6.6.7.. Характеристика гірських порід і реакція на них рослин

Важливою умовою технічної підго­товки до рекультивації є якісна оцінка грунтів і порід, що повинно бути основою при плануванні робіт з ре­культивації порушених земель. Ці угіддя істотно розрізняються складом і властивостями порід, формою і будо­вою рельєфу, вмістом поживних і фі­тотоксичних сполук. Крім того, терито­рії, які підлягають рекультивації, не­однакові за агрокліматичними умова­ми. Все це зумовлює різні напрями рекультивації і ступінь її технічної складності.

Родючість гірських порід істотно відрізняється від родючості зональних грунтів, особливо чорноземів. Якщо родючість зональних грунтів універ­сальна і дає можливість вирощувати будь-які культури, то у гірських порід вона визначається ступенем їх відпо­відності біологічним особливостям вирощуваних культур.

Найбільш придатними гірськими по­родами, на які доцільно укладати чор­ноземну масу, є полімінеральні (пере­важно гідрослюдисто-монтморілоніто-ві) і полідисперсні (суглинкові), леси. лесовидні, червоно-бурі покривні су­глинки. Можна використовувати поро­ди неогенового і палеогенового віків (легкоглинистих і суглинкових).

Не можна використовувати гірські породи, які мають фітотоксичні влас­тивості (містять надмірну кількість легкорозчинних солей, пірит, рухомі форми заліза і алюмінію), породи більш ранніх геологічних віків (крей­да і юра мезозойської, карбон і девон палеозойської ер), бо вони мають не­сприятливі фізичні властивості і дещо фітотоксичні, а також породи, близькі до мономінеральних і монодисперсних (піски, крейда, каолін, мергель, вап­няки, щільні і скальпі відклади). У та­ких породах немає більшості необхід­них для рослин живлення елементів.

Отже, генезис, склад і властивості гірських порід слід визначати вже на стадії геологічної розвідки родовиш корисних копалин і користуватися ци­ми даними для вибору раціональної технології відвально-розкривних ро­біт. З точки зору придатності всі оса­дочні породи України поділяють на три групи:

субстрати з потенціально родю­чими породами — лесовидні і незасолені породи неогену (глини, суглин­ки) ;

малопридатні субстрати — елювій скальних порід і піски, супіски, поро­ди, які містять легкорозчинні солі, гіпс, карбонати;

непридатні субстрати — містять токсичні речовини (групи сульфатних,.

сульфідних, галоїдних та інших по­рід), скальні породи.

Як підстилаючі породи використо­вуються тільки потенційно родючі, які здебільшого представлені лесами і ле-совидними суглинками. Менш придат­ними є червоно-бурі глини і відвальні суміші.

Доведено, що різні рослини неодна­ково реагують на гірські породи. Так, у Дніпропетровському сільськогоспо­дарському інституті випробувано 22 гір­ські породи для вирощування 32 видів польових культур, 11 порід плодових і ягідних культур, 15 видів лікарських рослин. За результатами порівняння їх продуктивності на гірських породах з продуктивністю на зональних грун­тах вивчені види рослин поділили на еколого-трофічні групи: мега-, мезо-, оліго-, евритрофи.

Мегатрофами є рослини, які най­більш вимогливі до едафічного (грун­тового) середовища. Вони не можуть добре вегетувати на осадочних пухких породах, які містять мало азоту і фос­фору. До мегатрофів належать пшени­ця, жито, овес, ячмінь, кукурудза, про­со, сорго, гречка, соняшник, рицина, кавуни, житняк, пирій та інші куль­тури.

Мезотрофи (чина, горох) — це рос­лини, вимоги яких до едафічного се­редовища нижчі, ніж у мегатрофів. На субстратах гірських порід вони за­безпечують більшу продуктивність, ніж мегатрофи, яка має вже виробни­че значення, але ще не досягає показ­ників урожайності на зональних грун­тах.

