая сила, Дж; m - масса воды, кг; V - скорость потока, м/с. При скорости V = V2gh кинетическая энергия потока I выражается формулой: I = mgh, где: g — ускорение силы тяжести, м/с"; h — высота падения склона, м. Поскольку ускорение g является постоянной величиной, энергия потока пропорциональна его массе и высоте падения склона.
Поверхностный поток расходует свою энергию на разрушение почвы, перенос разрушенного материала, преодоление трения. Перенос частиц осуществляется во взвешенном состоянии и перекатыванием. Для передвижения частиц ила и глины необходима скорость 0,057, мелкого песка — 0,16, гальки 0,3 — 1,6 м/с. Соотношение между массой влекомой частицы и скоростью течения определяется законом Эри, согласно которому масса частицы, передвигаемой в водном потоке, прямо пропорциональна скорости течения в шестой степени. Следовательно, удвоение скорости, потока приводит к увеличению массы влекомой частицы в 64 раза (2 ). Снижение же скорости потока обусловливает процесс аккумуляции (отложения) передвигающихся частиц.
В развитии ливневой- эрозии на отвалах техногенного ландшафта существенную роль играют падающие капли дождя. Это обусловлено тем, что энергия и сила падающих капель во много раз превышает соответствующие характеристики склоновых потоков из-за большой скорости падения капель и быстротечности удара, который в месте контакта капли с породой создает большое давление [150]. Широкому изучению капельно-дождевой эрозии, как в теоретическом, так и в прикладном плане, служили работы отечественных и зарубежных ученых [88, 156]. Эти исследования посвящены размеру и скорости падения капель, а также их воздействию на поверхность воды и почвы.
В условиях техногенного ландшафта деятельность капель дождя прослеживается во многих видах эрозионного процесса и начинается с эрозии микро- и макроагрегатов, проявляющейся в изменении физических свойств верхнего слоя породного отвала и в существенной мере влияющей на эрозию разбрызгивания. Максимальное влияние капли наблюдается в формировании ливневого поверхностного смыва породы, так как капля создает дополнительную турбулентность потока и увеличивает тем самым транспортирующую способность поверхностного стока. По мере нарастания стока турбулентная роль капель уменьшается. Изменение физических свойств верхнего слоя породы кинетической энергией капли дождя наиболее выражено у мела и пород тяжелого гранулометрического состава (глина келловея), т.е. пород агрегатированных или связных. Для их подвижки и переноса недостаточно энергии поверхностного стока и только под воздействием падающих капель дождя идет отрыв частиц- у связных пород или дробление агрегатированных отдельностей [116, 117].
Визуально1 было замечено, что в этой работе участвуют и разбрызгиваемые частицы, разлетающиеся в разные стороны и выполняющие такую же работу, как и капля дождя.
Механическое действие капель дождя зависит не только от их энергии, но и от угла приложения этой энергии к поверхности склона. В условиях невыровненности рельефа и преобладания склоновых поверхностей это особенно выражено.
Геология и почвообразующие породы
В пределах Белгородской области на формирование почв и других компонентов ландшафта исключительно большое влияние оказали особенности литологического состава пород.
Наличие в недрах Белгородской и смежных с нею Курской и Воронежской областей таких древнейших осадочных метаморфизованных толщ, так называемых магнето-амфиболовых и биотитовых сланцев и магнетито-железистых кварцитов, объясняется залегание богатейших в мире железных руд, образующих Курскую магнитную аномалию (КМА). Область наиболее интенсивного распространения КМА вытянута в направлении с юго-востока на северо-запад между 50 и 54 северной широты.
Лебединское месторождение богатых железных руд и железистых кварцитов находится на юго-восточной окраине города Губкина Белгородской области. Лебединское месторождение вскрыто двумя карьерами: Северным — Лебединским и юго-западным - Южно-Лебединским[87].
В контурах карьера хорошо видны взаимоотношения осадочных и докембрийских образований. На бортах и уступах карьера можно наблюдать постепенные переходы плотных богатых железных руд в рыхлые, которые сменяются окисленными железистыми кварцитами (рис. 3.1). Последние постепенно переходят в неокисленные их разности. Хорошо наблюдаются взаимоотношения различных минералогических типов железистых кварцитов и сланцев.
В структурном отношении Лебединское месторождение приурочено к центральной части сложного замыкания южного крыла Тим-Ястребовского синклинария и переклинальной части Лебедино-Голофеевского антиклинала. С запада оно ограничено Коробковским антиклиналом.
Район месторождения сложен метаморфизованными эффузивно-осадочными породами Михайловской, курской и оскольской серий, которые прорываются разновозрастными интрузиями и дайками ультраосновного, основного и кислого составов.
