Биологическая рекультивация нарушенных земель. Монография

начинает возрастать этот разрыв при преодолении 5% предела концентрации орошаемых земель в регионе (Н.М. Соляникик, П.В. Клюшин, В.П. Смагин, 1996).

Хорошее противоэрозионное состояние рекультивированных полос отчуждения резко снижает заиленность каналов и удешевляет их эксплуатацию. Ликвидация очагов засоренности на полосах отчуждения прекращает разнос семян на поля сельскохозяйственных культур с водой, что сокращает затраты на борьбу с ними, удешевляет производство и повышает урожайность. Невинномысский канал – старейшее сооружение, служащее целям развития мелиорации Северного Кавказа. Его водой ежегодно орошаются 134 тысячи гектаров кормовых культур, овощей и др., в том числе 94 тысячи гектаров в Ставропольском крае, а остальные на территории Ростовской области и Краснодарского края.

Вода канала служит не только для производства нескольких сотен тысяч тонн сельскохозяйственной продукции, но и идет на водоснабжение городов Ставрополя, Изобильного, многих колхозов, совхозов и их поселков. Она дает жизнь нескольким рыбхозам, в том числе таким, как «Невинномысский» и «Рассвет». Вода канала вращает турбины четырех электростанций – Свистухинской, Сенгилеевской, Егорлыкской и Новотроицкой.

В последние годы в ходе реконструкции и расширения пропускной мощности канала его полосы отчуждения были засыпаны подстилающей материнской породой – майкопскими глинами. Эти грунты характеризуются низким плодородием, лишены гумуса, имеют тяжелый механический состав, глыбисты, плохо поддаются обработкам.

Полосы отчуждения канала обильно зарастают однолетними сорными растениями, включая такие карантинные виды, как амброзия

11

полыннолистная, паслен клювовидный, а также многие другие. Они обильно плодоносят, а их семена засоряют не только близлежащие поля, но и с водой разносятся на большие расстояния, попадая на земли, расположенные за десятки и сотни километров. Как показал опыт, бороться с ними на полосах агротехническими способами дорого и малоэффективно. Они лишь на короткий срок очищают площадь, но вскоре она снова легко зарастает сорняками и требует больших затрат средств и ресурсов без получения полезной продукции. Оголенная обработками земля легко поддается эрозии, заиляя канал, разносится на поля с водой и ухудшает агрофизические свойства почвы.

Под рекультивацией понимается комплекс работ, направленный, а восстановление хозяйственной ценности нарушенных земель, получение с них продукции и улучшение условий окружающей среды. Она включает два этапа – технический и биологический. В ходе первого проводят подготовительные земляные работы (планировка, формирование откосов и т.д.), а второго – агротехнические мероприятия посев или посадку растений.

В данной работе были поставлены задачи: разработать основные элементы биологического этапа рекультивации и удешевить его, пытаясь обойтись без нанесения плодородной почвы, путем испытания и отбора адаптивно лучших многолетних кормовых трав, способных остановить эрозию и сформировать долголетние продуктивные сенокосы на практически бесплодных грунтах.

Эксперимент был организован так, чтобы путем подбора и испытания в течение нескольких лет большой группы многолетних кормовых злаковых и бобовых трав, отобрать наиболее приспособленные,

12

более продуктивные, способные выносить засоление, тяжелые грунты, противостоять эрозионным процессам и сорнякам.

Это исследование в Ставропольском крае, да и на юге России, в таких условиях выполнялось впервые. Поэтому полученные результаты имеют важный теоретический и практический интерес. Новым в работе является и то, что в опыт включены сорта и виды, оценка которых для рекультивации пока не проводилась, либо для целей луговодства выполнялась в более благоприятных почвенных условиях. Результаты исследований дали научный материал, пригодный для внедрения не только в крае, но и за его пределами.

13

ГЛАВА 1. Биологическая рекультивации земель

Рекультивация земель – это комплекс работ по восстановлению продуктивности и народнохозяйственной ценности земель, улучшению условий окружающей среды.

Задачи биологической рекультивации на первый взгляд сходны с задачами культурофитоценологии и агрофитоценологии, конечным результатом которых является создание продуктивных и хозяйственно ценных культурофитоценозов или агрофитоценозов, постоянно регулируемых человеком. Особенность биологической рекультивации заключается в специфичности субстратов, на которых конструируется биоценоз. Это или древние геологические породы, или продукты промышленной переработки, не имеющие аналогов в природе. Зачастую есть необходимость и некоторая возможность конструирования экотопа (рельеф, подбор подходящего по свойствам субстрата и т. п.). Кроме того, при биологической рекультивации важным моментом является подбор ассортимента видов в зависимости от свойств субстрата отвалов и направления биологической рекультивации. Это поиск толерантных дикоросов, подбор устойчивых к комплексу своеобразных экологических условий техногенных образований культурных видов, отбор и спецселекция видов, обладающих высокой экологической пластичностью и адаптационными способностями, не исключая использования методов генной инженерии. Отличаются задачи (преимущественно природоохранные) и направление биологической рекультивации: сельскохозяйственное, лесохозяйственное, санитарно-гигиеническое (озеленение, биологическая консервация), декоративно-озеленительное, рекреационное, водохозяйственное (создание водоемов для

