CC BY
73
УДК 622.882;622:504
© К.С. Назьина, Д.С. Давыдов, 2014
К.С. Назьина, Д.С. Давыдов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЕРМИКУЛЬТИВИРОВАНИЯ ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ ЗЕМЕЛЬ
Развитие горнодобывающей промышленности приводит к изъятию из природного кругооборота и нарушению значительной части поверхности Земли. Отчуждаются большие площади плодородных земель при открытом способе разработки месторождений, обеспечивающем добычу наиболее объемных масс полезных ископаемых. Отрицательное влияние подземных горных выработок заключается в засорении и отчуждении земли породными отвалами. В результате добычи угля подземным способом на поверхность выдается порода от проведения подготовительных и очистных работ, от очистки и восстановления горных выработок. Выданная на поверхность порода складируется в различные по размерам и форме отвалы. Они занимают ценные сельскохозяйственные земли, снижают продуктивность соседних земель, загрязняют атмосферу газами и пылью, нарушают гидрогеологический режим местности. Кроме того, воды (преимущественно токсичные), которые стекают с отвалов, уничтожают растительность на прилегающей территории. Технология вер-микультивирования, рассмотренная в данной статье, позволяет повысить эффективность рекультивационных работ, увеличить плодородность восстанавливаемых земель и сократить период рекультивации.
Ключевые слова: рекультивация нарушенных земель, вермикультивирование, биогумус, охрана окружающей природной среды.
Развитие горнодобывающей и перерабатывающей промышленности привело к перераспределению химических элементов между недрами Земли и ее поверхностью, к нарушению геохимического баланса биосферы. Если общий объем переработанной горной массы за весь период развития человечества до начала XX в. составил около 50 млрд т, то ныне он достигает 100 млрд т/год [1].
Рассматривая геологоразведочные, горнодобывающие и перерабатывающие отрасли промышленности, как факторы нарушения природных ландшафтов, приходится констатировать как прямое, так и косвенное их влияние на окружающую природную среду и все ее компоненты.
Прямое их влияние состоит в разрушении и преобразовании ландшафтов процессами техногенной денудации и
аккумуляции, происходящими непосредственно при работе горнодобывающих производств, и опосредовано, при организации и эксплуатации компонентов инфраструктуры, обеспечивающей горное производство. Последняя обычно включает в себя комплекс энергетических объектов, предприятий и сетей транспорта и связи, объектов водоснабжения и водоотведения, включая сооружения водоочистки, рабочие поселки, нередко агропромышленные предприятия и комплексы, иные объекты, необходимость которых диктуется особенностями технологии горного производства, первичного передела сырьевых материалов обеспечения работающих на ГОКе необходимыми продуктами питания и другими материальными благами.
Косвенное воздействие горнодобывающих предприятий состоит
в загрязнении природных объектов токсичными выбросами и выпусками, загрязнителями, рассеивающимися при дефляции отвалов, эксплуатации энергетических объектов, предприятий химического или металлургического передела добываемого сырья. Длительное или интенсивное воздействие на природные почвенно-растительные компоненты ландшафта вызывает их полную деструкцию и последующую активизацию природных экзогенных процессов, водной или ветровой эрозии, приводящих, в первую очередь, к нарушению земель, а в дальнейшем полному преобразованию существовавших ранее ландшафтов и потере ими былой биологической продуктивности. Однако начало нарушения природных ландшафтов происходит фактически до организации горного предприятия, уже на стадии производства геологоразведочных работ.
Земельный фонд самой большой по территории страны - России - составляет 1709,6 млн га, но это вовсе не обозначает, что он безграничен и неисчерпаем. Так, вечная мерзлота занимает более 60% площади страны, сельскохозяйственные угодья - 13% и лишь 7,7% - пашня.