Оліготрофи — це рослини з досить вузькою екологічною амплітудою, які здатні вегетувати при високій кислот­ності грунту, підвищеному його засо­ленні, несприятливому водному чи по­вітряному режимі. До них в основно­му належать дикоросла флора (аци-дофіти, галофіти, псамофіти, аргило-фіти, литофіти та ін.).

Евритрофи (люцерна, еспарцет, бур­кун, лядвенець, астрагал, вязіль, вов­чуг та інші рослини, в основному багаторічні бобові трави) на пеудоб-рених гірських породах забезпечують майже таку саму продуктивність, як і на непорушених староорних чорнозе­мах. Ці рослини здатні до симбіотич­ної фіксації азоту, частково чи повніс­тю можуть протистояти дії одного чи кількох обмежуючих факторів едафіч­ного середовища.

Продуктивність мегатрофів на полі-мінеральних полідисперсних гірських породах, які не містять фітотоксичних речовин, становила до 35 %, мезотро-фів — 35—65, евритрофів — 65—100 % і вище рівня їх урожаїв на сортоділь­ницях і в передових господарствах на непорушених орних чорноземах.

6.6.3. Способи рекультивації

Перед початком гірничих робіт зні­мають родючий шар на всій відведе­ній гірничому підприємству площі. Грунт знімають залежно від глибини гумусового шару за 2—3 цикли. Зні­мають і зберігають родючий шар грун­ту з вмістом гумусу не менше 1 %. Грунти укладають в бурти, які розмі­щують там, де не спостерігається три­валого перезволоження, засолення чи розмивання. За перший цикл зніма­ють верхній гумусовий горизонт, а за другий — нижній, який укладають в окремий бурт. Якщо є агрономічно цінні грунти (чорноземи), проводять і третій цикл зняття грунту, створюючи ще один окремий бурт. Розкриті поро­ди також складають в окремі бурти. На кожному бурті створюють відкоси (28—30°). Грунт на ділянки рекульти­вації перевозять і наносять у зворот­ній послідовності.

Способи рекультивації залежать від наступного використання ділянки зем­лі, яка відводиться для розробок. Так, якщо територія призначена для будів­ництва доріг, будівель тощо, тобто не буде використовуватися для вирощу­вання рослин, то верхній родючий шар грунту, знятий під час гірничих, буді­вельних та інших робіт, згідно із зе­мельним законодавством повинен ви­користовуватися для землюваиня ма­лопродуктивних угідь. Материнську породу, зняту при цьому, використову­ють для засипання кар'єрів, виполо-жування ярів тощо. Якщо порушені землі планують ви­користовувати в сільськогосподарсько­му чи іншому виробництві, одночасно з гірничими роботами необхідно про­водити профілактичну рекультива­цію — озеленення травами і чагарни­ками вільних від видобування руди ділянок, тому що відвали самозарос-тають дуже повільно. Для прискорен­ня природного заростання порід і грун-тосумішей у відвалах і припинення процесів ерозії на попередньому про­філактичному етапі рекультивації не­обхідно застосовувати заходи, які по­ліпшують екологічні умови: часткове планування на тимчасово не діючих або відпрацьованих частинах відвалів, виположування великих схилів, затри­мання снігу (особливо на інсолюючих і вітроудариих схилах), нанесення на поверхню відвалів більш родючих зня­тих грунтів, захоронення токсичних порід, влаштування найпростішої во-дорегулюючої мережі, підбір найбільш перспективних рослин-освоювачів.

Ці заходи в поєднанні з сівбою трав дають можливість збирати непогані врожаї сіна, оздоровити екологічну обстановку, а також поліпшити якість знятого грунту. Однак профілактичний стан сам по собі не вирішує проблем рекультива­ції до кінця. Порушені землі повинні, як правило, відновлюватися переваж­но під сільськогосподарські угіддя для інтенсивного ведення землеробства. На другому етапі їх рекультивації не­обхідно застосовувати більш інтенсив­ні заходи. Це — формування штучних грунтів на спланованих породах відва­лів і прилеглих малопродуктивних угіддях нанесенням на них шару чор­нозему, окультурення спланованих по­тенційно родючих порід внесенням мі­неральних і органічних добрив, виро­щуванням бобових трав, заорюванням сидератів, обробітком грунту, зрошен­ня тощо.

