Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Файлы

Махинов А.Н., Махинова А.Ф., Шевцов М.Н.

Статья в формате PDF

146 KB

Введение. Освоение минеральных ресурсов северных районов Хабаровского края приводит к значительному разрушению почвенного покрова (ПП), вызывая необходимость в исследовании экологических последствий и разработки прогнозов его изменения. В связи с этим особенно острыми становятся вопросы количественно-вероятностной оценки предельных состояний устойчивости ПП в районах разработки месторождений, где при механическом нарушении поверхности, активно происходит протаивание мерзлоты и быстрое сползание рыхлого чехла вниз по склону. Особенно сложная ситуация возникает на крутых склонах, где скорость деградации ПП резко возрастает. Существующие до настоящего времени предельно допустимые оценки потерь ПП в условиях золотодобычи, представляют собой приближенные значения полученные лишь для некоторых участков. Однако такие данные не удовлетворяют современным требованиям. Не разработан метод, позволяющий рассчитывать допустимую площадь деградации почв, не нарушающую механизмы самовосстановления. Отсутствует оценка количественных параметров процессов саморегуляции (механизмов регулирующих жизнеспособность функций почв). Кроме того, отсутствие единой шкалы техногенной нагрузки на почвенный покров и критериев эффективности использования территории в районах разработки минеральных ресурсов, также обуславливает дискуссионность многих вопросов, связанных с рациональным использованием природных ресурсов.

Цель исследований. Рассчитать область предельных состояний устойчивости почвенного покро-ва при разработке месторождения на примере конкретного участка для выбора наиболее оптимального варианта основных производственных объектов, а также оценки риска возникновения опасности природных событий, характеризующихся негативными последствиями.

Материалы и методы исследований. В бассейне р.Авлаякан исследованы: 1)структура почвенного покрова и ее основные параметры (выделены разности почв, определена вариабельность дернового горизонта и профиля почв, получены основные физико-химичеческие характеристики, измерена глубина протаивания мерзлого слоя); 2)некоторые пространственные параметры горнорудного производства (площади вскрыши в пределах различных ландшафтов отчуждения земель под дороги, места складирования руды, ЗИФ, хвостохранилище и др.), 3)факторы риска (форма и крутизна склонов, температурные показатели и количество теплых дней, глубина залегания мерзлоты и др.).

 Предельные состояния вероятностной устойчивости ПП рассчитывались с помощью моделей, характеризующих при определенных допущениях математическое ожидание вероятностного состояния почвенных экосистем (ПЭС) в любой момент времени (t):

dS(t) = k*1/dZ(S_r) C₀(t) dt где Z = 1/Н [1]

k - наблюдаемый поправочный коэффициент на физико-химические свойства почв (сорбция, сопротивление грунтов); r, t - пространственная и временная координаты;

Z - запас расчетного сопротивления ПЭС (грунтов), определяющий вероятность функционирования системы в границах ее устойчивости.

Взаимодействие природных и природно-техногенных почвенных экосистем в рамках проявления эколого-географических закономерностей определяется через напряженность (Н).

H = G/ J_i * E * Y_ПЭИ                                                                          [2]

          ⁱ⁼¹

H -интегральный показатель основных характеристик ПП, отражающий напряженность состояния ПП; отношение G/ J_i выражает связи и различия природно-техногенных экосистем; Y_ПЭИ - почвенно-экологический индекс относительной природной устойчивости земель (ЭПА). Коэффициент подобия (G) отражает степень нарушенности элементарных почвенных ареалов (ЭПА). Индекс локализации (J_i) определяет степень концентрации нарушенных почв в составе предельно малой природно-устойчивой СПП.

Полученные результаты были обработаны с использованием известной методики Р.П. Моргана [3], где с позиции теории надежности устойчивость почвенных экосистем (ПЭС) характеризуется вариабельностью ее физико-химических свойств и имеет область предельных состояний, выход за пределы которой, квалифицируется как формирование природно - техногенных ландшафтов.