Проведенный Росземкадастром анализ качественного состояния земель в России показывает, что на территории страны почти повсеместно наблюдается развитие процессов деградации почвенного и растительного покрова, вызывающее расширение территорий, экологическое состояние которых является проблемным или даже кризисным. На урбанизированных территориях наиболее типичным является развитие таких негативных процессов, как разрушение почвенного покрова, загрязнение и захламление земель промышленными и бытовыми отходами. Проводимые же в большинстве субъектов Российской Федерации мероприятия по предотвращению
негативных процессов неадекватны степени и размерам их проявления [2].
Добыча полезных ископаемых сопровождается серьезными геоэкологическими изменениями. При этом уничтожается почвенный покров вплоть до геологического фундамента, растительный покров, нарушается гидрологический режим. В результате добычи каменного угля в Кузбассе нарушено около 100 тыс. га земель, из них большую площадь занимают отвалы вскрышных пород [3].
Процесс естественной эволюции природно-техногенных комплексов идет чрезвычайно замедленными темпами. В связи с полным разрушением и преобразованием в процессе техно-генеза растительности, почв и даже литогенной основы формирующиеся естественным путем биогеоценозы, как правило, малопродуктивны. Задача рекультивации земель или в комплексном понимании рекультивации природно-техногенных ландшафтов состоит в том, чтобы ускорить процесс естественной эволюции, придать ей целенаправленный характер, создать на месте нарушенных еще более продуктивные и устойчивые биогеоценозы, сформировать наиболее рационально организованные ландшафты, имеющие высокую хозяйственную, эстетическую и природоохранную ценность.
Для ускорения и закрепления процесса восстановления нарушенных горными работами земель предлагается использовать в этапах рекультивации технологию вермикультивирования.
Технология вермикультивирования является основным направлением биодинамики - новым разделом биологии, который принципиально различен с биотехнологией. Это различие связано с тем, что биотехнология является методом индустриального производства, основанным на принципах генной инженерии, а биодинамика базируется на природных процессах и явлениях.
Виды рекультивации 1 —
Рис. 1. Этапы рекультивации нарушенных земель
Роль дождевых червей как животных - почвообразователей известна человечеству очень давно, но впервые освещена научно и понята во всем ее значении Чарльзом Дарвином. В результате своих исследований, посвященных этому вопросу, он пришел к выводу, что «вряд ли найдутся другие животные, которые играли бы столь большую роль в истории мира, как дождевые черви». В 1837 г. он сделал в Лондонском геологическом обществе доклад на тему: «Об образовании почвенного слоя», в котором изложил теорию, согласно которой частицы почвы все время выносятся дождевыми червями из глубины на поверхность, благодаря чему предметы, лежащие на земле, оказываются по прошествии немногих лет на глубине 6-10 см под дерном. Таким образом, весь плодородный почвенный слой оказывается прошедшим через желудок червей. Позднее сведения о дождевых червях и их роли в почвообразовании были значительно углублены и расширены трудами таких ученых, как Н.А. Димо, М.С. Гиляров, Г.Н. Высоцкий. Но масштабное развитие в XIX в. теории
и осмысленной практики органического земледелия с ведущей ролью дождевого червя не произошло - помешало бурное развитие химии и, как следствие, агрохимии.
В вермикультивировании предметом и средством производства являются живые организмы (черви, сопутствующая им микро - и мезофауна, а также комплекс микрофлоры, т.е. сложная биоценотическая система с множественными трофическими цепочками).
Технология вермикультивирования используется для переработки органической части ТБО растительного и животного происхождения. Технология предусматривает извлечение и реализацию ресурсно-ценных компонентов, утилизацию органической части ТБО и получение продукта переработки -экологически чистого сбалансированного (по всем элементам) питания для растений - органического удобрения (биогомус) с высокими агрохимическими показателями, а также произведенных на его основе стимуляторов роста растений и почвенных смесей.
Распространенная схема рекультивации, применяемая повсеместно,
включает два этапа техническим и биологический, и, как правило, не является самой эффективной, поскольку не способствует увеличению плодородности восстановляемой земли. Период такой рекультивации может продолжаться 10 лет и более.