Рекультивацію починають з плану­вання розкритих порід. При цьому ве­лике значення має форма поверхні (рельєф) площі, яка рекультивується. Рельєф повинен виключати можли­вість ерозії.

Щоб запобігти застоюванню дощо­вих і талих вод, поверхню вирівнюють з невеликим нахилом в один бік (1— 2°). Шар грунту, який наноситься, по­винен мати однакову глибину по всій площі. Планування поверхні здійснюється в два етапи. Перший етап включає ви­рівнювання великих гребенів, конусів, засипання западин. Токсичні для рос­лин породи на ділянках вкривають ша­ром потенційно родючого грунту тов­щиною до 1,5 м. На другому етапі після завершення інтенсивного осідан­ня породи планування поверхні повто­рюють, укладаючи шар родючого грунту.

При нерівномірному осіданні вирів­няної і вкритої родючим шаром пло­щі можуть утворюватися западини, їх треба ще раз засипати без повтор­ного планування, оскільки це призведе до зменшення глибини родючого шару на суміжних з западинами ділян­ках.

Ділянки, де з технічних причин пла­нування поверхні неможливе, доцільно використати під лісові культури, для яких допускається хвилястий рельєф з нахилом до 3—5°.

Площі, які передбачається викорис­тати під сади, можуть мати і терасо-видну поверхню. Використання чорнозему, знятого з земель гірничого відведення,— най­більш ефективний і швидкий спосіб відновлення порушених земель і під­вищення родючості малопродуктивних угідь. Знятий і заскладований в бур­тах чорнозем — це родючість, набута протягом 1,5—2 тис. років, тому ви­трачати його слід економно, ра­ціонально. Не можна зберігати чор­нозем довго (понад 25—ЗО років), бо при цьому втрачається його якості (зменшується вміст гумусу, погіршує­ться структура, знижується біологічна активність тощо).

Найбільше погіршується якість і рунту при переміщенні по ділянці, яку культивують, гідротранспортом. Якщо, наприклад, гранулометричний склад нанесеного шару грунту в цен­тральній (ядерній) зоні важкосуглинт ковий, то в зоні намивання і проміж­ній він середньо- і легкосуглинковий, а іноді — супіщаний. Вміст органічної речовини в шарі 0—40 см намитого чорнозему змінюється від 4,8 в ядер­ній зоні до 1,32 % в проміжній і 2 % в зоні намивання; помітпо зменшуєть­ся і вміст рухомих поживних речо­вин — фосфору, калію, кальцію. Чор­нозем стає безструктурним, щільним (до 1,5—1,8 г/см3), при висушуванні часто вкривається тріщинами. Тому в перші роки освоєння таких полів уро­жайність сільськогосподарських куль­тур на ЗО—35 % нижча порівняно з культурами, де чорнозем наносився автотранспортом і треба не менше 3— 5 років для меліоративного освоєння і досягнення більш вирівняної і висо­кої родючості.

