CC BY
31
УДК 502.55.626.877.2
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕХНОЗЕМОВ В КУЛЬТУРНЫЕ ЛАНДШАФТЫ
СТИФЕЕЕВ А.И.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии, садоводства и защиты растений ФГБОУ ВО Курская ГСХА, e-mail: stifeev09.2015@yandex.ru.
НИКИТИНА О.В.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры экологии, садоводства и защиты растений ФГБОУ ВО Курская ГСХА, e-mail: Nikioxana2009@yandex.ru.
НАГОРНАЯ О.В.,
кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии, садоводства и защиты растений ФГБОУ ВО Курская ГСХА.
ПАНОВА Е.Н.,
аспирант ФГБОУ ВО Курская ГСХА.
НИКОЛАЕВА ЕС.,
аспирант ФГБОУ ВО Курская ГСХА.
Реферат. За последние 50 лет отмечается усиление антропогенного воздействия на тысячелетиями создаваемые ландшафты, связанного с добычей минерального сырья из недр литосферы. Растет количество глубоких карьеров до 500 м глубины и тысячи мелких карьеров по добыче песка, глины, мела. В результате функционирования карьеров и ГОКов на дневную поверхность выносятся горные породы разного экологического возраста и химического состава. При этом образуются техноземы и хвостохранилища. Так, в условиях добычи железной руды на территории Курской магнитной аномалии функционирует три карьера (Михайловский, Старо-оскольский и Лебединский). За годы их работы вынесено на дневную поверхность свыше 2 млрд. м3 горных пород и более 500 млн. м3 отходов обогащения железистых руд и кварцитов. Горные породы, отсыпанные в отвалы и отходы обогащения (хвостохранилища) имеют разный химический состав, физические свойства и представлены техноземами. Учеными ФГБОУ ВО Курская ГСХА около 50 лет проводятся исследования по разработке технологий их окультуривания (рекультивации). В основу исследований положена основная задача: разработать технологии для создания культурных ландшафтов на техноземах. В результате нами разработана технология создания на поверхности техноземов агроценозов с нанесением 40 см плодородного гумусового слоя почв, обеспечив урожайность зерновых до 45 ц/га, сахарной свеклы 450 ц/га. Вторым направлением окультуривания является облесение техноземов, третье и четвертое -создание фитоценозов и искусственных водоемов. Для создания культурных ландшафтов необходимо горнорудным предприятиям выделить большие материальные вложения, тесно сотрудничать с разработками ученых, что позволит придать устойчивость и культурный облик существующим техноземам.
Ключевые слова: антропогенное воздействие, техноземы, карьеры, отвалы, рекультивация, агроценозы, фитоценозы, водоемы.
THE MAIN DIRECTIONS OF THE TRANSFORMATION OF TECHNOZEMS INTO CULTURAL LANDSCAPES
STIFEEEEV AI.,
doctor of Agricultural Sciences, Professor of the Department of Ecology, Horticulture and Plant Protection, FSBEI HE Kursk State Agricultural Academy, e-mail: stifeev09.2015@yandex.ru.
NIKITINA O.V.,
candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Ecology, Horticulture and Plant Protection, FSBEI HE Kursk State Agricultural Academy, e-mail: Nikioxana2009@yandex.ru
NAGORNAY O.V.,
candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Ecology, Horticulture and Plant Protection FSBEI HE Kursk State Agricultural Academy.
PANOVA E.N.,
PhD student Kursk State Agricultural Academy. NIKOLAEV E.S.,
PhD student Kursk State Agricultural Academy.
Essay. Over the past 50 years, there has been an increase in the anthropogenic impact on created landscapes for millennia associated with the extraction of mineral raw materials from the depths of the lithosphere. The number of deep quarries up to 500 m depth and thousands of small quarries for the extraction of sand, clay, chalk are growing. As a result of the operation of quarries and mining and ore dressing plants, rocks of different ecological age and chemical composition are brought to the day surface. At the same time, technozems and tailings are formed. Thus, in the conditions of iron ore mining, there are three open-cast mines in the territory of the Kursk Magnetic Anomaly (Mikhailovsky, Starooskolsky and Lebedinsky). Over the years of their work, over 2 billion m3 of rocks and more than 500 million m3 of iron ore and quartzite enrichment waste were brought to the surface. Rocks dumped in dumps and enrichment waste (tailing dump) have different chemical composition, physical properties and are represented by technozems.b Scientists of the Kursk Agricultural Academy have been conducting research on the development of technologies for their cultivation (recultivation) for about 50 years. The main task of the research is to develop technologies for creating cultural landscapes on techno-soils. We have developed a technology for creating agrocenoses on the technozem surface with applying 40 cm of a fertile soil humus layer, ensuring the grain yield up to 45 centners per hectare of sugar beet 450 centners / hectare. The second direction of cultivation is the afforestation of technozems. The third and fourth direction is the creation of phytocenoses and artificial reservoirs. To create cultural landscapes, it is necessary for mining enterprises to allocate large material investments, closely cooperate with the developments of scientists, which will make the existing technozems resistant and cultural.