Технический этап рекультивации (техническая рекультивация, а при восстановлении земель, нарушенных горными работами - горнотехническая рекультивация) включает следующие виды работ (подэтапы): снятие и складирование плодородного слоя почвы, планировку поверхности, транспортирование и нанесение плодородных почв на рекультивируемую поверхность, строительство осушительной и водоподводя-щей сети каналов, устройство противо-эрозионных сооружений. Технический этап рекультивация выполняют горнодобывающие предприятия.
Биологический этап рекультивации (биологическая рекультивация) включает мероприятия по восстановлению плодородия рекультивированных земель и возобновлению флоры и фауны. В качестве основного компонента для повышения плодородия применяются минеральные удобрения - продукты агрохимии, которые
имеют краткосрочный положительный эффект и стерилизует землю от гумуса и от «живых» гумусообразо-вателей. Работы по данному этапу выполняют предприятия лесохозяй-ственного или сельскохозяйственного профиля, в постоянное пользование которых после проведения технической рекультивации поступает земельный участок [4].
Основным документом, регламентирующим рекультивационные работы, является ГОСТ 17.5.3.04-83 «Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель». Однако на практике далеко не все результаты работ по рекультивации нарушенных земель соответствуют требованиям данного документа.
Рекультивация земель должна носить комплексный характер, т.е. предусматривать их различное последующее использование. Предлагаемая технология позволяет использовать восстновленные земли не только для рекреацинного пользования, но и для сельскохозяйственных угодий.
При использовании данной технологии в схему рекультивации включается подэтап «Внесение биогумуса», являющийся завершающим техниче-
Рис. 2. Схема рекультивационных работ с использованием технологии вермикуль-тивирования
Влажность 40-45%
Зольность 35-45%
Органические вещества 55-65%
Гуминовые вещества 25-32%
Азот общий 1,0-2,0%
Фосфор общий (Р2О5) 1,5-3,0%
Калий общий (К2О) 1,2-2,0%
Кальций 4,0-6,0%
Магний 0,6-2,3%
Железо 0,6-2,5%
Марганец 60-80 мг/кг
Массовая доля тяжелых металлов, мг/кг ниже ПДК для почв
Патогенная микрофлора отсутствует
Яйца гельминтов отсутствует
ский этап и предшествующим биологической рекультивации. Также исключается подэтап «Внесение органических и минеральных удобрений», так как использование биогумуса исключает необходимость проведения данного вида работ.
Таким образом, схема проведения рекультивационных работ будет иметь следующий вид, представленный на рис. 2.
В отличие от общепринятого использования минеральных удобрений, биогумус - высокоэффективное, концентрированное удобрение с эффектом защиты растений от болезней, средство новообразования и регенерации почв, повышает урожайность сельхозкультур по сравнению с традиционными удобрениями в 2-2,5 раза, улучшает качество продукции - снижение концентрации отравляющих веществ, повышение содержания аскорбиновой кислоты в продуктах в 2-7 раз, сокращение сроков созревания на 10 дней, увеличение жизненного потенциала, энергетики продуктов и сроков их хранения в прекрасном виде. Обладает пролонгирующим действием в течение 5-7 лет. Состав
сухого вещества вермикомпоста представлен в таблице [5].
Положительные эффекты вызваны также и высоким микробным насыщением гумуса (2-1012 - колоний бактерий).
Копролиты дождевых червей являются своего рода «саркофагами» для солей тяжелых металлов, образуя хелаты, сформированные гуматы тяжелых металлов не воспринимаются корневой системой растений. Основное экологическое свойство гумуса -связать тяжелые металлы и радионуклиды в почве, противодействовать их выносу и усвоению растениями.