Товщина родючого шару грунту на рекультивованих площах повинна ста­новити не менше 30—40, а при вико­ристанні лише потенційно родючих грунтів — понад 80 см. Так, дослідженнями А. М. Бурикіна доведено, що гірські породи мають ду­же низьку родючість. Нанесення на них гумусового шару товщиною 0,2 м підвищує врожай зерна у 2—4 рази. Максимальні врожаї всіх культур зі­брані після нанесення на породи гуму­сового шару товщиною 0,6—0,8 м. Проте максимальною товщиною слід вважати 0,4 м, оскільки з розрахунку на кожні додаткові 10 см гумусового шару в цьому випадку мали макси­мальний приріст урожаю, із збільшен­ням товщини понад 0,4 м вона зни­жується (табл. 18). Дніпропетров­ським СГІ обгрунтована загальна тов­щина формування рекультивованого ґрунтового покриву, яка включає на­сипні шари грунту і сприятливих гор-них порід, які підстеляють їх. Для підзони південних чорноземів вона становить 1—1,5 м, звичайних—1,5— 2 і типових чорноземів — 2,5 м. Шар такої товщини відповідає зоні діяль­ності кореневої системи рослин, має гідрологічний об'єм, який дає можли­вість вбирати атмосферні опади про­тягом року і забезпечує польові куль­тури необхідними запасами ґрунтової вологи.

Товщина знятого шару чорнозему повинна дорівнювати сумарній товщи­ні двох верхніх генетичних горизонтів: гумусно-акумулятивного і першого пе­рехідного (А + Ві). Проте при змішу­ванні ґрунтової маси двох генетичних горизонтів зменшується родючість ре­культивованих грунтів за результата­ми вегетаційних дослідів у середньому на 28 % і польових дослідів на 18 %. Тому при сільськогосподарському освоєнні рекультивованих таким спо­собом земель необхідно вносити вищі дози органічних і мінеральних добрив (на 20—ЗО % вищі, ніж на прилеглих староорних чорноземах).

На Україні великі площі займають золовідвали теплових електростанцій, які нерідко стають джерелом забруд­нення навколишнього середовища. Ви­користання золи електростанцій для поліпшення агрофізичних і агрохіміч них властивостей порід у відвалах дає можливість не тільки усунути джере­ло забруднення, а й підвищити ефек­тивність рекультивації. Технічний етап рекультивації при цьому передбачає вирівнювання поверхні золовідвалів, виположування схилів, меліорацію токсичних грунтів, транспортування родючих грунтів і нанесення їх на ви­рівняну поверхню відвалів. У разі не­обхідності влаштовують водовідводи. На біологічному етапі виконують ком­плекс агротехнічних заходів, які спри­яють відновленню біологічної актив­ності поверхні відвалів (внесення мі­неральних і органічних добрив, висі­вання сидератів, а потім вирощування районованих сільськогосподарських культур).

Основною умовою, яка забезпечила відновлення продуктивності порушених земель при спорудженні газопроводу «Союз» Уренгой — Помари — Ужго­род, стало зняття верхнього гумусова-ного шару грунту в смузі 13 м і скла­дування його у відвалах до закінчен­ня будівельних робіт з наступним нанесенням на землі, які рекультиву­валися.

Відвали, які складаються з токсич­них сульфідовмісних порід, поширені в Підмосковному буровугільному ба­сейні, не заростають і внаслідок цього зазнають інтенсивної водної та вітро­вої ерозій Продукти ерозії забрудню­ють навколишнє середовище, спостері­гається підкислення і сульфатне засо­лення ґрунтового покриву, значно під­вищується рівень мінералізації по­верхневих, ґрунтових і підземних вод на територіях, які прилягають до тех­ногенних ділянок.

Дослідженнями доведено, що нане­сення ґрунтового шару безпосередньо на сульфідовмісні породи погіршує властивості насипного чорнозему і зни­жує врожаї до 50 %. Встановлено та­кож, що сільськогосподарську рекуль­тивацію таких порушених земель мож­на здійснити нанесенням на вирівняну поверхню відвалів екранізуючого шару карбонатного суглинку, а потім — і ро­дючого ґрунтового шару (їх селектив­но знімають під час проведення роз­кривних робіт) або нейтралізацією токсичних порід внесенням високих доз вапна чи перемішуванням їх з кар­бонатним суглинком.

