ТЕХНОЛОГИЯ НАРАЩИВАНИЯ ПЛОДОРОДНОГО СЛОЯ ПОЧВЫ НА ПЛОЩАДЯХ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ПРОЯВЛЕНИЮ КАРСТА

Титова В.И.¹, Ветчинников А.А.², Чудоквасов А.А.³, Гордеев В.М.⁴

¹Доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующая кафедрой агрохимии и агроэкологии, ²Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ³Аспирант, ⁴Аспирант, ФГБОУ ВО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

ТЕХНОЛОГИЯ НАРАЩИВАНИЯ ПЛОДОРОДНОГО СЛОЯ ПОЧВЫ НА ПЛОЩАДЯХ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ПРОЯВЛЕНИЮ КАРСТА 

Аннотация

Дано описание технологии ликвидации карстовых депрессий за счет наращивания плодородного слоя. Поэтапно описана процедура выявления площадей, подвергшихся проявлениям карстовых деформаций, подготовки участка к укреплению границ карстовых депрессий и подбор материала для их заполнения. Технология наращивания плодородного слоя почвы завершается нанесением земляного компоста на поверхность карста и биологической рекультивацией деградированных земель с включением внесения удобрений и посевом почвенно-покровных культур.

Ключевые слова: проявления карста, плодородный слой почвы, технология, земляной компост.

Titova V.I.¹, Vetchinnikov A.A.², Chudokvasov A.A.³, Gordeev V.M.⁴

¹PhD in Agriculture, Professor, Head of Department of Agricultural Chemistry and Agroecology, ²PhD in Agriculture, Associate Professor, ³Postgraduate student, ⁴Postgraduate student, Nizhny Novgorod State Agricultural Academy

TECHNOLOGY INCREASE FERTILE SOIL LAYER ON THE AREA AFFECTED BY KARST 

Abstract

The description of technology liquidation of karst depressions by increasing the fertile layer. Incrementally procedure describes how to identify areas affected by displays of karst deformations, preparation sector to strengthen the borders of karst depressions and the selection of material to fill them. Technology to increase fertile layer of soil ends with application of soil compost to the surface karst and biological recultivation of degraded lands to include fertilization and planting of cover crops.

Keywords: karst, fertile soil layer, technology, soil compost.

Введение. Хозяйство расположено в Арзамасском районе Нижегородской области, в зоне распространения карстовых процессов [1], проявляющихся в основном в виде локальных западин, карстовых воронок и блюдец, что приводит к выводу карстоопасных территорий из использования в растениеводческом комплексе, затрудняет проведение агротехнологических работ на соседних территориях и в целом снижает народнохозяйственную ценность земель сельскохозяйственного назначения.

В соответствии с существующей нормативно-законодательной базой сельхозтоваропроизводитель [2] обязан выполнять мероприятия по сохранению земель сельхозназначения и плодородного слоя почв в частности, что предполагает проведение работ по ликвидации карстовых депрессий или хотя бы снижению активности их проявления [3-5]. В этой связи собственники/арендаторы подобных земельных участков должны постоянно проводить работы по сокращению числа площадей, затронутых проявлениями карста.

Условия и методы проведения исследований. Территория исследования относится к Теша-Мокшинской, или Арзамасской лесостепи с платообразной холмисто-увалистой возвышенностью. Данная лесостепь занимает водораздельное плато рек Теши и Мокши – притоков Оки. Ареал выделяется среди Приокского Полесья в виде возвышенного платообразного расчлененного острова, получившего в ряде публикаций название  «Арзамасское плато». На территории Арзамасского плато широко распространены карстовые явления. Потенциальные возможности для их возникновения и развития создает характер пород, залегающих на рассматриваемой территории, наличие грунтовых вод и хозяйственная деятельность человека.

Согласно [1], Арзамасский район Нижегородской области в целом имеет 90% закарстованных территорий. Закарстованность, в соответствии с данным документом, «…отрицательно влияет на ведение хозяйственной деятельности…» и диктует определённые особенности ведения сельскохозяйственной деятельности.

Проявление карста обусловлено, в первую очередь, геологическим строением местности, а именно выходом на дневную поверхность Татарского яруса пермских отложений, особенностью которых является наличие прослоек гипса и ангидрита различной мощности – от нескольких сантиметров до нескольких метров. Отложения гипса, расположенные близко к поверхности, растворяются как подземными (в том числе грунтовыми и межпластовыми) водами, так и просачивающимися атмосферными осадками. В результате выноса продуктов  растворения по трещинам, в породе образуются пустоты, а поскольку прослойки гипса в пермских отложениях перекрыты прослойками мергеля или глины, то со временем на месте растворения и выноса растворов в результате вертикальной миграции образуется провал в форме круглой или овальной воронки. В результате проявления карста образуются различные формы рельефа поверхностного и подземного типа. В рельефе Нижегородской области наибольшее распространение имеет поверхностный карст – карстовые и суффозионно-карстовые воронки, а также карстовые ниши на крутых склонах в прибрежной полосе рек Оки и Волги.

