CC BY
85
УДК 633.4 Г.А. Демиденко, Г.В. Качаев, Н.В. Фомина
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИСКУССТВЕННЫХ ПОЧВОГРУНТОВ, СОЗДАННЫХ НА ОСНОВЕ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ
В статье представлены результаты исследований по созданию искуственно созданных почвогрунтов на основе золошлаковых отходов, образованных при сжигании бурого угля Березовского разреза 1 в Красноярском крае.
Ключевые слова: экосистема, биоценоз, экологический анализ, почвогрунты, золошлаковые отходы, травяные смеси.
G.A. Demidenko, G.V. Kachaev, N.V. Fomina
ECOLOGICAL ANALYSIS OF THE ARTIFICIAL SOILS CREATED ON THE BASIS OF GOLD AND SLAG WASTE
The research results on creating the artificial soils on the basis of gold and slag waste formed in the process of brown coal burning in Berezovsky mine 1 in Krasnoyarsk region are given in the article.
Key words: ecosystem, biocenosis, ecological analysis, soils, gold and slag waste, grassy mixes.
Почвенные ресурсы являются одной из самых необходимых предпосылок обеспечения жизни. Однако их роль в настоящее время недооценивается. Почва как элемент биосферы призвана обеспечить биохимическую среду для человека, животных и растений, среду, обладающую высокой энергоемкостью, значительным резервом механизмов для самоочищения, для поддержания сбалансированного взаимодействия почвенной биоты и человека. Только почвой могут быть обеспечены полноценные условия для производства продуктов питания, корма для животных. Неотъемлемыми функциями почвы, как природного тела, является накопление атмосферных осадков и регулирование водного баланса, обеспечение чистоты подземных вод, трансформация или мобилизация загрязняющих компонентов. Почва - главное богатство, от которого зависит наше существование [Семиноженко, Канило 2003].
Ежегодно угольная энергетика производит более 75 млн т золы и шлаковых отходов, из которых утилизируется менее 12, в основном в виде вторичных стройматериалов. Объем золошлаковых отходов после сжигания углей, сланцев и торфа, по официальным данным Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института (ВТИ), составляет 40-50 млн т в год. По данным других источников, объемы ежегодного прироста зо-лошлаков составляют порядка 60 млн т. В отвалах энергосистем России в настоящее время находится более 2 млрд т золошлаковых материалов [Обухов, 2000; Никифоров, Жуков, Шевченко, 2004].
Отвалы для хранения золы и шлака занимают большие площади - более 22 тыс. га - и требуют значительных и всеувеличивающихся затрат на их содержание. Часть золоотвалов по мере урбанизации территорий оказывается в районах жилой застройки. Золоотвалы могут представлять опасность для здоровья человека вследствие загрязнения атмосферного воздуха из-за пыления и водного бассейна, фильтрации растворов токсичных соединений. Опасность представляют и золоотвалы, расположенные вблизи водных бассейнов (рек и озер), из-за возможного прорыва дамб. Значительные территории, занимаемые золошлакоотвалами, оказываются исключенными из полезного использования в народном хозяйстве. Кроме того, наличие в золе и шлаке тяжелых и радиоактивных элементов делает золошлакоотвалы экологически опасными для прилегающих к ним территорий и водоемов. В связи с этим проблема реутилизации золошлаковых отходов является на сегодняшний день актуальной [Пасынкова, 1974; Применение золошлаковых отходов..., 1998].
Цель исследований. Экологический анализ искусственных почвогрунтов, созданных на основе золо-шалковых отходов, образующихся при сжигании бурого угля Березовского разреза 1.
Объекты и методы исследований. Березовское буроугольное месторождение расположено в югозападной части Канско-Ачинского бассейна и входит в состав Итат-Боготольского угленосного района. Территория разреза "Березовский-1" относится к левобережной части Минусинской впадины и входит в геоморфологический район Ачинской котловины.
Рельеф представляет собой широкоувалистую равнину с общим пологим уклоном на север, только южный край имеет уклон к югу, общий уклон поверхности в сторону рек Урюп и Сережа. Равнинный рельеф
разделен неглубокими ветвистыми логами на ряд невысоких плоских увалов. Абсолютные отметки поверхности изменяются в пределах 260-360 м.
