Набор культур-освоителей для биологической рекультивации первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.61: 502.654

И. В. Гурина, Н. А. Иванова (ФГБОУ ВПО «НГМА»)

НАБОР КУЛЬТУР-ОСВОИТЕЛЕЙ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПЕРВОЙ СЕКЦИИ ЗОЛООТВАЛА НОВОЧЕРКАССКОЙ ГРЭС

В статье изложены результаты лабораторных исследований в вегетационных сосудах по определению набора культур-освоителей для биологической рекультивации первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС. Исследования проводились с одно-видовыми посевами многолетних трав (эспарцет, черноголовник, кострец, пырей и донник) и многолетними травосмесями (донник + кострец, донник + кострец + черноголовник, донник + кострец + черноголовник + эспарцет, донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет). Доза минеральных удобрений в опыте составляла N90P90K60 кг/га д. в. Среди использованных в опыте бобовых культур наилучшие показатели роста и развития были отмечены у эспарцета. Высота растений эспарцета в среднем составляла 28,9 см, что на 12,8 и 12,7 см превышало высоту растений черноголовника и донника. В многовидовых посевах наибольшая высота растений отмечалась у трехкомпонентной и четырехкомпонентной травосмесей. Наиболее развитую корневую систему в условиях лабораторного опыта сформировал черноголовник. Глубина проникновения его корневой системы достигала 8,5 см. Более низкие показатели были отмечены у растений костреца, пырея и эспарцета - 7,2 см, 7,0 см и 6,5 см соответственно, а самые низкие - у донника - 6,0 см. Наилучшие показатели нарастания сырой биомассы были установлены у эспарцета - 2,11 г, что на 0,02 и 0,15 г больше, чем биомасса пырея и костреца. Наименьшую сырую биомассу сформировал донник. Наибольшую массу сухого вещества 0,51 г сформировал кострец. На посевах эспарцета она была ниже на 0,04 г. Среди многовидовых посевов наилучшие показатели нарастания сырой биомассы были установлены у четырехкомпонентной травосмеси. Биомасса пятикомпонентной травосмеси составила 5,19 г, что на 0,23 г меньше, чем четырехкомпо-нентной. Аналогичная ситуация складывалась и по накоплению сухого вещества. Таким образом, для биологической рекультивации золоотвала была рекомендована четырехком-понентная многолетняя травосмесь донник + кострец + черноголовник + эспарцет.

Ключевые слова: золоотвал, биологическая рекультивация, травосмесь, фитоме-лиорация, лабораторные исследования, многолетние травы.

I. V. Gurina, N. A. Ivanova (FSBEE HPE "NSMA")

SET OF PRELIMINARY CROPS FOR BIOLOGICAL RECULTIVATION OF THE FIRST SECTION OF ASH DISPOSAL AREA OF NOVOCHERKASSKAYA SDPP

The article deals with the results of laboratory experiments in pots to determine a set of preliminary crops for biological recultivation of the first section of ash disposal area of Novocherkasskaya SDPP. The experiments were carried out with single-species crops of perennial grasses (sainfoin, burnet, awnless brome grass, couch grass, and melilot) and perennial grass mixtures (melilot + awnless brome grass, melilot + awnless brome grass + burnet, melilot + awnless brome grass + burnet + sainfoin, melilot + awnless brome grass + burnet + couch grass + sainfoin). Rate of mineral fertilizers in the experiments was N90P90K60 kg/ha a.s. Among the legumes sainfoin had the best indices of growth and devel-

opment. The average height of sainfoin plants was 28.9 cm which exceeded by 12.8 and 12.7 cm the height of burnet and melilot. Among the multispecies crops the best indices of plant height had three-component and four-component grass mixtures. Under the conditions of the laboratory experiments burnet formed the most developed root system. The depth of its root penetration reached 8.5 cm. Awnless brome grass, couch grass, and sainfoin had lower indices - 7.2 cm, 7.0 cm, and 6.5 cm respectively. Melilot showed the least indices- 6.0 cm. The best indices for the raw biomass growth were established for sainfoin - 2.11 g which was by 0.02 and 0.15 g above the biomass of couch grass and awnless brome grass. Melilot formed the least biomass. The greatest mass of dry matter 0.51 g had awnless brome grass. It was by 0.04 g less for sainfoin crops. Among the multi-species crops, four-component grass mixture had the best indices of the raw biomass growth. The biomass of five-component grass mixture was 5.19 g which by 0.23 g lower than for four-component one. The same situation was for dry matter accumulation. Thus, for biological recultivation of ash disposal area we recommend the perennial grass mixture 'melilot + awnless brome grass + burnet + sainfoin'.