Найбільш ефективний метод — екра­нування. Використання суглинкового екрана запобігає погіршенню власти­востей нанесеного ґрунтового шару під впливом підстилаючих фітотоксичних порід. Оптимальна товщина екрана — не менше 0,5 м, ґрунтового шару — 0,4—0,5 м.

Основні правила рекультивації від­валів буровугільних басейнів такі:

на освоюваних ділянках необхідне селективне формування відвалів (щоб запобігти виносу на поверхню сульфі-довмісних порід);

нанесення гумусового ґрунтового шару безпосередньо на сульфідовмісні породи;

для створення повноцінних орних ділянок на відвалах з сульфідовміс-ними породами доцільний метод екра­нування суглинків з наступним нане­сенням гумусового ґрунтового шару;

при застосуванні методів прямої ме­ліорації сульфідовмісних порід вапну­ванням і змішуванням з карбонатним суглинком на них слід створювати кормові угіддя;

товщина рекультивованого шару при створенні полів повинна бути не мен­ше 80 см (у тому числі товщина екра­на— не менше 20 см), при створенні кормових угідь — не менше 60 см;

на рекультивованих землях необхід­но суворо додержувати правил агро­техніки, щороку вносити добрива у рекомендованих нормах. Тривалість меліоративного періоду повинна стано­вити не менше 8—10 років.

За даними багаторічних досліджень у Нікопольському районі Дніпропет­ровської області, у Кримській АРСР та в Західному Донбасі, на землях, які рекультивують, можна створювати садові агроценози з урожайністю пло­дових культур 73—245 ц/га, кісточко­вих — 30—129 і ягідних — 20—45 ц/га. Для цього здебільшого застосовують три способи рекультивації: суцільне нанесення на гірські породи шару чор­нозему товщиною 60—80 см (для пло­дових культур-мегатрофів), локальне внесення грунту в траншеї та ями (для мезотрофів) і без землювання безпо­середньо на сприятливих гірських по­родах (для евритрофів).

Великий досвід промислового впро­вадження технології з урахуванням вимог біологічної рекультивації земель нагромаджений у Нікопольському мар­ганцеворудному басейні. Ця техноло­гія передбачає: 1) селективне триярус­не виймання і укладання у відпрацьо­ваній частині кар'єру гірських порід, при яких товщина відкладів, що по­криває корисні копалини, ділиться на три частини з урахуванням придатнос­ті їх для біологічної рекультивації; 2) розробку скреперами ґрунтової ма­си перед початком робіт і складування п в бурти; 3) переміщення грунту на сплановану поверхню відвалів за до­помогою стрічкових конвейєрів, які набагато ефективніші, ніж автомо­більний і залізничний транспорт; 4) грубе планування (вирівнювання) поверхні грунту крокуючими драглай-нами (не бульдозерами, як це робили раніше).

Застосування такої технології забез­печує високу родючість рекультивова­них земель і зменшує капітальні за­трати на створення 1 га ріллі в серед­ньому на 3 тне крб. (з 7,5—8 до 4-4,5).

Для родовищ з неглибоким заляган­ням корисних копалин (15—20 м) за­стосовують селективне двох'ярусне ви­ймання і укладання порушеної гір­ської маси, при якій малоцінні і малородючі відклади відсипаються в нижню частину відпрацьованого кар'­єру, а цінні — виносяться на його по­верхню.

У місцях просідання грунту (мульд) при підземному добуванні вугілля (За­хідний Донбас) доцільно формувати рекультивовані землі з такою страти­графією: шахтні породи — 3,5—4 м, які виконують роль фундаменту і во-доупору і лесовидні суглинки (во­довмісний шар) — 50 см, ґрунтова маса звичайного чорнозему (родючий шар)—50—70 см. За даними Дніп­ропетровського сільськогосподарського інституту, на рекультивованих таким способом землях урожайність озимої пшениці становила 50,4—53,8 ц/га, ку­курудзи на зерно — 45,6—48,7, багато­річних бобових трав на сіно — 59,0— 75,9 ц/га.