Поскольку данная территория представляет собой выровненное плато, то это приводит к скоплению и застою  атмосферных осадков в воронках, а со временем и к образованию в некоторых из них болот верхового типа.

Интенсивность образования карстовых воронок, в том числе появление новых, может быть связана с добычей гипса и образованием новых искусственных пустот. Гипсовые породы широко используются в народном хозяйстве, их промышленная добыча производится в непосредственной близости от объекта исследования.

Кроме того, развитие карстовых процессов  определяется  скоростью движения подземных вод, которая может возрастать по ряду причин:

• во-первых, вследствие добычи гипса на территории, примыкающей к хозяйству (образующиеся пустоты интенсивнее заполняются водой);
• во-вторых, из-за активного использования подземной воды в хозяйстве для наполнения резервуаров с целью дальнейшего использования грунтовых и межпластовых водных источников в оросительной мелиорации.

Результаты исследования. Подверженность площади исследуемого объекта карсту имеет следствием потенциальную угрозу нарушения территориальной целостности ландшафта. Для сельхозтоваропроизводителя это грозит, во-первых, уменьшением площади пахотных земель, используемых по целевому назначению (т.е. в сельскохозяйственном производстве),  а во-вторых, значительным повышением затрат на производство сезонных работ на сельхозземлях, прилегающих к точкам проявления карста и снижением эффективности ведения производства в растениеводстве.

В частности, ежегодно на полях хозяйства проявляются карстовые процессы в виде появления на поверхности поля карстовых воронок, деформаций и локальных оседаний. Данные проявления существенно увеличивают трудоёмкость возделывания сельскохозяйственных культур и работ, направленных на восстановление и поддержание почвенного плодородия, т.к. приходится ежегодно нивелировать почвенную поверхность с помощью механизированного и ручного труда. Однако ликвидация последствий подвижек грунта и связанного с ним плодородного слоя приводит к тому, что по границам карстовых проявлений выходят на поверхность (или припахиваются, т.к. пахотный горизонт становится менее мощным) нижележащие горизонты, обладающие заметно меньшим плодородием.

Всё это требует проведения некоторых работ по рекультивации, включая технический ее этап. Кроме этого, требуются дополнительное внесение органических и минеральных удобрений, более тщательное и качественное проведение  механизированных работ. Плюс ко всему при движении по неровной в вертикальном направлении поверхности увеличивается тягловое усилие при проведении обработки почвы, что приводит к снижению скорости работ, их удорожанию и более интенсивному износу сельскохозяйственных машин и механизмов.

Учитывая высокую подверженность изучаемой территории карстовым деформациям, сильно осложняющую ведение растениеводства на пахотных площадях, землепользователь вынужден постоянно проводить работы по сокращению площадей, деградированных вследствие проявления карстовых процессов.

С этой целью используется технология наращивания плодородного слоя на участках с проявлениями карста, которая базируется на следующих принципах:

1. Систематический мониторинг карстовых деформаций, установление особенностей проявления карста.
2. Соблюдение последовательности выполнения технологических операций по ликвидации карстовых депрессий:
   • локализация границ деформаций почвы;
   • создание основы (ложа) для заполнения карстовых депрессий, для чего используются древесные остатки растительности, покрывающей провалы и понижения;
   • последовательное, растянутое во времени, заполнение объема карстовой депрессии различными органо-минеральными компонентами (процесс, аналогичный технологии приготовления компоста), для чего используют земляной грунт, остатки древесной массы, ранее произрастающей в местах проявления карстовых прогибов – ветки, щепа и т.п.;
   • выбор и обоснование возможности использования компонентов для приготовления земляного компоста;
   • этап биологической рекультивации, включающий внесение минеральных удобрений и посев сидеральной (или почвопокровной) культуры.
3. Введение рекультивированных площадей в активное сельхозпользование. При этом незыблемым является обязательность контроля за состоянием участков, ранее подвергшихся карстовым деформациям. Кроме этого, постоянным является контроль границ депрессии (недопущение расширения карстовых деформаций, для чего используют сдвиг части плодородного слоя с территории, граничащей с карстовыми деформациями, в сторону депрессии; щадящее (с соблюдением земледельческих норм) припахивание пахотного слоя с соседней территории и др.).