Keywords: anthropogenic impact, technozems, quarries, dumps, recultivation, agrocenoses, phytocenoses, reservoirs.
Введение. За годы 20 и начала 21 века отмечается усиление антропогенного воздействия на тысячелетиями, создаваемые естественные ландшафты, связанного с изъятием сотен млрд. м3 минерального сырья из недр литосферы и складирования их на дневной поверхности. Наибольшее влияние при этом связано с добычей сырья в результате функционирования карьеров и шахт. Для этого используются мощные экскаваторы, транспортеры, самосвалы, вмещающие до 500 м3 горных пород и минералов. Для обогащения минерального сырья созданы сотни горнообогатительных комбинатов, отходы которых представлены хвостохранилищами. Человечество вгрызается в земную кору все глубже и глубже. В настоящее время глубина карьеров
по добыче минерального сырья превышает 500 м, что приводит к изъятию из недр литосферы горных пород различного геологического возраста и химического состава от нейтральных до сильнокислых и щелочных. В центре России на территории КМА за 60 лет добычи железной руды извлечено из карьеров (Михайловский, Старооскольский и Лебединский) свыше 2 млрд. м3 горных пород, представленных лессовидными и карбонатными суглинками, песками разного возраста, алевритами анит-неокоми, келловейскими и девонскими глинами, мелом. Вынесенные на дневную поверхность горные породы на территории КМА образовали техноземы на площади свыше 10 тыс. га (рисунок 1).
Рисунок 1 - Техноземы на Михайловском месторождении железа КМА
?
£
Рисунок 2 - «Лунный ландшафт» при добыче железной руды на Михайловском ГОКе
В условиях рыночной экономики отсыпка горных пород осуществляется в основном валовым способом, когда породы отсыпаются, смешанно, невзирая на то, что отдельные из них (пески батские), попадая наверх отвалов, десятилетиями остаются обнаженными. Семена растений, споры микроорганизмов, посаженные кустарники погибают после прорастания. Переход на селективный способ складирования горных пород, требует значительных затрат, связанных с тем, что изымаемые из карьеров породы должны отсыпаться в отвалы в соответствии с их нахождением в стратиграфических колонках карьеров.
При нарушении природного ландшафта теряются не только плодородные почвы, сельскохозяйственные угодья, леса, но и формиру-
ется новый техногенный ландшафт со всеми его отрицательными свойствами: пустынностью, бесплодностью, большой расчлененностью, эродированностью. Техноземы можно отнести к одному из видов маргинальных экосистем, характеризующихся большой неустойчивостью, их рельеф, растительный покров, водный режим, формирующие почвы, энтомо-фау не претерпевают большие изменения и часто деградируют под влиянием водной и ветровой эрозии, оползней, обвалов, усадки грунтов, токсичных пород, отсыпанных на дневную поверхность микроклимата и других факторов [1]. Техноземы в отличие от ненарушенных ландшафтов, лишены грунтовых вод, имеют значительную площадь испаряемости поверхности, крутые склоны, большую контра-
поверхность не токсичных горных пород с использованием не больших доз полного минерального удобрения (№30 P30 кг/га д.в.) Снижение мощности значительно уменьшает урожайность, а увеличение мощности не окупается затратами связанными с нанесением (рисунок 3, 4).
Перспетивным направлением рекультивации техноземов является их облесение [4, 5]. Эти исследования проводились нами совместно с учеными Воронежской лесотехнической академии. В результате многолетних исследований установлены древесно-кустарниковые породы, которые по своим биологическим особенностям произрастают на спланированных техноземах из лессовидных суглинков и их смесей с другими нетоксичными породами. Для облесения плато-образных участков рекомендуется использовать тополь, березу, сосну обыкновенную, рябину красную. На склонах техноземов следует использовать корнеотпрысковые породы: акация белая и желтая, облепиха обыкновенная, смородина золотистая и др. [3]. На рисунке 5 приведены результаты облесения конвейерного отвала площадью 193 га. Под пологом деревьев и кустарников образовался биоценоз, представленный разнотравьем, грибами и колониями муравьев. Наблюдения показали, что лесные посадки придают техноземам устойчивость, предотвращают эрозионные процессы, выполняют рекреационное значение.