Keywords: ash disposal area, biological recultivation, grass mixture, phytoamelioration, laboratory research, perennial grasses.

В настоящее время на территории Российской Федерации электрическую и тепловую энергию вырабатывают 172 электростанции, работающие на угольном топливе. По данным Агентства по прогнозированию балансов в электроэнергетике к 2020 году объем накопленных золошлаковых отходов превысит 1,7 млрд тонн. Объем перерабатываемых золошлаков в нашей стране незначителен - не более 10-18 %, поэтому основное их количество складируется в золоотвалы, площадь которых к настоящему времени достигла 28 тыс. га [1]. В перспективе прогнозируется увеличение площадей, занятых золоотвалами, что связано с планируемым ростом выработки электроэнергии за счет сжигания твердого топлива [2]. Устранение ущерба, наносимого золоотвалами окружающей среде и населению, проживающему в районах их размещения, достигается применением научно обоснованных методов и средств рекультивации [3].

В настоящее время одним из основных способов биологической рекультивации нарушенных земель, и в частности, выведенных из эксплуатации золоотвалов тепловых электростанций, является фитомелиорация. Целью работ является создание устойчивых растительных сообществ с высокими защитными функциями, которые не только снизят проявление эрозионных процессов на рекультивируемой территории, но и ускорят про-

цессы естественного восстановления уничтоженных компонентов нарушенной геосистемы. Успешность биологической рекультивации, реализуемой проведением фитомелиорации, определяется набором культур-освоителей для залужения рекультивируемого объекта [4].

В связи с этим, цель проводимых исследований заключалась в определении возможности произрастания на субстрате первой секции золоот-вала Новочеркасской ГРЭС многолетних трав и их смесей. Схема лабораторного опыта включала 9 вариантов:

Вариант 1 - «Эспарцет»;

Вариант 2 - «Черноголовник»;

Вариант 3 - «Кострец»;

Вариант 4 - «Пырей»;

Вариант 5 - «Донник»;

Вариант 6 - «Донник + кострец»;

Вариант 7 - «Донник + кострец + черноголовник»;

Вариант 8 - «Донник + кострец + черноголовник + эспарцет»;

Вариант 9 - «Донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет».

Доза минеральных удобрений в лабораторном опыте составляла N9^90^0 кг/га д. в.

Первая секция золоотвала Новочеркасской ГРЭС проектным объемом 17 млн м сдана в эксплуатацию в 1965 г. В рабочем режиме эксплуатировалась до 1987 г., затем была выведена из эксплуатации. С 2001 г. данная секция была расконсервирована, проведено наращивание ограждения дамбы до отметки 31,0 м. В апреле 2009 г. секция была выведена из эксплуатации. Площадь нижнего основания секции составляет 75 га, верхнего - 38 га [5].

Работы по рекультивации первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС были начаты после ее вывода из эксплуатации в 2009 г. На техническом этапе на поверхность секции был нанесен рекультивационный слой

из глиняного экрана и почвогрунта мощностью 15-30 см. Применение ре-культивационного слоя такого состава позволило сократить пыление отработанной секции золоотвала [5].

Для проведения лабораторного опыта вегетационные сосуды были заполнены субстратом первой секции золоотвала. Для опыта были отобраны растения, биологические особенности которых позволят создать устойчивый фитоценоз на рекультивируемой территории. Их характеристики приведены в таблице 1 [6, 7].

