Биологическая рекультивация нарушенных земель. Монография

ГЛАВА 3. Сохранение плодородия – главная проблема при сельскохозяйственном производстве

Возвращение в сферу сельскохозяйственного производства плодородных земель, нарушенных промышленностью в результате открытой добычи полезных ископаемых, представляет собой сложную проблему. Пахотный горизонт рекультивированных земель в сравнении с пахотным черноземом обладает меньшим окислительновосстановительным потенциалом, меньшим содержанием органического вещества. Их почвенный раствор находится в состоянии насыщения по карбонату кальция, в то время как у пахотного и целинного черноземов верхний (0-10 см) слой не донасыщен этим соединением (В.В. Снакин, П.В. Волох, А. А. Присяжная, 1984; С.С. Сдобников, 1986; Г.С. Базыкина,

Н.А.Титова, 1993; Т.Н. Люблиа, 1993).

Организация территории любого хозяйства должна наиболее полно удовлетворять требованиям нормального, бесперебойного функционирования агропромышленного объединения, наилучшему осуществлению многочисленных и сложных хозяйственных связей, должна удовлетворять требованиям рационального и эффективного использования и охраны земель.

Сельское хозяйство в большей степени, чем другие хозяйственные отрасли связано с природными условиями и использует их ресурсы. В связи с этим особый интерес представляет территориальная дифференциация природных условий и естественных ресурсов, прежде всего земельных.

Каждая наземная экосистема состоит из абиотических (совокупность условий неорганической среды – приземный слой атмосферы, почва,

61

подпочвенный слой грунта, грунтовые воды) и биотических (жизнедеятельность различных организмов) факторов среды (Л.И. Егоренков, 1986; Т.Н. Люблиа, 1993).

Элементарный ландшафт в своем типичном проявлении представлен строго определенными элементами рельефа, породой или наносом и растительным сообществом.

В результате сельскохозяйственной деятельности человека создаются условия искусственного биоценоза – агробиоценоз, который является одним из основных растительных покровов поверхности земли, выполняющих важнейшую функцию охраны природы (Л.И. Егоренков, 1986; В.А. Овчинников, Н.А. Алексеев, 1986; В.В. Кравцов, 1993).

Рекультивация в настоящее время рассматривается не только как система мероприятий по увеличению площади продуктивных угодий, но и как важное условие сохранения природной среды (И.М. Емельянова, Г.А. Малышева, 1986). Обычно выделяют технический и биологический этапы рекультивации земель.

Техническая рекультивация включает планировку, формирование откосов, снятие, транспортировку и нанесение почвы и плодородного слоя на рекультивированные земли и т.д. (А.М. Бурыкин, 1986; Е.П. Дороненко, Т.Б. Минакова, Е.Г. Линькова, 1986; В.И. Мухин, 1990).

Биологическая рекультивация – мероприятие по восстановлению плодородия нарушенных земель, включает комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на возобновление флоры и фауны.

Основной задачей организации угодий является создание условий для интенсификации сельского хозяйства, получения наибольшего урожая

62

с каждого гектара при экономии затрат труда и средств на единицу продукции при неуклонном повышении плодородия почвы.

На всех этапах развития человеческого общества земля была, есть и будет важнейшим, ничем незаменимым средством производства. Площади ее ограничены и потеря каждого гектара плодородной земли наносит ущерб обществу, поэтому задачей первостепенной важности было и остается поддержание способности почв к воспроизводству в процессе их использования (М.И. Лопырев, Е.И. Рябов, 1989).

Плодородие пород и грунтов существенно отличается от плодородия зональных почв, особенно черноземов. Если у черноземов оно универсально и позволяет выращивать любые культуры степной зоны, то у горных пород оно определяется степенью их соответствия биологическим особенностям возделываемых культур. Наибольшая степень такого соответствия отмечена на полиминеральных и полидисперсных породах, наименьшая – на породах близких к мономинеральным и монодисперсным, а также содержащих фитотоксические вещества (Н.И. Лактионова, 1987; Н.Т. Масюк, 1987)

В последнее время установлено, что не только почвы, но и некоторые породы и грунты обладают эффективным плодородием. При наличии таких явлений, безусловно, облегчается процесс биологического этапа рекультивации земель, управления процессом почвообразования, создания благоприятных экологических условий, а также эффективного использования рекультивированных земель (Д.М. Болтянский, 1985; Мелиорация засоленных почв…, 1990).