30 '¿То ~50 ¿О 70 То
уиощмостд г(/уиг/соео?о CJJOSL на с^/гу^гуА/A^â. / cyit
Рисунок 3 - Урожайность различных культур с нанесением различной мощности гумусового слоя на лессовидный суглинок
стность в гигроскопических условиях и освещенности по экспозициям склонов. Площади техноземов ежегодно возрастают [4].
Результаты исследования. Учитывая высокую распаханность Курской и Белгородской областей (до 70 %) площадь под естественными ландшафтами постоянно снижается, на смену им пришли нарушенные ландшафты, связанные с крупными горнодобывающими предприятиями, сельскохозяйственными животноводческими комплексами, строительством, сотнями мелких карьеров по добыче местного минерального сырья (песка, глины, мела и т.д.). Все это создает «лунный ландшафт» на поверхности литосферы (рисунок 2). Пятидесятилетние исследования ученых кафедры экологии, садоводства и охраны природы Курской сельскохозяйственной академии разработали технологии, связанные с благоустроенностью техноземов с использованием биологической рекультивации. В результате теоретических и практических исследований нами разработаны технологии создания агроце-нозов сельскохозяйственных культур на спланированную поверхность техноземов наносится плодородный слой, ранее снятый с отведенных земель для добычи железной руды и строительства строительных площадок различного назначения. Определена оптимальная площадь гумусового слоя 40 см в плотном состоянии для нанесения на спланированную
Рисунок 4 слоя на мел
Урожайность различных культур с нанесением различной мощности гумусового
Рисунок 5 - Биоценозы на облесенных техноземах
Одним из актуальных исследований являлось создание на отвалах из потенциально-плодородных горных пород (лессовидные суглинки и их смесь) плодово-ягодных насаждений (яблонь, груш, смородины черной и красной, клубники). Для этого при посадке семечковых культур с помощью бура выкапываются лунки в диаметре и глубиной - 50 см. В каждую лунку вносится по 25 кг плодородного слоя, засыпая корневую систему двухлетних растений с последующим нанесением извлеченной породы. Приживаемость культур составила 91,5 %, плодоношение в 8-ми лет-
нем возрасте было аналогичным растениям на серых лесных почвах совхоза Веретенино Же-лезногорского района.
Следующим направлением рекультивации нарушенных земель является залужение тех-ноземов. Окультуривания техноземов связано с использованием посевов многолетних бобо-во-злаковых трав. Для проведения фитоме-лиорации проводится планировка поверхности техноземов. В зависимости от свойств их пород и способа их отсыпки проводится одна планировка (лессовидный и карбонатный суглинок) и 2-3 планировки (мел и мергель).
Рисунок 6 - Пастбища на залуженных лессовидных суглинках. Щигровский фосфоридный рудник
Норма посева трав увеличивается до 10 %, при этом под многолетние травы вносятся стартовые дозы минеральных удобрений (№30 P30 кг. д.в./га), проводится рыхление на глубину 8-10 см (лучше фрезой), а затем посев зерно-травяной сеялкой. Данный агроприем позволяет получить дружные всходы, хороший рост и продуктивность трав. За вегетацию проводится 2 укоса, после каждого из них следует вносить азотные удобрения дозой по 30 кг. д.в. га. Создаваемые фитоценозы можно использовать под пастбища (рисунок 6).
Для окультурования техноземов возможно создание искусственных водоемов для отдыха и рыборазведения на водоупорных глинах, обладающих малой водопроницаемостью (0,0001 мм), что явилось обнадеживаемостью их использования для целей реакреции.
Все виды использования техноземов являлись для нас основой проектирования культурных ландшафтов, в которых структура и свойства рационально изменены и оптимизированы на научной основе в интересах антропогенно-измененных территорий с высокой плотностью населения. По мнению [2], культурный ландшафт должен представлять собой улучшенную модель естественного ландшафта. Основной целью создания культурных ландшафтов является: обеспечение максимальной производительности возобновимых природных ресурсов, воспроизводства и сохранение плодородия почвенного покрова, предотвращение негативных процессов (эро-
зия, заболачивание, засоление, подтопления), оптимизация экологических условий окружающей среды, обеспечение наилучших условий для воспитания и культурного развития человека, а также для научного исследования созданных комплексов [7]. В основе организации территории для формирования культурных ландшафтов должна стать мозаичность (чередование агроценозов, лесов, охраняемых участков, водоемов), что послужит основой их устойчивости. Наибольшее предпочтение следует отдать лесным насаждениям (~ 50%), при этом необходимо использовать мелиоративные и предоохранные мероприятия. До 30 % -для фитомелиорации (залужений), 15 % - создания агроценозов (садов), 5 % - для рекреации [8, 9, 10].
