Биологическая рекультивация нарушенных земель. Монография

Рекультивация нарушенных земель – одна из важнейших проблем в области охраны и рационального использования природных ресурсов. Земли с нарушенным почвенным покровом отрицательно влияют на прилегающие природные комплексы и агроценозы (В.Н. Гуртовская, О.В. Тюлина, Ю.В. Федорин, 1985; С.С. Ружицкая, И.Е. Черкасская, 1986; А.В. Мудрак, В.И. Загоровский, Н.П. Стецюк, 1991; А.М. Бурыкин, 1993).

Наиболее эффективным приемом биологической рекультивации на нарушенных землях является создание многовидового растительного покрова с участием многолетних трав и устойчивых пород кустарников и деревьев. При такой многоярусной структуре нарушенные земли хорошо защищены от эрозии и дефляции, а благодаря листовому опаду и корневым системам получают большой прирост органических веществ.

Любой участок земной поверхности представляет собой определенный биогеоценоз, важнейшей составной частью которого является растительная экологическая система, играющая решающую роль в формировании почвенного плодородия и предотвращении деструктивных процессов. И чтобы не нарушать эту экологически сбалансированную систему при использовании земельных ресурсов необходимо обеспечивать «гармонизацию сотрудничества сил человека с силами природы». Фитомелиорация имеет важнейшее значение в ландшафтной экологии и должна занимать ведущее место в разработке почвозащитных мер (П.П. Бегучев, В.Г. Тихонова, 1977; М.И. Лопырев, 1985; И. Крупенников, 1989; И.Г. Карандаев, Н.А. Пивнев, 1991).

Проблемы охраны природы имеют хозяйственно-экономический, здравоохранительный, заповедный и эстетический аспекты. Важное значение приобретает обеспечение охраны природы в процессе ее использования. Естественный ландшафт и сельскохозяйственное

21

производство можно рассматривать как единую систему, которая функционирует в строгом соответствии с природно-экономическими и экологическими процессами, несмотря на то, что подвергается различным социально-экономическим воздействиям. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства тесно связано с совершенствованием его территориальной организации (Л.И. Егоренков, 1986; Б.А. Зимовец, 1990; О.З. Еремченко, Е.Е.Одегова, 1991).

Биологический этап рекультивации включает в себя посев многолетних трав, посадку древесных и кустарниковых видов, уход за ними.

В ходе длительных исследований была доказана возможность улучшения свойств субстратов с помощью различных приемов. Возможны следующие основные приемы обогащения поверхности отвалов необходимыми для роста и развития растений питательными веществами.

Степень биологической пригодности грунтов устанавливается на основе физических и химических свойств пород вскрышной толщи и по наблюдениям за естественным зарастанием согласно. Практически выделяются три основные группы вскрышных пород по степени пригодности их для биологической рекультивации: пригодные (плодородные и потенциально-плодородные), малопригодные, непригодные. Группы разделяются на подгруппы по физическим и химическим свойствам.

К непригодным по физическим свойствам относятся сильнокаменистые скальные породы. Непригодность пород по химическим свойствам определяют, как правило, неблагоприятная реакция среды (сильно кислая или сильно щелочная) и высокий уровень засоления. Первая группа складируется во временные отвалы и

22

используется впоследствии для создания рекультивационного слоя. Вторая группа – основная часть горной массы отвалов, для которых характерно малое количество элементов питания растений, неблагоприятный механический состав, но возможно использование для создания лесонасаждений. Третья группа – преимущественно скальные породы.

Пригодность нарушенных земель устанавливается на основе следующих факторов:

-природных физико-географических условий: рельефа, геологии, почвы, климата, растительности, гидрологии;

-хозяйственных, социально-экономических и санитарногигиенических условий;

-технологии и комплексной механизации горных работ, срока эксплуатации карьера и стадии развития предприятия, на котором проектируются рекультивационные работы;

-экономической целесообразности и социального эффекта рекультивации.

Для улучшения структуры и качественного состава грунтосмесей рекультивационного слоя необходим целый комплекс мероприятий по их мелиорации.

Интенсивное накопление гумуса на нарушенных землях наблюдается в период от 5 до 20 лет, далее скорость почвообразования снижается, что обуславливается устойчивостью биогеохимических процессов под определенными сообществами растений. В результате этих процессов в конкретных природно-климатических зонах формируются молодые почвы близкие по генезису к зональным почвам, но отличающиеся от современных почв в силу ряда причин:

23

-процесс формирования почв – это очень длительный процесс;

-нарушенные земли имеют другие по генезису почвообразующие породы;

-факторы почвообразования претерпели изменения.