Ниже описаны основные этапы технологии наращивания плодородного слоя на площадях, подверженных проявлению карста.

Этап 1. Выявление участков, подверженных проявлению карста. Наиболее распространёнными вариантами проявления карстовых процессов на территории хозяйства являются провальные воронки (западины) (рис. 1). Большая часть карстовых провалов и прогибов поверхности всесезонно или в отдельные периоды времени покрыта водой. Есть заболоченные участки, есть участки со сформировавшимся растительным (болотные травы или древесная растительность) покровом. Скопление воды в воронках и карстовых ямах в условиях бессточной равнины, а также наличие в коренных пермских породах уплотненных слабопроницаемых прослоек глины и мергеля, создающих дополнительные предпосылки для формирования болота, приводит к образованию болот. Болотные почвы обычно формируются по верховому типу.

Рис. 1 - Формы проявления карстовых депрессий

Этап 2. Подготовка участка к ликвидации карстовой депрессии. Этот этап начинается с установления границ подвижек почвы, их укрепления и подготовки материала для нанесения на места проявления карстовых депрессий. При обнаружении участков проседания поверхности (наиболее часто это происходит весной после схода с полей снега), проводится определение площади воронки и её глубины, рассчитывается объём необходимых компонентов.

Затем, когда дно воронки подготовлено соответствующим способом, вниз укладывается грунт тяжёлого гранулометрического состава (наиболее часто это лёгкие и средние глины). Данный грунт трамбуется путём многократного прохода  тяжёлой строительной или сельскохозяйственной техники, что способствует снижению или даже ликвидации просачивания поверхностных вод в карстующиеся породы, а в конечном итоге – снижению скорости проявления карста.

Следующим шагом в подготовке карстовой воронки к заделке является «армирование» подпахотных горизонтов (рис. 2). Для этой цели в хозяйстве используют спиленную сорную древесно-кустарниковую растительность и щепу, образующуюся в процессе деревообработки или валки леса. После размещения армирующих элементов их снова прикатывают тяжёлой сельскохозяйственной техникой, после чего участок засыпается плодородным грунтом (как привозным, так и заблаговременно смещённым с участка проведения рекультивационных работ).

Этап 3. Подготовка материала для заполнения карстовых депрессий. Основными материалами для ликвидации карстовых воронок и западин являются остатки древесно-кустарниковой растительности, ранее произрастающей в месте образования депрессий, и земляные компосты, подготовленные на основе ранее находившегося здесь верхнего плодородного слоя почвы с участка (предварительно перемещенного на небольшое расстояние по рельефу для хранения и дальнейшего использования), а также материалов расчистки дна озера, находящегося на территории хозяйства (рис. 3).

Рис. 2 - Создание основы для заполнения карстовых депрессий

Рис. 3 - Основные компоненты для ликвидации карстовых прогибов

Эти материалы используются для приготовления земляного компоста. Согласно [6], компостом называют органическое удобрение, полученное в результате разложения органических отходов растительного или животного происхождения. В данном случае в качестве компонента, являющегося основой для получения органических отходов, служат остатки древесно-кустарниковой растительности, произрастающей в местах проявления карстовых образований, или торфяные образования, которые выносят на поверхность рельефа при чистке дна озера, расположенного на территории хозяйства. Второй, чаще основной компонент для приготовления компоста – гумусо-аккумулятивный горизонт с участка поля, подверженного проявлениям карста. В итоге получают земляной компост, т.е. компост на основе земли (почвы). В процессе подготовки такого компоста компоненты тщательно разрыхляют, на отдельной площадке формируют штабель, располагая компоненты послойно, и оставляют на некоторое время (сезон года) для созревания.

Этап 4. Нанесение грунта (земляного компоста) на поверхность карста и посев почвопокровной культуры. Этап подготовки основы для ликвидации карстовой депрессии завершается нанесением на нее плодородного грунта и нивелированием поверхности бывшего прогиба в один уровень с поверхностью поля. Вслед за этим начинается биологический этап рекультивации. Основными мероприятиями по восстановлению плодородия почв, нарушенных вследствие проявления карста, следует считать  внесение удобрений в агрономически и экологически целесообразных дозах, известкование и выращивание культур, обладающих высоким проективным покрытием (однолетние и многолетние бобовые или злаковые травы, представители семейства капустных, крестоцветных и пр.). Как правило, проведения данного набора мероприятий достаточно для предотвращения локального развития карстовых проявлений на несколько лет вперед.

Заключение.