A. И. Зражевским (1951) установлено, что породы, вынесенные на дневную поверхность, представлены в виде глининых и песчаноглининых сланцев. Они сильно кислые, но в то же время богаты

63

органическим веществом и содержат значительное количество подвижных соединений азота, фосфора и калия, т.е., в принципе, обладают сравнительно хорошим потенциальным плодородием, и, следовательно, со временем могут стать субстратом для рекультивации. Однако всему этому препятствует наличие в породах пирита, который окисляясь, переходит в окисин серы, соли серной кислоты, закисные формы железа и т. п. Указанные соединения оказывают отрицательное влияние на рост растений.

При использовании рекультивируемых земель в сельскохозяйственном производстве зачастую совершенно справедливо ставят вопрос о том, какие культуры могут произрастать на этих нарушенных землях и какими будет их продуктивность и качество возделываемой продукции.

Важнейший показатель окультуренности почвы – содержание ее агрономически ценной структуры. В качестве наиболее действенного и быстрого способа восстановления структуры издавна рекомендуется посев многолетних трав, а также мероприятия по накоплению гумуса. Под действием многолетних трав содержание водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм несколько возрастает. Тенденция положительного влияния многолетних трав проявилась в уменьшении содержания фракций пыли, увеличении содержания агрономически ценных более крупных фракций. Выращивание многолетних трав является одним из наиболее важных приемов превращения рекультивированных земель в культурные сельскохозяйственные угодья (Л.В. Етеревская, 1986; И.А. Цивенко, С.В. Кудрявцева, 1986; Л.В. Етеревская, 1991).

Целесообразно предварительно окультуривать породы путем воздействия в течение 3-5 лет многолетних бобовых трав или травосмесей

64

с последующей отсыпкой верхнего почвенного слоя. Такой способ рекультивации позволяет получать продукцию (сено) в восстановительный период и ускоренно улучшать агрономические свойства пород. Окультуривающее действие многолетних бобовых трав на подстилающие породы весьма высокое. Урожай зерна ячменя в среднем за три года на меломергелевых породах без окультуривания составил 1,4 ц/га, а на тех же породах после трехлетнего возделывания люцерны – 8,7 ц/га (М.В. Сергеев, 1990).

На рекультивированных землях из многолетних бобовых трав выращивают люцерну, эспарцет, донник, клевер, как в чистом посеве, так и в смеси со злаковыми многолетними травами – ежой сборной, райграсом, тимофеевкой и др. Многолетние травы имеют большое агротехническое, мелиоративное и кормовое значение. Бобовые культуры, кроме того, фиксируют азот и накапливают его в верхнем слое почвы. Имея хорошо развитую корневую систему многолетние травы улучшают структуру почвы и тем самым повышают ее плодородие, что особенно важно для рекультивируемых земель.

Большинство многолетних трав, начиная со второго года жизни, дают в год два-три урожая зеленой массы, используемой на зеленый корм, для приготовления силоса, сенажа, сенной муки и витаминных кормов.

В первый период сельскохозяйственного освоения засоленных земель в качестве обязательного мелиоративного мероприятия возделываются культуры сплошного сева такие, как озимая пшеница и люцерна. Под покровом этих культур значительно снижается испарение с поверхности почвы, уменьшается ее нагревание, а вследствие этого, снижается подъем солей из нижних горизонтов. Хорошо развитая корневая система люцерны способствует повышению скважности,

65

влагоемкости и водопроницаемости почвы (Агротехника многолетних трав…, 1959; Г.П. Петросян,1985).

Уменьшение испарения влаги с поверхности почвы – одна из важнейших проблем современного земледелия, особенно в аридных условиях и на мелиорированных почвах в первые годы их сельскохозяйственного освоения, когда в почве содержится повышенное количество легкорастворимых солей. При весеннем одновидовом посеве люцерны в травостое интенсивно развиваются сорняки. Для снижения отрицательного влияния сорняков на люцерну надо проводить подкашивание до наступления фазы цветения люцерны.