Поэтому на нарушенных землях, особенно в тех местах, где целевое использование затруднено в силу организационных, технологических, социальных и природно-климатических условий, необходимо стремиться, прежде всего, к стимулированию растительного покрова. Для этой цели можно использовать приуроченность отдельных видов растений к определенным типам и свойствам почв, грунтов и горных пород. Такие растения выявляются в ходе ботанического и видового анализа растительных образцов, взятых на нарушенных землях, и могут быть рекомендованы в качестве пионерных (предварительных, авангардных) культур.

С помощью растений можно определить преимущественное содержание отдельных металлов в почве. Это свойство растений для целей горного дела начали специально изучать еще в XVI веке. В 1763 г. М.В. Ломоносов отмечал: «На горах, в которых руда и другие минералы родятся, растущие деревья бывают обыкновенно нездоровы, то есть листья их бледны, а сами низки, кривлеваты и до совершенной старости своей подсыхают, а трава, под жилами растущая, бывает обыкновенно мельче и бледнее».

На землях, где проведение технической рекультивации затруднено, или возможно повторное их использование (например: повторное использование отвалов, содержащих породы с малой концентрацией редких металлов) создают растительный покров разбрасыванием дражированных семян травосмесей и кустарников. Семена растений с

24

учетом их приуроченности к горным породам разбрасывают самолетом ранней весной вместе с небольшими дозами минеральных удобрений.

Способность растения приживаться используется при рекультивации отвалов нетоксичных вскрышных породах без предварительного нанесения почвенного слоя.

В течение второго этапа была признана особая роль экологических исследований и экологических знаний. С. А. Мамаевым, А. К. Махневым, И. И. Шиловой были сформулированы ряд принципов, которые могут быть положены в основу практической работы.

1.Оценка и анализ экологической и геохимической обстановки в техногенных районах.

2.Классификация имеющихся типов нарушенных земель.

3.Определение общих тенденций динамики естественной и искусственно созданной растительности.

4.Экспериментальная проверка и классификация местных и интродуцированных растений по их устойчивости, санитарногигиеническому эффекту, эстетическим показателям и т. д.

5.Разработка специальных приемов агротехники возделывания и профилактики поврежденных растений в специальных условиях.

6.Разработка типов зеленых насаждений разного целевого назначения в зависимости от выполняемых функций.

7.Организация мониторинга за состоянием насаждений и окружающей среды.

Наиболее трудны для биологической рекультивации участки, где почвенный покров полностью разрушен, а субстрат представлен нижележащими генетическими горизонтами, также измененными под воздействием техногенного фактора. Эти грунты сильно обогащены

25

тяжелыми металлами, фитотоксичны, лишены микрофлоры. Содержание таких элементов, как свинец (РЬ), медь (Си), никель (Ni), цинк (Zn), кадмий (Cd), олово (Sn), ртуть (Hg) в почвах и грунтах промплощадок в десятки, тысячи раз превышает фоновое.

Многолетние испытания на разном агротехническом фоне прошли около 300 видов древесных, цветочных, декоративных, газонных и грунтопокровных растений, в основном интродуцентов. Все они условно были подразделены на 4 группы: 1) устойчивые; 2) относительно устойчивые; 3) малоустойчивые; 4) неустойчивые. К группе устойчивых растений, рекомендуемых для использования при озеленении наиболее загрязненных участков, относятся: лох (серебристый и узколистный), тамариск многоветвистый, снежноягодник белый, тополя (бальзамический, душистый), ива козья, бересклеты (Маака и бородавчатый), сирень венгерская, бузина красная, жимолость татарская, вишня песчаная.

В связи с аккумуляцией больших количеств токсичных элементов, многолетние травы, а также ряд листопадных деревьев и кустарников выполняют функцию зеленого фильтра и в целом биохимического барьера. В связи с этим целесообразно изучить вопрос о возможности использования фитомассы растений с рассмотренных территорий не для сельскохозяйственных целей, а в качестве сырья для получения ценных цветных и редких металлов.

Рекультивация отвалов, особенно биологическими методами, требует строгого индивидуального подхода с учетом конкретных экологических условий. С этой целью было проведено геоботаническое и агрохимическое обследование отвалов бассейна, результаты которого

26

явились основой для составления проекта по рекультивации отвалов. Все площади отвалов были подразделены на группы:

1)не требующие биологической рекультивации, на поверхности которых сформировались устойчивые лесные фитоценозы;

2)требующие частичного хозяйственного вмешательства в виде подсадки саженцев сосны (2-3 тыс. на 1 га);

3)подлежащие биологической рекультивации без дополнительного перекрытия их поверхности почвой или другими пригодными для растений породами. Выделение из общей пощади отвалов, отнесенных к первой группе, позволило существенно снизить проектную стоимость рекультивации.