Основными принципиальными положениями и этапами в процессе ликвидации (или снижения проявления) карстовых депрессий являются: а) локализация границ; б) создание основы (ложа) для заполнения карстовых образований, для чего используются древесные остатки растительности, покрывающей провалы и понижения; в) заполнение объема воронок и западин различными органо-минеральными компонентами (процесс, аналогичный технологии приготовления компоста), для чего используют земляной грунт, остатки древесной массы, ранее произрастающей в местах проявления карстовых прогибов (ветки, щепа и т.п.); г) элементы биологической рекультивации восстановленных участков (внесение минеральных удобрений, известкование, посев трав или почвенно-покровной культуры).

Весь процесс ликвидации карстообразных проявлений на землях сельхозназначения длится весьма долгое время и в принципе завершиться не может. Часть территории, подвергшаяся полному комплексу восстановительных работ, однако еще долгое время остается в определенной опасности как в отношении очередного проявления карста, так и с точки зрения полноты почвенного плодородия. Эти земли требуют более внимательного отношения к себе – заботы о физических параметрах плодородного слоя, системы работы с агромелиорантами и удобрениями, особенной системы обработки почвы и пр.

Список литературы / References

1. Толмачев В.В. Рекомендации по проведению инженерных изысканий, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области / В.В. Толмачёв, М.В. Леоненко, П.Р. Афанасьев, Р.Б. Давыдько, С.В. Леоненко, В.К. Пичурова, М.А. Протасова, Т.И. Тихомирова // Правительство Нижегородской области. Департамент градостроительного развития территории Нижегородской области. – 2012 г. – 139 с.
2. ГОСТ 17.4.3.02-85 Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ [Текст]. – Введ. 1987–01–01. - Москва: ИПК Изд-во стандартов, 1987. – 3 с.
3. «Основные положения о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы», утвержденные приказом Минприроды РФ и Роскомзема от 22 декабря 1995 г., № 525/67
4. ГОСТ 17.5.1.01-83 (СТ СЭВ 3848-82) Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и определения [Текст]. – Введ. 1984–01–01.  Москва: Госстандарт России, 1984. – 14 c.
5. ГОСТ 17.5.3.04-83 Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель  [Текст] – Введ. 1984–01–01.  Москва: Госстандарт России, 1984. – 7 c.
6. ГОСТ Р 53042-2008 Удобрения органические. Термины и определения. [Текст] – Введ. 2010–01–01. – Москва: Госстандарт России, 2009. – 8 c.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Tolmachev V.V. Rekomendacii po provedeniju inzhenernyh izyskanij, proektirovaniju, stroitelstvu i jekspluatacii zdanij i sooruzhenij na zakarstovannyh territorijah Nizhegorodskoj oblasti [Recommendations for the engineering survey, design, construction and operation of buildings and structures on karst territories of the Nizhny Novgorod Region] / V.V. Tolmachev, M.V. Leonenko, P.R. Afanasiev, R.B. Davydko, S.V. Leonenko, V.K. Pichurova, M.A. Protasov, T.I. Tikhomirov // The Government of the Nizhny Novgorod region. Department urban development of the Nizhny Novgorod region. - 2012. - 139 p. [in Russian]
2. Standard 17.4.3.02-85 Ohrana prirody. Pochvy. Trebovanija k ohrane plodorodnogo sloja pochvy pri proizvodstve zemljanyh rabot [Nature Conservancy. Soils. The requirements for the protection of topsoil in the production of earthworks] [text] –  1987 –01–01. – Moscow: PKI Publishing House of Standards, 1987. - 3 p. [in Russian]
3. Osnovnye polozhenija o rekultivacii zemel, snjatii, sohranenii i racional'nom ispolzovanii plodorodnogo sloja pochvy [Basic provisions on land reclamation, removal, preservation and rational use of the fertile layer of the soil], approved by order of Ministry of Natural Resources and Roskomzema on December 22, 1995, number 525/67 [in Russian]
4. GOST 17.5.1.01-83 (ST SEV 3848-82), Ohrana prirody. Rekultivacija zemel. Terminy i opredelenija [The Nature Conservancy. Land reclamation. Definitions] [Text] – 1987 –01–01. - Moscow: Russian State Standard 1984. – 14 p. [in Russian]
5. Standard 17.5.3.04-83 Ohrana prirody. Zemli. Obshhie trebovanija k rekul'tivacii zemel [Nature Conservancy. Earth. General requirements for land reclamation] [Text] – 1984–01–01. – Moscow: Russian State Standard 1984. – 7 p. [in Russian]
6. GOST R 53042-2008 Udobrenija organicheskie. Terminy i opredelenija [Organic fertilizers. Terms and Definitions] [Text] –  2010–01–01.  – Moscow: Russian State Standard 2009. – 8 p. [in Russian]