Результаты и обсуждение. В структуре почвенного покрова бассейна р. Авлаякан выделены:

1. Почвы со свободным внутренним дренажем приводораздельных пространств, крутых привершинных частей склонов выпуклых по форме. Для этих почв характерны промывной режим и миграция подвижных соединений в нижнюю часть профиля и за его пределы внутрипочвенным боковым стоком. Формирование почвенного профиля происходит в окислительных условиях. К ним отнесены:

- почвы с образованием грубого гумуса типа "мор" и иллювиально - гумусового выноса (дерновые иллювиально - гумусовые, подзолистые иллювиально - гумусовые сухоторфянистые, подбуры тундровые и сухоторфянистые оподзоленные);

- горные почвы с провальным профилем (дерново - органогенные и горные органогенно - щебнистые);

- почвы пойм крупных рек (деградированные пирогенные и пойменные слоистые).

2. Почвы с затрудненным внутренним дренажем, формирующиеся в днищах долин и подгорных шлейфов и мезопонижениях склонов, где избыточное переувлажнение реализуется в устойчивое оглеение значительной части профиля. Сюда относятся: - почвы с преобладанием окислительно - восстановительного процесса " пульсирующего" характера (дерново - глеевые и дерново-подзолисто-глеевые); - почвы с преобладанием восстановительных процессов и накоплением органического вещества (органогенные дерново - торянистые и торфяно - органогенные).

Процесс деградации почвенного покрова на крутых склонах (>30^о) быстро развивается при механическом нарушении его площади в 10%. Разрыв почвенного покрова приводит к нарушению теплообмена, возникновению внутрибокового стока и сползанию грунтов вниз по склону, что способствует деформации профиля и деградации почв. Вниз по склону процесс затухает. Определяющее значение для деградации почвенного покрова имеет степень локализации нарушенных почв.

Деградацию ПЭС следует рассматривать, как сценарий последовательных наиболее вероятных событий, характеризующих необратимые изменения в почвенном покрове. Анализ вероятностной оценки событий различных сценариев позволил обосновать оценку возможного риска, и выработать следующие рекомендации по управлению риском:

Критерий 1. Поддержание и сохранение продуктивной способности почв. Индикатор 1.1. Доля механического разрушения почв не должна превышать 20% площади на крутых склонах, 30% - на выположенных приводороздельных пространствах, 40% - в пойм крупных рек. Индикатор 1.2. В местах непрерывной техногенной нагрузки сохранять небольшие куртины лесных массивов с ненарушенными почвами с целью снижения процессов эрозии и сохранения естественного дренажа.

Критерий 2. Сохранение и поддержание классификационного разнообразия почв. Индикатор 2.1. Сохранение мохово-торфянистого горизонта почв с территории вскрыши с последующим его использованием при рекультивации. Критерий 2.2. В местах выбросов и осаждения токсичных веществ, такие как цианиды, оксиды азота, тяжелые металлы, - сохранять растительный покров и не производить механического разрушения почв на площади более чем 20% ареала. Индикатор 2.3. Выделение и сохранение всех фрагментов почвенного покрова, формирующихся на локальных участках в специфических природных условиях.

Критерий 3. Восстановление почв или преобразование техногенных почв в природно-техногенные. Индикатор 3.1. Использовать методы биологической мелиорации (доля рекультивированых почв должна составлять не менее 75% площадей техногенных пространств, при механических нарушениях не менее 50% площади).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.Ф. Махинова, А.Н. Махинов. //Оценка достоверности прогноза состояния почвенных экосистем при антропогенном воздействии. Сб.мат.ХП сов. геогр. Сибири и ДВ. Владок, 2004 с.270-272
2. А.Ф. Махинова //Экологическая устойчивость почвенных комбинаций в районах горнорудного освоения. Регионы нового освоения: Сб.мат. межд. научн.конф., Владив.-Хабаровск, 2002 с.17-19
3. Morgan R.P.C., Haann M.J. Shah Deniz Gas Export: Erosion risk assessment. //Interim Repot to PB Kvaerner. Granfield University,UK, Silsoe, 2001. 25 p.

Библиографическая ссылка