Таким образом, на частично рекультивированных площадях отвалов вводу их в хозяйственный оборот предшествовали следующие мероприятия:

1. Естественное восстановление лесных фитоценозов без вмешательства человека. 2. Лесная рекультивация - посадки саженцев сосны: а) без предварительной планировки поверхности отвалов и б) после грубой планировки бульдозером поверхности отвалов с сильно бугристым рельефом. 3. Сельскохозяйственная рекультивация – планировка поверхности, посев овса, тимофеевки луговой, костреца безостого с применением комплекса минеральных удобрений. 4. Самозарастание спланированной бульдозерами поверхности. 5. Использование спланированной бульдозерами территории отвалов для строительных нужд (в частности, для устройства аэродрома) (С. М. Простов, 2020)

Рекультивация направлена не только на восстановление плодородия и хозяйственной ценности земель, но и на улучшение всей природы.

27

Поэтому промышленные предприятия, деятельность которых связна с загрязнением почвы, должны предусматривать в своих технологических процессах работы по рекультивированию.

Рекультивационными направлениями деятельности человека являются:

-рекультивация в сельском хозяйстве, когда на землях, нарушенных, деятельностью человека создаются угодья для нужд сельского хозяйства (пашни, сенокосы, пастбища);

-рекультивация в лесном хозяйстве, когда создаются различные лесные насаждения;

-рекультивация в рыбоводческом хозяйстве, когда в пониженной части техногенного рельефа создаются водоемы для разведения рыбы;

-рекультивация в водном хозяйстве, когда в пониженной части техногенного рельефа создаются водоемы;

-рекультивация в рекреациях, когда создаются места для отдыха там, где были нарушены земли;

-санитарно - гигиеническая рекультивация, когда нарушенные земли консервируют, из-за того, что они отрицательно влияют на природу, и их применять для хозяйственных нужд экономически невыгодно;

-рекультивация в строительстве, когда земли, подвергшиеся нарушению, делают пригодными для строительства промышленных и жилых объектов.

После проведения работ по техническому рекультивированию нарушенных земель, проводят комплекс работ по восстановлению почвенного плодородия, возобновлению флоры и фауны на нарушенных землях.

28

Главная ценность данного этапа рекультивирования появляется при восстановлении бывших сельскохозяйственных земель, так как численность населения планеты растет, а площади, пригодные для пашни, уменьшаются.

Вцелях биологического рекультивирования земель, на них высаживают растения, которые могут выживать на загрязненной почве и повышать уровень ее плодородия. Это могут быть следующие растения, относящиеся к олиготрофным (не требуют от почвы особой плодородности), солеустойчевым и засухоустойчивым видам: сосна, береза, лиственница, клевер, люцерна.

При выполнении действий по биологической рекультивации земель, следует учесть загрязненность атмосферы отходами промышленных предприятий. Насаждения, не обладают способностью приспосабливаться

кданному вредному воздействию, поэтому, необходимо внимательно выбирать растения, если на нарушенных землях был обнаружен данный негативный фактор. Биологическое рекультивирование становится наиболее эффективным, если применять виды с широкой экологической амплитудой, они обладают способностью быстро формировать устойчивые к загрязнениям растения.

Вданном направлении рекультивирования загрязненных земель, создают угодья для нужд сельского хозяйства (поля, луга). Здесь создается новый рельеф местности, наносится плодородный почвенный слой и торф, вносятся удобрения с минералами (осенью – с фосфором и калием, весной

– с азотом). На нарушенных почвах, высаживают многолетние травы (люцерну, эспарцет, клевер), деревья (тополь, осина, береза, ива, сосна, клен) и кусты (облепиха, малина, смородина, шиповник). Растения станут полосами для защиты почвы, они помогут накопить снежный покров и

29

уменьшить эрозию от воды и ветра. В дальнейшем ухаживают за этими растениями. Перед тем, как высаживать растения, применяют вспашку, без отвалов, с углублением в почву и боронование. Семена сажают либо с конца апреля до середины мая, либо с конца июля до середины августа. Семена трав, относящихся к злакам, обогревают воздушным теплом, чтобы всхожесть была лучше.

Из всего вышесказанного, можно сделать вывод: все работы по биологическому рекультивированию земель направлены на ускорение почвенного самоочищения, мобилизирования собственных биологических ресурсов живых организмов данной территории. Чтобы восстановить первоначальные функции для роста, развития и размножения почвенных компонентов и окружающих биогеоценозов, а также для создания густой растительности на загрязненных землях и дальнейшего использования восстановленных земель для хозяйственной деятельности человека (в основном для сельского хозяйства).

30