Рекультивация земель Курс лекций для магистров технологического факультета по направлению подготовки 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение
.pdfности почвы. Решение этой задачи возможно с помощью совместного функционирования технических и биологических систем, оперирующих широким набором мероприятий, в том числе с использованием специально выращенных микроорганизмов.
Рекультивация (очистка) почв от техногенных продуктов с помощью микроорганизмов основан на деструктировании (разложении) этих продуктов. На практике этот способ применяется для очистки почв, загрязненных нефтью, нефтепродуктами и пестицидами. Технология биодеструктирование включает создание благоприятных водно-воздушных, тепловых и питательных условий микроорганизмам и регулярного контроля численности применяемой популяции. Поэтому эффективность такого вида рекультивации зависит от управляемости регулирующих факторов и качества штаммов.
Лекция №2 Тема: Типы природно-техногенных ландшафтов. Классификация нару-
шенных земель по техногенному рельефу и площади.
План:
1.Природно-техногенные ландшафты.
2.Крупнокарьерно-отвальные, средне- и мелкокарьерно-отвальные ландшафты.
3.Торфяно-карьерные ландшафты.
4.Дренажно-отвальные ландшафты речных долин.
5.Просадочно-карьерно-отвальные ландшафты.
6.Индустриально-«мусорно»-отвальные ландшафты.
7.Ландшафты частично-поврежденные промышленными выбросами.
1. Природно-техногенные ландшафты.
Природно-техногенные ландшафты формируются в результате изменения биоты: происходит распашка земель, формируются агрофитоценозы и т. д. Вместе с биотой изменяется и окружающая территория: появляются застроенные местности в населенных пунктах, карьеры в горнорудных районах и т. д. Антропогенно поступает огромная масса поллютантов, из-за чего нарушаются биогеохимические круговороты, повреждается биота, что ведет к смене ландшафтов. Однако, необходимо отметить, что не все первоначально ненарушенные ландшафты в результате антропогенной и техногенной деятельности деградируют. Определенная часть природных ландшафтов может совершенствоваться. Техногенные воздействия могут не оказывать существенного влияния на ландшафт, обмен энергии, веществ между техническими сооружениями и природным образованием минимален. Существование природно-техногенных ландшафтов оправдано с позиции все большей урбанизации территорий и формирования новых природных участков, которые были бы оптимальны для дальнейшей деятельности человека.
Большую проблему составляет то, что человек на месте естественных ландшафтов производит сельскохозяйственные работы, в результате чего на месте с богатыми природными агроэкосистемами создаются обедненные агроэкосистемы. В будущем планируется работа по определению территорий с критической техногенной нагрузкой для определения местностей с наибольшим разнообразием вредных веществ, что позволит определить их границы и произвести их очистку. Необходимо обследовать экологическую обстановку в воздухе, подземных водах и в целом окружающей среды. При этом необходимо определить соответствует ли уровень поллютантов предельно, максимально или временно допустимым концентрациям. После этого производится
определение природных местностей, нуждающихся в проведении рекультивации или очистке.
Данный пример с сельскохозяйственным использованием земель показывает разностороннюю направленность естественных и антропогенных ландшафтов. Так, зарастание пашни сегетальной флорой относится к гомеостазу (устойчивость) природной системы, а по отношению к техногенной системе то же самое свидетельствует о неустойчивости, поскольку не выполняется социально-экономическая функция, для которой был предназначен этот техногенный ландшафт.
Классификация техногенных ландшафтов
Их разнообразие подразделяется на горнопромышленные и промыш- ленно-заводские. В большей степени изучается первая группа.
Ландшафты подвержены различным изменениям. По этому критерию они классифицируются на несколько группировок:
1.Условно неизменные, не подвергавшиеся воздействию, связанному с деятельностью человека, напрямую. В них обнаруживаются следы данного воздействия при протекании биогеохимических циклов. Сюда можно отнести техногенные осадки в Арктике, Антарктиде...