На месторождении в пределах проектных контуров карьера докембрийские образования представлены сланцево-песчаниковой и железорудной свитами курской серии. Нижняя сланцево-песчаниковая свита сложена кварцитовидными слюдистыми песчаниками с прослоями и линзами гравелитов, конгломератов и сланцев. Мощность свиты - от 50 до 500 м. Верхняя железорудная свита представлена двумя подсвитами железистых кварцитов и двумя подсвитами сланцев. Мощность свиты - 450...650 м. Железистые кварциты составляют около 60 % мощности железорудной свиты.
Нижняя железорудная подсвита развита в периферических частях месторождения. Мощность ее колеблется от 75 до 150 м. В составе подсвиты выделяется два горизонта, сложенные в основном магнетитовыми с актинолитом, тремолитом и куминоготито-магнетитовыми кварцитами [6].
Верхняя железорудная подсвита, мощностью 220...230 м, слагает основное рудное поле месторождения. В составе ее выделяются 3 горизонта. Нижний горизонт сложен магнетитовыми с тальком, актинолитом и карбонатом, щелочноамфиболово-магнетитовыми, иногда с эгерином, разновидностями железистых кварцитов. Они взаимно переслаиваются по падению и замещаются по простиранию. Средний горизонт сложен переслаиванием пластов железистых кварцитов с тонкими пропластками сланцев. Верхний горизонт сложен силикатно-магнетитовыми и магнетитовыми кварцитами, нередко с тальком, актинолитом, карбонатами и щелочными амфиболами. Докембрийские образования в пределах месторождения прерываются субпослойными дайками карбонато-биотитового состава и секущими субширотными дайками биотитовых диорит-порфиритов.
На всех докембрийских породах месторождения развита площадная кора выветривания мощностью от 9 до 80...90 м. Богатые железные руды развиты на железистых кварцитах в виде шести плащеобразных залежей с неправильными очертаниями. Мощность залежей колеблется от 0 до 60 м (в среднем 19,7 м).
Переотложенные руды на месторождении образуют промышленные залежи в виде линз. Они с несогласием залегают на остаточных железных рудах, реже на железистых кварцитах и сланцах или согласно внутри толщи слаборудных и безрудных брекчий и пестроцветных песчано-глинистых отложений девона.
Из четвертичных пород на территории области наиболее распространены как почвообразующие породы лессовидные суглинки и глины, покровные глины, меловые отложения, современные и древние аллювиальные и аллювиально-делювиальные отложения, пески и супеси.
Лессы небольшой площадью (7,3 тыс. га) выделены в крайней западной части области. Лессовидные суглинки и глины эллювиально-делювиального происхождения распространены на территории области повсеместно. Их общая площадь составляет 2202,6 тыс. га. На западе мощность их залегания равна 10... 15 м. На склонах южных экспозиций лессовидные породы зачастую полностью смыты. Эти породы отличаются палево-желтым, светло-бурым, а иногда бурым цветом, комковато-призмовидной структурой, тонкопористо стью, слабо уплотненым сложением, скоплением карбонатных солей в виде плесени, псевдомицелия, белоглазки, журавчиков, разных форм дутиков. По гранулометрическому составу они, как правило, тяжело- и среднесуглинистые, реже легкосуглинистые.
Наиболее характерными свойствами лессовидных пород является слабощелочная реакция среды, достаточно высокая сумма поглощенных оснований и карбонатность. Из приведенного следует, что лессовидные породы для растений обладают благоприятными свойствами. На них сформировались наиболее плодородные почвы области — черноземы типичные, выщелоченные и обыкновенные.
В Старооскольском районе, на границе с Воронежской областью, залегают покровные карбонатные глины, подстилаемые мореной днепровского оледенения. Они имеют мощность 15...20 м, характеризуются палево-желтой окраской с коричневатым оттенком, сравнительно высокой пористостью (до 45 %), высокой удельной массой (2,75...2,77), легко- и среднеглинистым гранулометрическим составом при содержании физической глины — 72,6...83,4 %. На востоке и юго-востоке области, отчасти в центральной ее части местами почвообразование развивается на третичных глинах, для которых характерны зеленовато-оливковый цвет, значительная карбонатность и призмовидная структура. Во влажном состоянии порода становится липкой, вязкой, бесструктурной. Гранулометрический состав чаще всего среднеглинистый. Содержание физической глины колеблется в пределах от 61 до 82 % [6].