Климат района континентальный, с холодной продолжительной малоснежной зимой. Снег выпадает в октябре, сходит в апреле-мае. Преобладающее направление ветров западное и юго-западное. Средняя скорость ветра не превышает 7 м/с.
Годовое количество осадков колеблется в пределах 349,5-487,6 мм. Наибольшее количество осадков выпадает в виде дождя в летнее время в июле и августе (до 95-107 мм). Максимальная глубина промерзания почвы 1,5-2,0 м.
Район отличается высокой относительной влажностью (60-77 %) вследствие большого количества выпадающих атмосферных осадков.
Территория разреза относится к лесостепи. Леса на данном участке находятся в основном на северо-западе и западе. Из древесных пород преобладает береза, травянистый покров представлен разнотравьем. Основная часть территории занята под пашню, на которой довольно часто встречаются березовые колки.
Согласно почвенно-географическому районированию, площадка золоотвала расположена в пределах почвенной провинции островных лесостепей. Почвенный покров характеризуется пестротой. Во впадинах преобладают черноземы выщелоченные и обыкновенные, в предгорьях и низкогорьях - серые лесные почвы, а на более высоких уровнях рельефа - подзолистые и дерновые лесные. В поймах рек развиты луговые почвы заболоченных пойм, часто представлены только илистыми наносами на гравийно-галечниковых отложениях. Распределение химических элементов в почвенном покрове сейчас отвечает геохимическому региональному фону и средние значения являются этой величиной.
Для сжигания на Березовской ГРЭС используется бурый уголь марки Б2 разреза «Березовский-1» Канско-Ачинского угольного бассейна. Теплоэнергетическая зола углей Березовского месторождения минералогически представлена в основном силикатами, алюмосиликатами и ферритами кальция, оксидами кальция и магния, ангидритом. Зола гидратационно активна - она реагирует с водой, изменяя свой состав и свойства. Средняя растворимость первичных золошлаковых отходов, образующихся на БГРЭС-1, - 2,35 %. Токсичные свойства золы создаются микроэлементами, нормируемыми для почв, первичные золошлаковые отходы, образующиеся на ГРЭС, имеют суммарный индекс токсичности 47. Первичные отходы имеют IV класс токсичности и по степени опасности относятся к малоопасным.
При создании искусственных почвогрунтов использовались основные компоненты: чернозем, торф и зола.
Для исследований использовали гумусово-аккумулятивный горизонт (А) чернозема выщелоченного среднегумусового маломощного среднесуглинистого - «чернозем 1» и чернозема обыкновенного тучного маломощного тяжелосуглинистого - «чернозем 2». На гумусово-аккумулятивных горизонтах почв этих разрезов с добавлением торфа и золы проводились вегетационные по выращиванию газонных трав. Смеси готовились по равному объему. Повторность опыта четырехкратная.
После посева осуществлялся регулярный полив газонных смесей водой. Поливной вес сосудов (ПВ) и норма высева (НВ) определялись лабораторным методом Н.Н. Николаева в кольцах Качинского (h - 100 мм, Ш - 80 мм) со съемными крышками и сетчатым дном [Агрофизические методы исследования..., 1966]. Организовано искусственное освещение. Через 1,5 месяца проведен первый укос на двух повторностях, следующий через 3 месяца с начала отрастания трав, в сосудах первого укоса проверялось отрастание трав.
В исследуемых смесях определялись: рН водный; валовой азот, фосфор, калий; подвижный фосфор, калий; нитратный и аммиачный азот [Аринушкина, 1975]. Учет продуктивности травяных смесей разделен на 2 этапа - через 1,5 и 3 месяца.
Результаты исследований и их обсуждение. Варианты искусственно созданных почвогрунтов представлены в таблице.
К первой группе (А) относятся искусственно созданные почвогрунты (11-18) на основе гумусовоаккумулятивных горизонтов чернозема выщелоченного и обыкновенного разрезов № 1-2.