2.Слабоизмененные, характерные для экстенсивного ведения хозяйства, которые затрагивают флору и фауну, с преимущественно обратимым характером главенствующих. В качестве примеров можно привести ландшафты экватора, тундры, тайги.
3.Среднеизмененные, где преобразование произошло для отдельных компонентов необратимое (например, вырубка леса), наблюдаются нарушения в водном и тепловом балансах.
4.Сильноизмененные, характерные для интенсивного ведения хозяйства, затрагивается большинство компонентов, наблюдаются необратимые нарушения. Сюда относятся эрозионные, обезлесенные, подтопленные ландшафты, а также те из них, в которых наблюдается загрязнение различных сфер жизни.
5.Культурные ландшафты — их структура приведена в благоприятное соотношение с научной точки зрения. Этот вид должен сочетать в себе экономическую эффективность с высокой производительностью и быть такой средой, где каждый человек мог бы сохранять свое здоровье и развиваться в духовном, и в физическом плане. Только часть ландшафтов может быть преобразована в культурные. Должны оставаться «легкие планеты». К последним можно отнести полупустыни и пустыни, тундры, а также малоосвоенную тайгу.
2. Крупнокарьерно-отвальные, средне- и мелкокарьерно-отвальные ландшафты.
Взависимости от масштабов и интенсивности антропогенного воздействия выделяют следующие виды изменения ландшафтов:
глобальные, когда происходит изменение природной среды на обширных территориях с изменением качества атмосферы и вод Мирового океана,
зональные, когда в результате длительного (в историческом понимании) антропогенного воздействия преобразовываются ландшафтные зоны,
региональные, когда интенсивному воздействию подвергаются при- родно-географические, хозяйственно-экономические и социальнодемографические комплексы в границах административного деления территории, характеризуемые в сумме антропогенных и других влияний на окружающую среду, общими для них особенностями;
локальные, когда ландшафтные изменения происходят на относительно небольших территориях.
Вформировании и существовании ландшафта особую роль играет
почва.
Ландшафт, утративший пол влиянием антропогенных воздействий способность выполнять определенные функции, называется нарушенным.
Техногенез – процесс изменения природных комплексов и биогеоценозов пол воздействием производственной деятельности человека.
Техногенный ландшафт – антропогенный ландшафт, особенность формирования и структура которого обусловлена промышленной деятельностью.
Горнопромышленный ландшафт – техногенный ландшафт, структура
иформирование которого обусловлены деятельностью горнодобывающей и горно-перерабатываюшей промышленности.
Врезультате ведения горных работ возникает целый комплекс нежелательных преобразований окружающей среды, определяемых в основном двумя группами факторов.
К первой группе относятся нарушения поверхности над отработанными площадями месторождений, ко второй – формирование в районе горных работ породных отвалов. Все остальные действующие факторы представляют собой следствие указанных двух групп факторов. Их влияние на состояние окружающей среды в значительной степени определяется общей системой мероприятий по рациональному использованию земных недр и полноте извлечения полезных ископаемых.
Одним из отрицательных последствий разработки месторождений полезных ископаемых является вырубка на значительной площади лесных массивов, расположенных в пределах горного отвода; особенно на больших площадях вырубаются ценные породы деревьев при открытой разработке. Происходит порча леса при добыче цветных металлов драгами и гидравлическим способом. Отрицательное воздействие на лесные массивы оказывают выделяющиеся при крупных массовых взрывах газы. Значительные площади лесных массивов занимаются породными отвалами и хвостохранилищами. Вырубка деревьев при строительстве рудников, особенно в районах Сибири и Дальнего Востока, в дальнейшем отрицательно влияет на экологическое равновесие, зачастую приводит к ухудшению состава атмосферного воздуха и нередко к обмелению рек.
Лес, расположенный вблизи промышленных предприятий, постоянно поглощает вредные примеси, которые загрязняют воздух в результате выбросов, принимая на себя роль ассенизатора. Однако сам он от этого страдает, нередко замедляя рост.