Таким образом, биогумус может и должен быть использован как для повышения почвенного плодородия, так и для рекультивации антропогенно нарушенных земель, в частности для восстановления земель загрязненных тяжелыми металлами, т.к. большинство органических соединений связывают металлы, образуя с ними труднорастворимые комплексные соединения, существенно снижая токсическое воздействие металлов на биологические объекты и, как следствие, ускоряя восстановление как почвенного, так и растительного покрова.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Буторина М.В., Дроздова Л.Ф., Иванов Н.И. и др. Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник / Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. - М.: Логос, 2004.
2. Гридин В.Г., Калинин А.Р., Кобя-ков А.А. и др. Экономика, организация, управление природными и техногенными ресурсами: Учебное пособие / Под ред. А.А. Кобякова и В.А. Харченко. - М.: Издательство «Горная книга», 2012.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
3. Уфимцев В. И. Влияние экологических условий на состояние насаждений сосны обыкновенной на отвалах Кузбасса. Автореф. на соиск. уч. степ к.б.н. - Томск, 2011.
4. Идрисова З.Н., Гарифуллин Ф.Ш., Ишемьяров А.Ш. Рекультивация техногенно нарушенных почв. - Ульяновск, 1988.
5. http: //www. green-pik. ru/sections/41. html - официальный сайт Научно-производственного объединения «Грин-ПИКъ».
Назьина Ксения Сергеевна - магистрант, Давыдов Денис Олегович - магистрант, МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: ud@msmu.ru.
UDC 622.882;622:504
APPLICATION TECHNOLOGIES OF VERMICULTIVATION IN RECLAMATION OF DISTURBED LANDS OF MINING INDUSTRY
Naz'ina K.S., Master's Degree Student, Davydov D.O., Master's Degree Student,
Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», e-mail: ud@msmu.ru.
Development of the mining industry leads to the removal of natural turnover and disruption much of Earth's surface. Large areas of fertile lands alienated by the open method of field development, providing more volume mass production of minerals. The negative impact of underground mining is the alienation of land contamination and waste dumps. As a result of underground coal mining on the surface of the rock is given of the preparation and clean-up, cleaning and restoration of the mine workings. Issued on the surface of the rock is stored in a variety of size and shape dumps. They take up valuable agricultural land, reduce the productivity of adjacent land, pollute the atmosphere with gases and dust, violate the hydrogeological regime of the area. In addition, water (mostly toxic), which flow from the heaps, and destroy vegetation in the neighborhood. Vermicultivation technology considered in this paper improves the efficiency of remediation work, to increase the fertility of land and restored to shorten the period of reclamation.
Key words: reclamation of disturbed lands, vermiculture, vermicompost, environmental protection.
REFERENCES
1. Butorina M.V., Drozdova L.F., Ivanov N.I. Inzhenernaja jekologija i jekologicheskij menedzhment: Uchebnik. Pod red. N.I. Ivanova, I.M. Fadina (Engineering ecology and ecological management. Textbook, Ivanov N.I., Fadin I.M. (Eds.)), Moscow, Logos, 2004.
2. Gridin V.G., Kalinin A.R., Kobjakov A.A. Jekonomika, organizacija, upravlenie prirodnymi i tehno-gennymi resursami: Uchebnoe posobie. Pod red. A.A. Kobjakova i V.A. Harchenko (Economy, organization and management of natural resources and industrial waste. Educational aid, Kobjakov A.A., Harchenko V.A. (Eds.)), Moscow, Izdatel'stvo «Gornaja kniga», 2012.
3. Ufimcev V.I. Vlijanie jekologicheskih uslovij na sostojanie nasazhdenij sosny obyknovennoj na otvalah Kuzbassa (Ecological effect on condition of Scotch pine planting on the surface of mine dumps in Kuzbass), Candidate's thesis, Tomsk, 2011.
4. Idrisova Z.N., Garifullin F.Sh., Ishem'jarov A.Sh. Rekul'tivacija tehnogenno narushennyh pochv (Industrially damaged soil reclamation), Ulyanovsk, 1988.
5. http://www.green-pik.ru/sections/41.html