Таблица 1 - Характеристика растений для биологической рекультивации первой секции золоотвала

Растение Характеристика

Эспарцет Многолетняя бобовая культура. Обогащает почву биологическим азотом, устойчив к засухе, зимостоек, отличается долговечностью, способен усваивать труднорастворимые питательные вещества

Черноголовник Многолетнее стержнекорневое растение семейства розоцветных. Зимостоек, холодостоек, засухоустойчив, влаголюбив. Развивает мощную корневую систему. Размножается семенами, сохраняющими всхожесть до 90 % 8-10 лет

Кострец безостый Многолетняя злаковая культура, отличается хорошей зимостойкостью, засухоустойчивостью и быстрой акклиматизацией

Пырей ползучий Корневищный злак, устойчивый к неблагоприятным климатическим условиям, отрицательным физическим и химическим свойствам грунта. В первый год жизни интенсивно формирует корневую систему и в меньшей степени надземную массу

Донник Многолетнее бобовое растение, фитомелиорант. Зимостоек и засухоустойчив. Наращивает большую зеленую массу и развивает мощную корневую систему, поэтому часто используется в качестве сидеральной культуры

Анализ приведенной в таблице 1 информации позволяет утверждать, что для проведения лабораторного опыта в вегетационных сосудах были отобраны растения, которые обладают быстрой акклиматизацией, высокой устойчивостью к отрицательным свойствам грунта, отличаются хорошей зимостойкостью и засухоустойчивостью, устойчивы к болезням, вредителям и обладают широкой экологической пластичностью.

Перед закладкой опыта определялась в многократной повторности всхожесть семян исследуемых культур. Показатели всхожести семян мно-

голетних трав представлены на рисунке 1. Анализ представленных данных позволил установить, что наибольший процент всхожести семян (90 %) был отмечен у таких трав, как эспарцет и черноголовник. У семян пырея и костреца всхожесть была более низкой и, в среднем, составила соответственно 60 и 58 %.

Рисунок 1 - Показатели всхожести семян изучаемых растений

Посев исследуемых культур и их смесей проводился 7 мая 2010 г. Глубина заделки семян в сосудах составляла 2-3 см. Минеральные удобрения (азофоска (N^6 %; Р16 %; К15 %) вносились дозой К90Р90К60 кг/га д. в. Первые всходы исследуемых трав были отмечены через 5-7 дней, а через 12 дней наблюдались полные всходы на всех вариантах лабораторного опыта. Подсчет густоты стояния растений 20 мая позволил установить, что наибольший процент всхожести отмечался у растений травосмесей донник + кострец (99 %), донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет (95 %), донник + кострец + черноголовник (89 %), донник + кострец + черноголовник + эспарцет (89 %) и в одновидовом посеве эспарцета (82 %).

Результаты исследований динамики роста и развития растений, представленные на рисунке 2, позволили установить, что среди использованных в опыте бобовых культур наилучшие показатели были отмечены у эспарцета. В августе высота растений эспарцета в среднем составляла 28,9 см, что на 12,8 и 12,7 см превышало высоту растений черноголовника и донника. Злаки также хорошо развивались в одновидовых посевах: высота растений пырея, определенная 10 августа, составила в среднем 27,6 см, а костреца - 26,2 см.

В многовидовых посевах наилучшие показатели роста растений отмечались у трехкомпонентной травосмеси донник + кострец + черноголовник и четырехкомпонентной донник + кострец + черноголовник + эспарцет. Более низкие показатели были установлены у пятикомпонентной травосмеси донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет. Худшие показатели роста и развития имела двухкомпонентная травосмесь донник + кострец. В августе высота растений этой травосмеси в среднем составила 18,3 см, что на 7,5; 7,1 и 4,2 см меньше, чем средняя высота растений трех-, четырех- и пятикомпонентной травосмесей.

В лабораторном опыте также изучалось развитие корневой системы растений. Результаты исследования глубины проникновения корневой системы приведены на рисунке 3.

Анализ представленных данных позволил установить, что наиболее развитую корневую систему сформировал черноголовник. Глубина проникновения корневой системы этой бобовой культуры, определенная 10 августа, достигала 8,5 см. Более низкие показатели были отмечены у растений костреца, пырея и эспарцета. У этих культур глубина проникновения корневой системы составила 7,2 см, 7,0 см и 6,5 см соответственно. Самые низкие показатели имели растения донника - в среднем по повтор-ностям опыта глубина проникновения корневой системы составила 6,0 см.