Все техногенные нарушения природной среды, вызываемые добычей и переработкой ископаемых, подразделяются на два типа: ландшафгпноэкологические и горно-геологические.
Ландшафтно-экологические нарушения, связанные с изменением структуры и природных комплексов ландшафтов, почв, растительности, условий жизнеобитания животных и растений, атмосферы, гидросферы, проявляются не только в пределах земельного отвода, но и на прилегающих территориях, оказывая межрегиональное воздействие на природу.
В качестве объекта воздействия при горно-геологических нарушениях выступают недра. Для такого типа нарушений отрицательные последствия ограничиваются районом разрабатываемого месторождения полетных ископаемых,
Процессы, происходящие при нарушении земель, подобны цепной реакции. Одно локальное нарушение вызывает ряд значительных последствий. Например, отсыпка отвала вскрышных пород загрязняет на прилегающей территории атмосферу, гидросферу, почвы. А это, в свою очередь, отрицательно сказывается на флоре и фауне и в конечном итоге на человеке.
Воздействие на ландшафты открытых горных работ проявляется, в коренном переустройстве рельефа, с образованием техногенных отрицательных (денудационных) и положительных (аккумулятивных) форм.
Положительными формами рельефа, остающимися после производства открытых горных работ, являются отвалы, которые по отношению к
контуру карьера подразделяются на внутренние, находящиеся внутри этого контура и внешние, располагающиеся вне контура карьера.
По форме, внешние отвалы могут быть:
плоскими, в случае если они сформированы посредством гидротранспортировки пород вскрыши;
платообразными, при транспортной системе разработки месторождения и одноярусной отсыпки в отвалы вскрышных пород или платообразными террасироваными, при многоярусной отсыпки тела отвала;
гребнеобразными или представлять собой систему гребней, образующихся при отсыпке верхнего яруса отвалов драглайнами, консольными отвалообразователями или драгами.
Отвальными породами могут быть также отсыпаны разного рода насыпи и дамбы при строительстве транспортных коммуникаций или гидротехнических сооружений.
Отрицательными формами рельефа, остающимися после открытых разработок являются карьеры, траншеи и канавы, весьма различные по своим параметрам.
Карьер охватывает собой совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом. В угольной промышленности карьер обычно называют разрезом, в практике разработки россыпей - полигоном.
Форма карьеров определяется условиями залегания полезного ископаемого и геометрией разрабатываемого пласта или рудного тела:
выровненные карьеры характерны для разработок торфяников, сапропелей иных площадных пологопадающих залежей полезных ископаемых при небольшой мощности вскрышных пород. Их глубина обычно не превышает 10 м;
гребневидные формируются при разработке сходных по геометрии и положению в разрезе залежей, при большей мощности вскрышных пород или значительном преобладании масс вмещающих пород над мас-
сой полезного ископаемого (россыпные месторождения).
Для техногенного рельефа, остающегося после разработки подобных месторождений, характерно наличие гребневидных отвалов вскрышных пород, покоящихся на дне карьерной выработки. В случае разработки террасовых россыпей собственно карьерная выработка может не быть выраженной в рельефе и, в этом случае, система гребневидных отвалов представляет собой уже аккумулятивные формы техногенного рельефа:
трапециевидные вытянутые горизонтальные карьеры образуются при разработке вытянутых горизонтальных или пологопадающих залежей
малой (до 20 м) мощности, с перевалкой пород маломощной вскрыши драглайнами во внешние бортовые отвалы, экскаваторами или отвалообразователями - во внутренние;
трапецевидные террасированные вытянутые горизонтально каньоны формируются при разработке полого или крутопадающих глубоких залежей любой мощности, с перевалкой вскрышных пород во внутренние отвалы;
циркообразные террасированные карьеры формируются при разработке глубокозалегающих залежей крутого падения, в том числе - кимберлитовых трубок, с перевалкой вскрышных пород только во внешние отвалы.