На основе гумусово-аккумулятивного горизонта чернозема выщелоченного разреза №1 созданы черноземно-торфо-зольные смеси: чернозем-торф - 1:1; чернозем-зола - 1:1; торф-зола - 1:1; чернозем-торф-зола - 1:1:1; чернозем-торф-зола - 1:0,5:0,5; чернозем-торф-зола - 1:1:0,5; чернозем-торф-зола -1:0,5:1; чернозем-торф-зола - 0,5:1:1.
На основе гумусово-аккумулятивного горизонта чернозема обыкновенного разреза №2 созданы следующие черноземно-торфо-зольные смеси: чернозем-торф - 1:1; чернозем-зола - 1:1; торф-зола - 1:1; чернозем-торф-зола - 1:1:1; чернозем-торф-зола - 1:0,5:0,5; чернозем-торф-зола - 1:1:0,5; чернозем-торф-зола - 1:0,5:1; чернозем-торф-зола - 0,5:1:1.
Контрольными вариантами являлись чернозем выщелоченный и обыкновенный.
Схема вариантов лабораторного опыта создания почвогрунтов
Вариант опыта Нумерация сосудов Масса а.с. грунта, г Поливной вес сосудов, г
Группа А
Чернозем выщелоченный - контроль 1-4 240 470
Чернозем обыкновенный - контроль 5-8 280 470
Чернозем 1 - торф - 1:1 (сравнительный контроль) 9-12 200 470
Чернозем 1 - зола - 1:1 (сравнительный контроль) 13-16 250 490
Торф-зола 1 - 1:1 (сравнительный контроль) 17-20 250 475
Чернозем 1 - торф-зола - 1:1:1 21-24 220 480
Чернозем 1 - торф-зола - 1:0,5:0,5 25-28 200 470
Чернозем 1 - торф-зола - 1:1:0,5 29-32 250 480
Чернозем 1 - торф-зола - 1:0,5:1 33-36 500 700
Чернозем 1 - торф-зола - 0,5:1:1 37-40 370 620
Чернозем 2 - торф - 1:1 (сравнительный контроль) 41-44 200 470
Чернозем 2 - зола - 1:1 (сравнительный контроль) 45-48 250 490
Торф-зола 2 - 1:1 (сравнительный контроль) 49-52 250 475
Чернозем 2 - торф-зола - 1:1:1 53-56 220 480
Чернозем 2 - торф-зола - 1:0,5:0,5 57-60 200 470
Чернозем 2 - торф-зола - 1:1:0,5 61-64 250 480
Чернозем 2 - торф-зола - 1:0,5:1 65-68 500 700
Чернозем 2 - торф-зола - 0,5:1:1 69-72 370 620
Группа В
Чернозем 1 - торф +минеральные удобрения - 1:1 (сравнительный контроль) 73-76 350 640
Чернозем 1 - зола+минеральные удобрения - 1:1 (сравнительный контроль) 77-80 290 660
Торф-зола 1+минеральные удобрения - 1:1 (сравнительный контроль) 81-84 350 650
Чернозем 1 - торф-зола +минеральные удобрения - 1:1:1 85-88 420 615
Чернозем 1 - торф-зола +минеральные удобрения - 1:0,5:0,5 89-92 330 630
Чернозем 1 - торф-зола +минеральные удобрения - 1:1:0,5 93-96 400 620
Чернозем 2 - торф +минеральные удобрения - 1:1 (сравнительный контроль) 97-100 220 480
Чернозем 2 - зола+минеральные удобрения - 1:1 (сравнительный контроль) 101-104 200 470
Торф-зола 2+минеральные удобрения - 1:1 (сравнительный контроль) 105-108 250 480
Чернозем 2 -торф-зола+минеральные удобрения - 1:1:1 109-112 500 700
Чернозем 2 - торф-зола +минеральные удобрения - 1:0,5:0,5 113-116 370 620
Чернозем 2 - торф-зола +минеральные удобрения - 1:1:0,5 117-120 200 470
Для данных почвогрунтов характерны определенные агрохимические свойства. Реакция почвенного раствора варьирует от 6,7 до 7,8. Валовые формы NPK варьируют в пределах: азот 0,15 до 0,48 % в 100 г, фосфор от 0,02 до 0,58 % в 100 г, калий от 0,10 до 0,35 % в 100 г.