14

рекреационных целей и рыборазведения). Ясно, что при биологической рекультивации очень важное значение имеет устойчивость созданных биогеоценозов. Имеются отличия и в историческом аспекте. Земледелие имеет длительную историю (свыше 10 тыс. лет). Этот вид деятельности обслуживают в теоретическом отношении культур фитоценология и, в большей степени, агрофитоценология, которые развиваются с учетом идей фитоценологии и практического опыта земледелия. Биологическая рекультивация и ее проблемы развиваются и решаются со второй половины XX в., связаны они с развитием промышленного производства (С.В. Цивенко, Кудрявцева, 1986; А. Руднев, 1988; А.П. Долголевец, 1990).

Земля, являясь важнейшим природным ресурсом и главным средством производства в сельском хозяйстве, требует к себе особого отношения. Ее огромное хозяйственное значение, особенно верхнего слоя

– почвы, определяется наличием такого качества, как плодородие, которое зависит от глубины гумусового горизонта и содержания в нем питательных веществ, необходимых для прохождения большого жизненного цикла и установившихся связей с подстилающей материнской породой. Поэтому бережное отношение к почве следует рассматривать как одно из основных требований при оценке мероприятий по рекультивации земель при проведении линейных строительных работ (Г.А. Уразбахтин, А. С. Шаманин, О.И. Щепанский, 1984; А.Т. Мальков, С.Т. Беловолова, 1985; Л.И. Егоренков, 1986).

Основными задачами биологической рекультивации является возобновление процесса почвообразования, повышение самоочищающей способности почвы и воспроизводство биоценозов. Биологическим этапом

15

заканчивается формирование культурного ландшафта на нарушенных землях.

Организационно биологическая рекультивация проводится в две стадии. На первой выращиваются пионерные (предварительные, авангардные) культуры, умеющие адаптироваться в существующих условиях и обладающие высокой восстановительной способностью. На второй – переходят к целевому использованию. Земли, загрязненные тяжелыми металлами, органическими веществами или продуктами промышленной переработки, на первой стадии подвергают очистке с помощью сорбентов, растений или микроорганизмов (биодеструктуров), а затем включают в хозяйственное использование под жестким контролем со стороны санитарно – эпидемиологических служб (Рекультивация земель, 2021).

Для разработки эффективных способов биологической рекультивации большое значение имеет изучение процессов эволюции растительного покрова в различных природных зонах и техногенных условиях.

В общей системе оптимизации окружающей среды в высокоразвитых промышленных регионах важную роль играют зеленые растения. Они выступают и как универсальные природные фильтры в доочистке атмосферы, воды и почвы от промышленных, бытовых и сельскохозяйственных загрязнений, и как единственные продуценты кислорода атмосферы. Зеленые растения успешно поглощают практически все виды химических соединений, загрязняющих окружающую среду. Однако растения имеют значение не только как универсальный фильтр, как продуцент кислорода, но и как продуцент надземной и подземной биомассы на планете, особенно в промышленных

16

регионах. Они несут большую фитомелиоративную, рекреационную и эстетическую нагрузку, что имеет немаловажное значение.

Многолетние травянистые растения должны возделываться с первых лет после окончания формирования поверхности отвалов. Это доказано работами немецких, чешских и других исследователей. Вместе с формированием значительной фитомассы, подземная часть, которой обогащает грунты перегноем, многолетние травы препятствуют эрозии грунтов. Это важное свойство позволяет использовать многолетние травы и при создании растительного покрова на откосах бортов карьеров.

Формирование растительного покрова на отвалах вскрышных пород идет очень медленно из-за сложного изменяющегося во времени рельефа поверхности отвала, бедности горных пород питательными веществами, неустойчивости водного и теплового режимов. Продолжительность естественного формирования растительного покрова в лесной и лесостепной зоне характеризуется тремя периодами:

-в первые 5…6 лет от начала образования нарушенных земель появляется мозаичный несомкнутый растительный покров, состоящий из растений с широким диапазоном толерантности;

-в последующие 5…6 лет формируются многовидовое сообщество растений (30…40 видов), в котором заметно проявляются зональные черты и складывается многоярусная структура биоценозов;

-после 10…12 лет начинает преобладать дифференциация видового состава, господство переходит к многолетникам, создается устойчивый растительный покров с выраженной ярусностью, хорошо прослеживается сезонная динамика.