Высота отвалов вскрышных пород, в зависимости от способа их транспортировки, достигает обычно 8-12 м при бульдозерном или скреперном отвалообразовании, до 20-25 м при экскаваторной или автомобильной транспортировке вскрышных пород (торфов). Высота отвалов обогащения может составлять от от 2-3 метров при гидравлическом их транспорте, до 1520 м при использовании транспортных механизмов. Высота дражных отвалов, весьма распространенных в долинах рек, составляет 8-15 м.
Нарушенные горными разработками земли представляют собой склоновые поверхности различной формы и ориентировки, увенчанные гребнями или конусами, существенно отличающиеся по ряду своих свойств от естественных.
Наиболее существенные нарушения природной среды возникают именно при открытых горных работах, для организации которых и используется обычно значительная территория, занятая карьерами, отвалами, железнодорожными и автомобильными дорогами обогатительными фабриками и другими промышленными сооружениями. Так, средняя площадь карьера строительных материалов составляет 30 - 250 га, карьера по добыче марганцевой руды или угля - 1000 - 2000 га, железорудного карьера - 150 - 500 га.
Открытый способ разработки является основным направлением развития горной промышленности, что вызывает увеличение территорий, которые частично или полностью подвергаются нарушению. Интенсивное развитие открытых работ сопровождается ростом объемов и, соответственно, отвалов вскрышных пород.
Рассматривая степень деструкции природных ландшафтов, правомерно подразделить их на две категории: ландшафты измененные под влиянием хозяйственной деятельности человека, например природные ландшафты, биологическая продуктивность которых снижена в результате загрязнения
отходами горного производства и ландшафты, коренным образом преобразованные хозяйственной деятельностью.
Анализ ландшафтов, нарушенных горными разработками, позволяет также констатировать, что даже при крайней степени их изменения не происходит полного уничтожения природной основы формирования ландшафтов. В частности, сохраняются зональные климатические характеристики, сохраняются геолого-структурные особенности литогенной основы ландшафтов, тенденции развития тех или иных экзогенных процессов, которые могут ослабевать или наоборот, усиливаться в новых условиях трансформированного рельефа, однако во многих случаях не могут возникнуть вновь.
Одним из таких объективных природных факторов, который во многом предопределяет как характер нарушенных ландшафтов, так и основные направления рекультивации является рельеф. В соответствии с ним, природ- но-техногенные ландшафты, или вторичные ландшафты природнотехнических геосистем, правомерно подразделить на два типа: равнинные и горные. В свою очередь, в их пределах, с учетом рекомендаций Моториной и Овчинникова (1975), правомерно вычленить следующие виды природнотехногенных ландшафтов, различающихся по характеру изменений, наступивших в результате производства открытых горных работ:
крупно, средне и мелко карьерные;
крупно, средне и мелко карьерно-отвальные;
торфяно-карьерные (ландшафты, формирующиеся только на равнинах);
дражно-отвальные, преимущественно речных долин;
зоны влияния водохранилищ;
отвальные, в т.ч. золошлакоотвальные, хвостохранилищ, мусорных свалок;
зоны влияния обслуживающих компонентов инфраструктуры, а также территории,
существенно загрязненные промышленными выбросами, частично или полностью
потерявшие свою биологическую продуктивность.
Внаименовании ландшафтов сознательно упущена природная компонента, поскольку само возникновение нарушенных ландшафтов и их функционирование происходят под техногенным влиянием, включая дополнительные энергетические эмиссии, преобладающие над природным энергетическим балансом.
Нередко результатом производства открытых горных работ является формирование ландшафтов, сочетающих в себе различные техногенные эле-
менты. В частности, при открытых разработках россыпных месторождений, в зависимости от технологии производства работ выделены:
аккумулятивные формы рельефа, представленные отвалами дражными, бульдозерными, экскаваторными, автотранспортными, самотечно или напорно-гидравлическими.
морфологически особый тип отвалов представляют собой илоотстойники и хвостохранилища.
денудационные формы рельефа куда отнесены выемки, в частности - дражные
пазухи, карьеры и котлованы.