При оптимальном сочетании фитомелиорации с агро- и гидротехническими мероприятиями можно наиболее успешно бороться со смывом и размывом почвы в эрозионно-опасных агроландшафтах (В.В. Снакин, П.В. Волох, А.А. Присяжная, 1984; А.М. Бурыкин, 1985; В.В. Демидов, 1986; С.Ф. Неговелов, Н.А. Киян, С.Н. Алехин, 1986; В.В. Андрес, С.В. Карлович, М.Н. Акопов, 1986).

Окультуривающее воздействие многолетних трав на почву зависит прежде всего от размера урожая. Например, если без внесения удобрений многолетние травы обеспечили сбор сена 45,5 ц/га и при этом на одном гектаре осталось 27,1 центнера сухого вещества корневых и пожнивных остатков, которые обеспечили поступление в почву 38,8 кг азота и повышение содержания гумуса в пахотном слое с 2,28 в первый год ротации до 2,49% в пятый год, то при внесении навоза, извести и минеральных удобрений урожай сена составил 125,4 ц/га, поступление органических остатков – 94,8 ц/га, азота – 152 кг/га. Содержание гумуса повысилось до 2,95% (И.А. Цивенко, C. В. Кудрявцева, 1986).

66

Важным этапом при осуществлении биологической рекультивации, вынесенных на поверхность почвообразующих пород, является подбор растений, отличающихся высокой адаптивностью, продуктивностью на мелиорируемых подовых почвах и высоким почвоулучшающим действием. Отмечается положительное действие многолетних злаковых трав как оструктуривателей почвы – ежи сборной, овсяницы луговой, костра безостого и др. (В.Ф. Селевцев, Н. А. Иванов. 1989; А. В. Золотун, 1990).

Интенсивность эрозии почв определяется рядом природных и хозяйственных факторов, находящихся в тесном взаимоотношении. Важнейшими из природных факторов являются: рельеф (длина, крутизна, экспозиция и форма склона), почвы (тип, механический и минеральный состав, степень смытости и др.), климатические и гидрометеорологические показатели, обуславливающие формирование стока талых и ливневых вод, степень защищенности поверхности почвы растительностью и др. (Г.П. Сурмач, 1986; М.И. Лопырев, Е.И. Рябов, 1989).

По почвозащитной эффективности все растения разделяют на три группы: хорошо-, средне- и слабозащищающие почву, к первой группе относятся многолетние злаковые и бобовые травы; ко второй – зерновые, колосовые культуры сплошного посева и однолетние травы. К третьей – пропашные культуры.

Опыты с подбором травосмесей уже давно выполнялись в разных районах страны (Э. Клапп, 1961, И.П. Минина, 1964; 1972), в том числе и в Ставропольском крае (А.К. Дударь,1955; 1957; И.А. Прохоров, Б.В. Варварин, 1970; Б.В. Варварин,1971; И.А. Прохоров, 1974; В.И. Харечкин, 1972; 1975; И.А. Прохоров, П.П. Никулин, 1980; Практическое

67

руководство…, 1987) и за рубежом. Они позволили установить очень важные теоретические и практические закономерности формирования таких фитоценозов и их использование, но одновременно был поставлен целый ряд задач, требующих решения: количество компонентов, способы перезалужения и снижение продуктивности с возрастом; недолговечность бобовых и некоторых других компонентов.

Ю.А. Дударь (1976) в опытах, проведенных в зоне канала, установил принципиальную возможность создания мало- и среднекомпонентных травосмесей из злаковых и бобовых многолетних кормовых трав.

Защита почв от эрозии и дефляции должна проводиться в направлении максимального повышения продуктивности сельскохозяйственных земель. Задачи защиты земель и повышения их продуктивности неотделимы друг от друга. Таким образом, защита почв должна проводиться в условиях максимальной интенсификации сельскохозяйственного производства. И чем интенсивнее использование земли, тем надежнее и качественнее надо осуществлять комплексы противоэрозийных мероприятий (М.И. Лопырев, Е.И. Рябов, 1989).