Вывод. Таким образом, создание культурного ландшафта будет успешно выполнять как социально-экологические функции, так и функции по воспроизводству экологически здоровой окружающей среды. Основным направлением создания культурных ландшафтов предусматривается ландшафтное планирование, разработка проекта использования техногенных комплексов для удовлетворения возросших потребностей человеческого общества. Культурный ландшафт - это целеустремленно созданные ландшафты, в которых структуры и свойства комплексов рациональны, изменены и оптимизированы на научной основе в интересах общества.
Список использованных источников
1. Бурыкин А.М., Стифеев А.И. Некоторые теоретические и практические вопросы рекультивации техногенных ландшафтов // Основные способы восстановления земель нарушенных горной промышленностью КМА: сб. науч. тр. - Белгород: БСХИ, 1989. - С. 4-16.
2. Исаченко А.Г. Экологическая география России. - СПб., 2001. - 328 с.
3. Стифеев А.И. Использование плодово-ягодных кустарников для создания устойчивых техногенных экосистем на отвалах Михайловского ГОКа // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 5. - С. 66-68
4. Мелехов И.С. Лесоведение: учебник для вузов. - М.: МГУЛ, 1999. - С. 196-207.
5. Панков Я.В., Андрющенко П.Ф., Федотова Е.Е. Пути повышения эффективного выращивания быстрорастущих пород на нарушенных землях КМА // Облесение нарушенных и бросовых земель КМА. - Воронежская гос. лесотехн.акад., 2000. - С. 41-45.
6. Стифеев А.И., Бессонова Е.А., Никитина О.В. Система рационального использования и охрана земель: учебное пособие. - Санкт-Петербург: Лань, 2019. - 168 с.
7. Стифеев А.И., Бессонова Е.А., Лукьянов В.А. Техногенные ландшафты Курской области и проблема их окультурования // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 7. - С. 55-56.
8. Стифеев А.И., Чернова Г.А. Экономические аспекты рекреационной оценки лесных насаждений техногенных ландшафтов Курской области // Современные экологические проблемы провинции: Международный экологический форум: 4-8 июля 1995 г., г. Курск: 1995. - C. 231233.
9. Стифееев А.И., Григоров А.Н. Проблема экологии и рекреации нарушенных земель в условиях КМА: учеб. пособие. - Курск: Изд-во КГСХА,1993. - 38 с.
10. Пигорев И.Я. Экология техногенных ландшафтов КМА и их биологическое освоение. -Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. академии, 2006. - 366 с.
List of used sources
1. Burykin A.M., Stifeev A.I. Some theoretical and practical issues of reclamation of man-made landscapes // Basic methods of land restoration disturbed by the mining industry KMA: Coll. scientific Tr - Belgorod: BSHI, 1989. - P. 4-16.
2. Isachenko A.G. Ecological geography of Russia. - SPb., 2001. - 328 p.
3. Stifeev A.I. The use of fruit and berry bushes to create sustainable technogenic ecosystems on the dumps of the Mikhailovsky GOK // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2013. - № 5.- P. 66-68
4. Melekhov I S. Forest science: a textbook for high schools. - M .: MGUL, 1999. - P. 196-207.
5. Pankov Ya.V., Andryushchenko P.F., Fedotova E.E. Ways of increasing the effective cultivation of fast-growing breeds on disturbed lands of KMA // Afforestation of disturbed and waste lands of KMA. - Voronezh State. forestry. Acad., 2000. - P. 41-45.
6. Stifeev A.I., Bessonova E.A., Nikitina O.V. The system of rational use and protection of land: a textbook. - St. Petersburg: Lan, 2019. - 168 p.
7. Stifeev A.I., Bessonova E.A., Lukyanov V.A. Technogenic landscapes of the Kursk region and the problem of their cultivation // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2012. - № 7. - P. 55-56.
8. Stifeev A.I., Chernova G.A. Economic aspects of the recreational assessment of forest plantations of technogenic landscapes of the Kursk region // Modern environmental problems of the province: International Ecological Forum: July 4-8, 1995, Kursk: 1995. - P. 231-233.
9. Stifeeev A.I., Grigorov A.N. The problem of ecology and recreation of disturbed lands in the conditions of the KMA: studies. allowance. - Kursk: Publishing house of the KSAA, 1993. - 38 p.
10. Pigorev I.Y. Ecology of technogenic landscapes of KMA and their biological development. -Kursk: Publishing house Kursk. state. s.-. academy, 2006. - 366 p.