Нередко, на склонах в качестве почвообразующих пород выступают продукты разрушения мела, их площадь составляет 97,6 тыс. га. Эти породы состоят из обломков мела и мелкоземистой массы хрящеватого суглинка серовато-белесоватого цвета. На глубине мелкоземистый элювий подстилается малоизмененной коренной породой — мелом. Элювий мела неоднороден по гранулометрическому составу: содержание фракции физической глины колеблется в широких пределах от 43,5 до 64,3 %. Эти породы бедны элементами питания, обладают плохими физическими и водно-физическими свойствами. На них сформировались черноземы остаточно-карбонатные.
Пески и супеси на территории области распространены на площади 59,9 тыс. га и являются породами флювиогляциального, реже древнеаллювиального происхождения. Они отличаются некоторой слоистостью. Это рыхлые бесструктурные породы, промытые нисходящими токами воды. Они лишены водорастворимых солей, крайне бедны элементами питания. В гранулометрическом составе преобладает фракция песка (80...96 %). На них образовались бедные почвы легкого гранулометрического состава [6].
Древнеаллювиальные отложения на территории области занимают 69,6 тыс. га, встречаются на первой надпойменной террасе и являются древними продуктами отложения рек. Это слоистые, пестроцветные, оглеенные суглинистые и глинистые почвообразующие породы. Содержание в них физической глины варьирует от 36,5 до 65,4 %. Близкое к поверхности залегание грунтовых вод (2...4 м) способствует оглеению почвообразующей породы. На них сформировались черноземно-луговые и лугово-черноземные почвы высокого естественного плодородия [6].
В поймах рек на площади 129,9 тыс. га почвообразующими породами являются современные аллювиальные отложения. Они представляют собой переотложенную массу как почвообразующих и подстилающих пород, так и почвенных частиц, смываемых талыми и дождевыми водами с окружающих участков водоразделов. Наиболее характерная их черта — горизонтальная слоистость. В толще аллювия обычно наблюдаются ржаво-охристые, сизые пятна, либо оглеенные или оруденелые прослойки. Гранулометрический состав этих пород варьирует от песчаного до легкоглинистого. Им свойственна высокая окарбоначенность. На этих породах сформировались аллювиальные луговые почвы разной степени оглеения.
По днищам балок почвообразование происходит на аллювиально-делювиальных отложениях, представленных материалом, смытым со склонов, а также вынесенным из оврагов временными водотоками. Они характеризуются меньшей сортированностью материала, большей слоистостью, неоднородностью гранулометрического состава.
Рост и развитие лесных культур на отвалах
Для проведения опытных работ по биологической рекультивации на отвалах КМА создавались лесные культуры с учетом лесорастительных условий и состава грунтосмесей. Лесоразведение на отвалах и других нарушенных землях имеет ряд особенностей, обусловленных многообразием и спецификой экологических условий. Влияние неблагоприятных свойств грунтосмесей, условий климата, эрозионных процессов и других факторов на промышленных землях проявляется сильнее, чем на обычных агролесомелиоративных объектах.
На всех видах нарушенных земель Лебединского ГОКа сотрудниками кафедры лесомелиорации, почвоведения и озеленения ВГЛТА было испытано 48 видов деревьев и кустарников [122].
Многолетними исследованиями по изучению их состояния и биометрических показателей достоверно установлено перспективность некоторых древесных пород и кустарников, пригодных для биологической рекультивации. В начале жизни культур отмечается притуплённый рост почти у всех пород, потом интенсивность роста увеличивается. И.В. Трещевский, Ф.Е. Иванов, и Я.В. Панков предложили разделить древесно-кустарниковые породы на 3 группы по энергии роста: слабого, среднего и более интенсивного роста.
Для оценки условий произрастания лесных культур и подбора ассортимента древесных пород и кустарников, наиболее пригодных для быстрого предотвращения эрозионных процессов на нарушенных землях, в наших исследованиях были проанализированы рост и развитие более интенсивно растущих пород на отвалах различных по составу грунтосмесей и способу формирования.
Гидроотвал Березовый лог является специфическим отвалом, представляющим техногенные земли в регионе. В начале, после гидравлического намыва отвала из чистого песка в одноименную балку наблюдалась бурная ветровая эрозия, поэтому он являлся одним из основных источников загрязнения в районе г. Губкина и прилегающих к нему населенных пунктов. В дальнейшем на поверхность отвала был нанесен слой чернозема мощностью от 20 до ПО см. После проведения землевания на отвале с 1975 по 1990 гг. (до окончания его намывки) проводились работы по закреплению посадками древесных пород и кустарников с размещением 2 х 0,7, а так же посевом многолетних трав. К настоящему времени он является полностью восстановленным объектом. Культуры сосны обыкновенной располагаются на втором уступе и занимают значительные по площади участки откосов отвала. В первые годы после посадки, в силу жестких лесорастительных условий, сосна обладает слабым ростом (табл. 5.1, рис. 5.1). К 5-летнему возрасту, данная порода достигает высоты 1,5 м и диаметра 2,8 см. К 10 годам высота увеличилась в 2,5 раза, а диаметр почти в 3 раза, к тридцатилетнему возрасту культуры сосны формируют высоко-полнотное насаждение со средней высотой 11,3 м и средним диаметром 12,2 см.