Содержание подвижных форм NPK составляет: аммонийный азот от 2,5 до 5,0 мг в 100 г, нитратный азот от 0,2 до 8,7 мг в 100 г, фосфор от 6,2 до 39,0, калий от 13,0 до 39,0 мг в 100 г.
Ко второй группе относятся искусственно созданные почвогрунты. Черноземно-торфо-зольные смеси с применением минеральных удобрений (1-8) (табл.): чернозем-торф - 1:1; чернозем-зола - 1:1; торф-зола - 1:1; чернозем-торф-зола - 1:1:1; чернозем-торф-зола - 1:0,5:0,5; чернозем-торф-зола - 1:1:0,5; чер-нозем-торф-зола - 1:0,5:1; чернозем-торф-зола - 0,5:1:1.
Контрольным вариантом являлся чернозем выщелоченный и обыкновенный с применением минеральных удобрений.
Результаты вегетации через 1,5 и 3 месяца почвогрунтов первой и второй групп искусственно созданных почвогрунтов (табл.) показывают влияние почвогрунтов на продуктивность газонных смесей (клевер луговой).
В первой группе черноземных смесей наибольшая продуктивность наблюдается в варианте черно-зем-торф-зола - 1:0,5:0,5 в 1,5 месяца вегетации газонной смеси, а также в вариантах чернозем-торф-зола -1:1:0,5, чернозем-торф-зола - 1:0,5:1 и чернозем-торф-зола - 1:1:1 в 3-й месяц вегетации.
Во второй группе черноземно-торфо-зольных-минеральных смесей наибольшая продуктивность наблюдается в варианте чернозем-торф-зола - 1:1:0,5, в 1,5 месяца вегетации газонной смеси, а также в вариантах чернозем-торф-зола - 1:0,5:1 в 3-й месяц вегетации, что в 2 раза превышает контроль.
Выводы
1. Использование биологических систем земледелия позволяет создавать искусственные почвогрун-ты для выращивания травяных смесей, восстанавливающих биоценозы в зоне Березовского буроугольного месторождения.
2. В первой группе черноземных смесей наибольшая продуктивность наблюдается в варианте чер-нозем-торф-зола - 1:0,5:0,5 в 1,5 месяца вегетации газонной смеси, а также в вариантах чернозем-торф-зола - 1:1:0,5, чернозем-торф-зола - 1:0,5:1 и чернозем-торф-зола - 1:1:1 в 3-й месяц вегетации. Во второй группе черноземно-торфо-зольных-минеральных смесей наибольшая продуктивность наблюдается в варианте чернозем-торф-зола - 1:1:0,5 в 1,5 месяца вегетации газонной смеси, а также в вариантах черно-зем-торф-зола - 1:0,5:1 в 3-й месяц вегетации, что в 2 раза превышает контроль.
Литература
1. Агрофизические методы исследования почв. - М.: Наука, 1966. - 259 с.
2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1975. - 488 с.
3. Бугаков П.С., Чупрова В.В. Агрономическая характеристика почв земледельческой зоны Красноярского края. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 1995. - 176 с.
4. Никифоров А.Ю., Жуков В.И., Шевченко В.А. Экология города: утилизация золошлаковых отходов: учеб. пособие. - Красноярск: Изд-во КрасГАСА, 2004. - 143 с.
5. Обухов И.В. Экологическая опасность золоотвалов и возможности утилизации золошлаковых отходов ТЭС Дальнего Востока II Экол. вестн. Приморья. - 2000. - № 7. - С. 6-16.
6. Пасынкова М.В. Зола углей как субстрат для выращивания растений II Растения и пром. среда. -Свердловск: Кн. изд-во, 1974. - С. 29-45.
7. Применение золошлаковых отходов ТЭЦ в различных областях народного хозяйства и решение свя-
занных с этим экологических вопросов: мат-лы регион. науч.-практ. конф. (Благовещенск, 19 марта -23 апр. 1998 г.). - Благовещенск: АмурКНИИ АмурНЦ ДВО РАН, 1998. - 81 с.
S. Семиноженко В.П., Канило П.М. Энергия. Экология. Будущее. - Хабаровск: Прапор, 2003. - С. 73-74.
--------♦-----------