25

2 20 о

(-" о о а. >я

3

к

¡к

и К К

т

15

10

_ Р ^ * __ . ^ Л ■

¿г" а ■Л ¿Г' ------ *---"* Ш * у —Ц

■ * ** ' X * - *—^ ** **

1

1 июня 11 июня 21 июня 1 июля 11 июля 21 июля 31 июля 10 августа

Дата замера

♦ эспарцет —А ■ кострец -Ж- донник

-+ ■ донник + кострец + черноголовник

—А ■ донник + кострец + черноголовник +пырей + эспарцет

черноголовник

■'■>;'■ пыреи

-донник -I- ко стрец

- донник + ко стре ц + черноголовник Ш эспарцет

Ж

рэ У Л X

Е »

ж

у

43 X

рэ Й

Р

о о о

к

КС о я о ч о

я

43

о

О)

Й

о

о Й к о

43 рэ

с

к к

ю о

г

— 2

00

Рисунок 2 - Динамика линейного роста изучаемых культур по вариантам лабораторного опыта

9 §

й Щ

Им «

С г гч

Щ н-< /

11 Я и

I I 6

I* Р Ё

з ° 5 н т

и

Е

& 4

I

# ______ - ш

- ■ 1 ж------" ______, —'

Н" -

июля

12 июля

эспарцет - ЛЬ кострец -Ж - донник

22 июля 1 августа 11 августа

—■ т^ЖОГОЛОВННК

пырен

-X'

Дата замфа

Рисунок 3 - Глубина проникновения корневой системы изучаемых культур в лабораторном опыте

В лабораторном опыте было изучено нарастание сырой биомассы и накопление сухого вещества в одновидовых посевах эспарцета, черноголовника, костреца, пырея и донника и травосмесями донник + кострец, донник + кострец + черноголовник, донник + кострец + черноголовник + эспарцет, донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет (рисунки 4-7).

В одновидовых посевах многолетних трав наилучшие показатели нарастания сырой биомассы (тб.с.) были установлены у эспарцета (рисунок 4). Замеры, проведенные 10 августа, показали, что биомасса эспарцета составила 2,11 г, что на 0,02 и 0,15 г больше, чем биомасса пырея и костреца. Изучение нарастания сырой биомассы на посевах черноголовника позволило установить, что к 10 августа она была вдвое меньше, чем эспарцета. Наименьшую сырую биомассу сформировал донник.

Изучение накопления сухого вещества (тсв.) показало, что наибольшую массу сухого вещества к 10 августа сформировала злаковая культура кострец - 0,51 г (рисунок 5). Несколько ниже (на 0,04 г) она была на посевах эспарцета. У пырея масса сухого вещества, определенная 10 августа, со-

ставила 0,39 г, что на 0,12 г меньше, чем у костреца. Бобовые культуры черноголовник и донник образовали наименьшее количество сухой массы -0,25 и 0,22 г соответственно - в 2 раза меньше, чем на посевах костреца.

г

У/

■ л

■ и'*

а-"

2,5 2

Ш 1

0,5 0

21 июня 1 июля 11 июля 21 июля 31 икшя 10 августа

Даты отбора

—эспацерт ■'■+"■ черноголовник * 'жостр-ещ ~ х- пырей -■"донник

Рисунок 4 - Динамика нарастания сырой биомассы многолетних трав в лабораторном опыте

Ые*, Г 0,6

__ —А

л У у

/ У —*

* // / .......+ .............- - Ж

Аг* У' У/ у ■ V

1 р1_| 1 д. Ж* ' г ■ ** г35--1-

21 июня 1 июля 11 июля 21 июля 31 июля 10 августа

Даты отбора

—♦—эспацерт черноголовник —кострец -х- пырей -^-донник

Рисунок 5 - Динамика накопления сухого вещества многолетними травами в лабораторном опыте

Анализ динамики нарастания сырой биомассы травосмесей (рисунок 6) показал, что наилучшие показатели имела четырехкомпонентная травосмесь донник + кострец + черноголовник + эспарцет. Несколько ниже были показатели пятикомпонентной травосмеси донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет. Замеры, выполненные 10 августа, позволили установить, что биомасса этой травосмеси составила 5,19 г, что на 0,23 г меньше, чем четырехкомпонентной травосмеси. Наименьшую биомассу сформировала травосмесь донник + кострец - в 1,9 раза меньше, чем на варианте с четырехкомпонентной травосмесью.