Острота проблемы рекультивации нарушенных земель не снизится и

вобозримой перспективе. Неуклонный рост промышленности, ускоренное

17

развитие топливно-энергетического комплекса, транспорта, промышленности строительных материалов, прокладка магистральных каналов и т.д. неизбежно связаны с изъятием из сельско - и лесохозяйственного пользования новых земельных площадей и их нарушением. К тому же ухудшение горно-геологических условий на разрабатываемых месторождениях и освоение новых районов добычи полезных ископаемых потребуют разработки новых прогрессивных технологий рекультивации нарушенных земель (Опыт рекультивации …, 1975; М.Б.Амиров, А.П. Иофинов, 1984; М.П. Гришаев и др., 1986; А. Иващенко. 1986; И.Х. Узбек, 1991; Ш. Тот, А. Фехер, 1991).

Биологическая рекультивация земель - это серьезная экологическая проблема. Она включает комплекс мероприятий по вовлечению в хозяйственный оборот нарушенных деятельностью человека территорий, предотвращение их вредного воздействия на соседние территории (Б.П. Колесников, 1974; Охрана природы, 1978; Рекультивация земель и землевание малопродуктивных угодий, 1981; B.М. Ивонин, 1991; З.Ш. Шамсутдинов, 1993).

Сельскохозяйственное направление биологической рекультивации - создание на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий (пашен, сенокосов, пастбищ и др.).

Вчисле наиболее стойких и перспективных растений, которые рекомендуются для посевов и посадок на отвалах хозяйственно ценные растения: люцерна синегибридная, эспарцет песчаный, клевера белый и луговой и т.п. (Г.Г. Насибов, 1985)

Вповышении продуктивности земель и решении экологической проблемы в земледелии большую роль должна занять ландшафтная экология – отрасль науки о природном балансе, изучающая

18

функциональные связи между компонентами территории. Это вытекает из специфики сельскохозяйственного производства, основанного на взаимосвязанном использовании земельных растительных и климатических ресурсов (М.И. Лопырев, 1985; С.Ф. Неговелов, Н.А. Киян, С.Н. Алехин, 1986; М.И. Лопырев, Е.И. Рябов, 1989).

Осуществление программы экономического и социального развития в нашей стране, да и в мире, сопровождается все более интенсивным взаимодействием человека с природой. Такое масштабное взаимодействие сопровождается значительными изменениями природной среды, большая часть из которых необходима человеку, но далеко не всегда носит позитивный характер. Некоторые изменения сопровождаются отрицательными последствиями, а такое явление, как эрозия почв, носит ярко выраженный негативный характер (М.И. Лопырев, E.И. Рябов, 1989).

В отечественной литературе термин рекультивация встречается в работах И.В. Лазаревой и означает введение в использование или повторную обработку, т.е. специальное мероприятие по подготовке почвы для сельскохозяйственного или полеводческого использования (И.В.

Лазарева, 1962; 1978).

И.И. Русский (1979) указывает, что под рекультивацией понимается восстановление нарушенных промышленностью земельных площадей с целью использования их в других отраслях народного хозяйства. По его мнению, рекультивация в каждом районе имеет свою специфику и социально-экономическую целесообразность. В результате рекультивационных работ могут создаваться земли, пригодные для сельского и лесного хозяйства, жилищного и промышленного строительства, организовываться зоны отдыха и др.

19

«Рекультивация земель – комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценностинарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды» (С.С. Трофимов, Л.В. Моторина, 1980).

Чешский ученый С. Штыс (1983) подчеркивает, что рекультивацию нельзя понимать только как действие, направленное исключительно на восстановление почвенного фонда, а следуем рассматривать в более широком смысле, в частности, как процесс улучшения ландшафта, включающий восстановление всех его абиотических и биотических компонентов, нарушенных горными работами. Рассматривая рекультивацию как комплекс мероприятий, предпринимаемых с целью создания нового ландшафта, этот процесс он называет еще «ренатурализацией».

Внутри ландшафтного комплекса существует глубокая взаимообусловленность всех компонентов. Коренное изменение любого из них: рельефа, почв, вод, растительности и др., неизбежно влечет за собой определенные изменения всех других компонентов, всего ландшафтного комплекса.

«Рекультивация – искусственное восстановление плодородия почвы и растительного покрова после техногенного нарушения природы» (Н.Ф.

Реймес, 1991).

«Рекультивация биологическая – этап рекультивации земель, осуществляемый после технической рекультивации и выполняющий комплекс агротехнических мероприятий, направленных на возобновление обитания животных, растений, грибов и микроорганизмов и восстановление хозяйственной продуктивности земель» (Н.Ф. Реймес, 1991).

20