Под пологом сосны накапливается подстилка из опада хвои, напочвенный покров из трав полностью отсутствует. В 2006...2007 годах в культурах сосны были проведены рубки ухода в целях улучшения их состояния и сохранения выполняемых мелиоративных функций.
Культуры робинии лжеакации расположенные на нижнем уступе гидроотвала, через 5 лет после посадки, достигли 1,5 метровой высоты и диаметра 2,1 см. В 10-летнем возрасте средняя высота увеличилась в 3 раза, а средний диаметр насаждения в 2,3 раза. На данный период насаждения робинии лжеакации имеют среднюю высоту 12,7 м, диаметр 13,4 см и в полной мере выполняют защитные функции. Под пологом образуется грубая подстилка (6... 10см) из листового опада, веток и бобов, которая полностью укрывает плодородный слой, нанесенный на песок, и препятствует развитию эрозии.
На железнодорожном отвале, сложенном из песчано-меловой смеси путем железнодорожной сухой отсыпки, в 1972... 1979 гг. были заложены различные опытно-производственные культуры с размещением 2 х 0,5 м.
Исследованиями подтверждается, что наиболее интенсивный рост имеют культуры акции белой. Уже к пятилетнему возрасту, они достигают высоты 1,7 метра со средним диаметром 2,1 см. К 10 годам высота насаждений робинии увеличилось в 3,4 раза. На данный момент в тридцатилетнем возрасте робиния формирует высокополнотное насаждение со средней высотой 15,2 м, и средним диаметром 11,4 см. Под пологом образуется грубая подстилка из опада (5... 7 см), которая полностью укрывает песчано-меловой субстрат и предотвращает развитие эрозионных процессов.
Береза повислая, на отвалах из песчано-меловой смеси, через 5 лет после посадки имеет высоту 0,4 м и диаметр 1,2 см. Это в 4 раза меньше высоты и в 3 раза меньше диаметра робинии лжеакации в том же возрасте. К 10 годам средняя высота защитных лесных насаждений березы увеличилась в 7 раз и достигла 2,7 м, что в 2,1 раза меньше, чем у насаждений робинии. Средний диаметр составил 5,2 см, что в 1,5 раза меньше, чем у культур робинии в том же возрасте. К настоящему времени средняя высота достигла 13,2 м, а средний диаметр 12,4 см. Под пологом березы образовалась подстилка из листового опада мощностью до 5 см с незначительным количеством травянистой растительности, которая в полной мере защищает поверхность отвала от эрозии.
Культуры облетай крушиновой имеют слабый рост и развитие в первые десять лет после посадки. Средняя высота 10-летних облепишников на песчано-меловых отвалах не превышает 1,2 м, а диаметр не более 2 см. К тридцатилетнему возрасту средняя высота насаждения достигла 8,41 м, средний диаметр - 9,83 см.
На нижней призме автоотвала, сложенного сухой отсыпкой мело-мергеля в 1978 году были вручную под меч Колесова созданы опытно-производственные культуры с размещением посадочных мест - 2,2 м между рядами и 0,5... 0,7 м - в ряду.
Наиболее интенсивный рост имеют насаждения березы повислой, средняя высота в пятилетнем возрасте достигала 0,75 м со средним диаметром 1,6 см. К десяти годам высота в 6,7 раза больше и равна 5,0 метрам, а средний диаметр увеличился в 4,2 раза. В данный момент культуры березы формируют высокополнотное устойчивое насаждение со средней высотой 15,2 м, и средним диаметром 13,3 см. Под пологом образуется подстилка из листового опада мощностью до 6 см с незначительным наличием травянистой растительности.