г

6,00 -Г

5,00

4,00

3,00 -

2,00

1,00

0,00 ■ 21 ИЮНЯ

Рисунок 6 - Динамика нарастания сырой биомассы многолетних травосмесей в лабораторном опыте

Аналогичная ситуация складывалась и по накоплению сухого вещества (рисунок 7). Здесь также наиболее высокие значения сухой массы были получены на варианте опыта с четырехкомпонентной травосмесью. Несколько ниже были показатели пятикомпонентной травосмеси. Наименьшую массу сухого вещества сформировала двухкомпонентная травосмесь.

---^

* / * ¿г ■

X У

___-

у У ж'-''''

'И—----- ЧГ^ - -1

21 июня 1 июля 11 июля 21 июля Ш июля 10 августа

донники-кострец Даты отбора

—■— донник + кострец + черноголовник -А - донник + кострец + черноголовник + эспарцет X донник + кострец + чернологовник+ пырей + эспарцет

Рисунок 7 - Динамика накопления сухого вещества многолетними травосмесями в лабораторном опыте

Таким образом, в результате проведенного лабораторного опыта в вегетационных сосудах для биологической рекультивации первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС с использованием фитомелиорации была рекомендована четырехкомпонентная многолетняя травосмесь из донника, костреца, черноголовника и эспарцета. Эта травосмесь имела лучшие показатели роста и развития входящих в ее состав растений, а также наиболее высокие показатели нарастания сырой биомассы и накопления сухого вещества среди изучаемых травосмесей и одновидовых посевов многолетних трав.

Список использованных источников

1 Кожуховский, И. Золошлаки угольных ТЭС - отходы или ценное сырье? [Электронный ресурс] / И. Кожуховский, О. Новоселова // Энергорынок. - 2011. - № 6(89). - Режим доступа: http://www.e-apbe.ru/media_ аЬои_ш^аП^р?ГО=72169, 2014.

2 Котлер, В. Р. Влияние технологии удаления шлака на вредные выбросы энергетических котлов / В. Р. Котлер, А. В. Штегман // Международный научно-практический семинар «Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование», Москва, 23 марта 2007 г. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - С. 46-50.

3 Гурина, И. В. Биологическая рекультивация золоотвала Новочеркасской ГРЭС: монография / И. В. Гурина. - Ростов н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2012. - 240 с.

4 Гурина, И. В. Обоснование выбора культур для растительных ме-лиораций золоотвалов / И. В. Гурина // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2011. - № 1-1. - С. 96-103.

5 Гурина, И. В. Биологическая консервация первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС / И. В. Гурина, Н. А. Иванова, Е. А. Лысенко // Материалы IV Международного научно-практического семинара «Золош-лаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование», Москва, 19-20 апреля 2012 г. - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - С. 115-118.

6 Ландшафтное земледелие в условиях орошения Ростовской области. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2000. - 324 с.

7 Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство / В. С. Никляев [и др.]; под ред. В. С. Никляева. -М.: Былина, 2000. - 555 с.

Гурина Ирина Владимировна - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), профессор кафедры мелиораций земель. Контактный телефон: 8-8635-22-27-29. E-mail: i-gurina@mail.ru

Gurina Irina Vladimirovna - Candidate of Agricultural Science, Associate Professor, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education «Novocherkassk State Meliorative Academy» (FSBEE HPE "NSMA"), Professor of the Chair of Land Reclamation. Contact telephone number: 8-8635-22-27-29. E-mail: i-gurina@mail.ru

Иванова Нина Анисимовна - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), проректор по науке. Контактный телефон: 8-8635-22-27-29. E-mail: ngma.nauka@yandex.ru

Ivanova Nina Anisimovna - Doctor of Agricultural Science, Professor, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education «Novocherkassk State Meliorative Academy» (FSBEE HPE "NSMA"), Pro-Rector for Science. Contact telephone number: 8-8635-22-27-29. E-mail: ngma.nauka@yandex.ru