Задача увеличения производства растительного белка в настоящее время решается в основном за счет использования в кормлении животных многолетних и однолетних бобовых растений. Ведущее место среди них принадлежит люцерне. Зеленая масса её обладает высокими кормовыми достоинствами: в абсолютно-сухом веществе содержится 18-22% протеина, 12-18% белка, 2,4-4,5% жира (Р.С. Меняйленко, Г.В. Соколкова, 1985).

Важную роль в создании кормовой базы играет расширение площади под высокоурожайными многолетними травами интенсивного

68

типа: люцерной, овсяницей, ежой, кострецом (Н.А. Халезов, К.Н. Кормяков 1985; В.А. Забалуев, 1991; О.Г. Грамматикати, 1993).

Впроцессе сельскохозяйственной рекультивации очень важно правильно подобрать культуры, чтобы они давали хорошие урожаи и обеспечивали интенсивное улучшение плодородия рекультивированных земель. В начальный период надо выращивать культуры менее требовательные к почвенному плодородию, но обладающие повышенной адаптивностью.

Вдальнейшем можно возделывать озимые и яровые зерновые, кукурузу уже после, так называемого фитомелиоративного периода (Р.Н. Панас, 1989; В.Е. Алексеенков, 1994).

C.С. Мясоедов (1986) сообщает, что многолетние травы, высеянные на водотоках, хорошо защищали почву последних при скорости движения воды 1,0-1,5 м/сек и интенсивности потока 0,2-0,7 куб. м/сек.

Для эффективного окультуривания дерново-подзолистых почв следует вводить севооборот с клевером и тимофеевкой двух лет пользования. На серых лесных почвах и выщелоченных черноземах в восточных, юго-восточных и южных районах целесообразнее вводить севообороты с двулетним использованием травосмеси клевера с люцерной

итимофеевкой, а при более длительном использовании трав в полевых, а также кормовых севооборотах – травосмеси с клевером, люцерной и кострецом безостым (И.А. Цивенко, С.В. Кудрявцева, 1986).

Люцерна синегибридная налесовидных и краснобурых суглинках, серо-зеленых миоценовых и олигоценовых глинах полностью удовлетворяет потребности биологически фиксированным азотом. Размеры его накопления в исключительно благоприятные годы достигают 748-899 кг/га, из которых 137-399 кг/га остаются в породах. Благодаря

69

этой особенности многолетние травы выполняют чрезвычайно важную роль фитомелиората в преобразовании пород. Под воздействием многолетних бобовых трав, особенно люцерны, бедные субстраты после одной фитомелиоративной стадии переходят в разряд среднеплодородных с урожайностью зерновых колосовых культур 18,3 ц/га, а после двух фитомелиоративных стадий - в почвы сравнительно высокого плодородия со средней урожайностью зерновых колосовых культур 27,3 ц/га (Н.Т. Масюк, Н.Е. Бекаревич, А.А. Колбасин,1986).

Интенсивная технология возделывания сельскохозяйственных культур полностью реализуется лишь на плодородных и хорошо окультуренных почвах. Наличие хотя бы одного отрицательного фактора плодородия почвы (повышенная кислотность, несбалансированность и т.д.) резко снижает биологический потенциал для самого интенсивного сорта. Положение не спасает ни высокий класс посевных качеств семян, ни повышенные дозы удобрений, ни технологическая схема. Поэтому введению интенсивной технологии возделывания сельскохозяйственных культур должна предшествовать объективная оценка плодородия каждого поля или отдельного участка с целью выявления и устранения рост тормозящих факторов (В.Ф. Селевцев, Н.А. Иванов, 1989).

Поступление органического вещества в экосистему и его трансформация определяют многие характерные черты почвообразования. Особое значение эти явления имеют для молодых почв, формирующихся на вскрышных породах, извлеченных при разработке месторождений полезных ископаемых. Развитие биоты на обнаженных породах имеет сложный, сукцессионный характер (А. В. Наумов, Е.Н. Наумова, 1993).

Анализ литературных источников показывает, что исследования по рекультивации нарушенных земель остаётся очень важной и необходимой

70