Культуры робинии лжеакации на мело-мергельном автомобильном отвале к 5 годам после посадки достигли высоты 0,55 м и диаметр 0,83 см. Это в 1,4 и в 2 раза меньше, чем у культур березы в том же возрасте. Через 10 лет после посадки показатели культур выросли в 5,8 раза по высоте и в 3,1 раза по диаметру. На данный период робиния лжеакация на автоотвале имеет среднюю высоту 10,7 м, диаметр — 11,4 см. Для улучшения состояния насаждения и предупреждения развития очагов размножения вредителей и болезней необходимо провести санитарно-выборочные рубки. Однако, такое состояние насаждения не повлияло на защитные функции, которые оно выполняет в полной мере. Под пологом акции образуется грубая подстилка 4...7 см из опада, которая полностью укрывает отвальный субстрат и препятствует развитию эрозии.
На суглинках, нанесенных на откосы хвостохранилища, начиная с 1987 года и до настоящего времени производится создание облепишников.
Облепиха имеет самый интенсивный рост в первые 2...5 лет, когда ежегодный прирост составляет в среднем 0,52 м. Поэтому уже в 5-ти летнем возрасте культуры полностью смыкаются в ряду и частично - в междурядьях. Средняя высота насаждения составила 1,65 м, а средний диаметр - 2,3 см. К 10 годам показатели насаждения облепихи крушиновой возросли по высоте в 2,5 раза и по диаметру в 1,6 раза. К 20 летнему возрасту культуры облепихи на нанесенном суглинке хвостохранилища формируют не проходимые заросли, достигающие высоты 6,5 м со средним диаметром 6,3 см. Это устойчивое насаждение, в полной мере выполняющие защитные функции.
Противоэрозионная эффективность биологической рекультивации отвалов
При сравнении интенсивности смыва с отвалов без рекультивации, и после ее проведении, была определена противоэрозионная эффективность биологической рекультивации выраженная процентным соотношением предотвращенного смыва грунтосмеси с поверхности отвала по предложенной нами формуле
При достижении 90 %-й эффективности смыв с отвала прекращается.
На мело-мергельных автоотвалах под культурами акции белой, в первые 5 лет, противоэрозионная эффективность биологической рекультивации, практически не наблюдается (табл. 5.6). К 10 летнему возрасту культур эффективность достигла — 30%.
В 5-летнем возрасте культур березы повислой эффективность рекультивации не превышает 20 %, к 10-летнему возрасту достигла - 36...50 %.
В варианте с посевом многолетних трав уже через 5 лет эффективность биологической рекультивации достигает 84...95 %.
После биологической рекультивации песчано-меловых отвалов сухой отсыпки (железнодорожный отвал), в культурах робинии лжеакации, через 5 лет при осадках интенсивностью 3...4 мм/мин эффективность составила - 40 %, при 7...8 мм/мин - 12%. К 10-летнему возрасту культур смыв прекратился -противоэрозионная эффективность рекультивации достигла 94... 100%.
В течении первых 5 лет после посадки, в тех же условиях, березы повислой возможно уменьшение смыва отвального субстрата на 23 %, а к 10 годам на 79...90 %.
При посадке облепихи крушиновой на откосах песчано-меловых отвалов, уже через 5 лет противоэрозионная эффективность составила 60 %, при осадках интенсивностью 3...4 мм/мин, а при интенсивности 7...8 мм/мин, эффективность рекультивации не превышает 20 %. Через 10 лет смыв песчано-меловой смеси прекратился, противоэрозионная эффективность достигла 99... 100%.
После проведения биологической рекультивации на гидроотвале Березовый лог, под пологом 5-летних культур робинии лжеакации при осадках интенсивностью 3...4 мм/мин эффективность не более 45 %, а при интенсивности 7...8 мм/мин — 72 %.К 10-летнему возрасту насаждений смыв прекратился, эффективность в предотвращении эрозии достигла 86...99 %.
Под пологом 5-летх культур сосны обыкновенной, противоэрозионная эффективность при осадках интенсивностью 3...4 мм/мин на 16 % меньше, а при интенсивности осадков 7...8 мм/мин - на 27 % меньше чем в культурах робинии в том же возрасте. К 10-летниему возрасту культур смыв чернозема прекратился, противоэрозионная эффективность рекультивации составила 99 %
В варианте с посевом многолетних трав, противоэрозионная эффективность биологической рекультивации, через 5 лет достигает 83...99 % при любой интенсивности осадков.
Через 30 лет после проведения биологической рекультивации во всех вариантах эффективность в предотвращении водной эрозии достигает 99...100%
При посадке культур облепихи на откосах хвостохранилища противоэрозионная эффективность биологической рекультивации уже через5 лет достигает — 90 % при интенсивности осадков 3...4 мм/мин, а при интенсивности 7...8 мм/мин - 63 %. К 10 летнему возрасту облепихи смыв нанесенного суглинка прекращается, противоэрозионная эффективность рекультивации составляет 96...99 %