Признаками деградации ландшафта являются: нарушенные почвы, ухудшение их плодородия, угнетенная растительность, осажденная пыль, наличие радионуклидов и других химически вредных веществ т.п.
3. Торфяно-карьерные ландшафты.
Торфяно-карьерные представляют собой сочетание элементов природного ландшафта с выработанными торфяными полями и траншейными выемками.
В России имеется значительная площадь выработанных торфяников. Их использование зависит от способа выработки, мощности слоя оставленного торфа и его качества, водного режима, степени задернения.
Проведение рекультивационных работ зачастую задерживается. Часть переданных во временную эксплуатацию землепользователям земель используется бесхозяйственно и не приводится в состояние, пригодное для сельскохозяйственного производства. Отмечается увеличение площадей отработанных торфяных месторождений, не переданных землепользователям. В ряде областей выявлены бесхозные карьеры, число которых ежегодно растет. Часто землепользователям передаются земли в основном после отработки торфяных месторождений, разрозненными участками без проведения мелиоративных работ и агрохимических обследований. Создаются трудности для осуществления своевременной биологической рекультивации и вовлечения этих земель в сельскохозяйственный оборот.
Поля фрезерной добычи торфа, невыработанные окраины болот засаживают лесными культурами. Фрезерные поля в зависимости от глубины залегания грунтовых вод делятся на низкие, средние и высокие. Все типы полей при мощности торфа до 30 см, а также невыработанные окраины облесяют. На низких полях почву готовят путем создания микроповышений в виде напашных свальных двухпластовых валов. Подготовка почвы на средних и высоких полях состоит из глубокой вспашки с последующим дискованием дернины и глыбистого торфа. Посадку весной начинают через 2—3 года по-
сле выработки торфа. Используют однолетние сеянцы сосны, 2—3-лет- ние ели, 1—2-летние березы и ольхи и укороченные черенки тополя. Удобрения вносят из расчета Рбо_9о Код-по-
На низких полях с сапропелевым плодородным торфом формируют хорошие сенокосы, невыработанные окраины используют под полевые культуры.
Западины и карьеры используют как водоемы, угодья для дичи и рыбоводства.
Для сельскохозяйственного освоения выработанных торфяников следует проводить известкование. Здесь выращивают овес, вико-овсяную смесь, озимую рожь и др. На торфяных выработках получают высокие урожаи различных культур, что позволяет компенсировать затраты на рекультивацию в течение 2—3 лет.
На осушенных низинных торфяниках сельскохозяйственные культуры особенно отзывчивы на фосфорные и калийные удобрения, а из микроудобрений — на медные.
Бывшие торфяные участки после обводнения могут украшать ландшафт. Например, торфяные площади стали неотъемлемой частью Лосиноостровского национального парка под Москвой.
4. Дражно-отвальные ландшафты речных долин.
Дражно-отвальные ландшафты речных долин — это природные ландшафты речных долин, измененные в результате появления большого количества дренажных отвалов разных параметров, структуры и степени зарастания, развития эрозионных процессов, загрязнения воды, изменения водного
итеплового режимов речных пойм и т. д. Этот тип техногенного ландшафта распространен преимущественно в речных долинах Урала и Сибири, в местах добычи цветных металлов дражным способом.
Открытие россыпных месторождений золота и создание золотодобывающей промышленности в Южной Якутии явились исходным пунктом для коренного изменения окружающей среды, и в особенности почвенного покрова этого региона Якутии. По долине р. Большой Куранах на площади 1169,7 гектаров, отведенной Постановлением Совета Министров СССР № 7100-р от 24.05.1947 г. на постоянное пользование для разработки россыпных месторождений золота, пойменные комплексы почв в естественном состоянии не сохранились. Долина р. Большой Куранах полностью разработана и представлена в действующих дражных полигонах техногенной пустыней, а в примыкающих территориях – техногенными комплексами дражных полигонов: разнообразными дражными отвалами – перемытыми валунно-галечными
ииловыми вскрышных пород, дамбами, а также обводненными или осушен-