CC BY
119
УДК 606:631.484
А.А. Новицкий, В.А. Андроханов, А.Т. Лавриненко, В.А. Гнитецкий
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ
КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Разработана эффективная и экономически обоснованная технология технической и биологической рекультивации земель техногенных ландшафтов, образующихся при угледобыче, организуемой ОАО «СУЭК-Красноярск», на угольных разрезах. Суть предлагаемой технологии заключается в одновременном снятии и нанесении на поверхность верхнего уступа отвала плодородного и потенциально плодородного слоев почвы с последующим применением ЭМ-технологии.
Ключевые слова: техническая, биологическая рекультивация; плодородный слой почвы; потенциально плодородная почва, ЭМ-технология.
Введение
Проблема деградации экосистем вообще и особенно их базовой основы - почвы в частности приобретает все более глобальный характер. Природный ландшафт является естественно-историческим образованием, сформированным совокупным и одновременным действием всех факторов географической среды [1]. Техногенному же свойственна предельная степень нарушенности взаимосвязей этих факторов, и его почвенно-экологическое состояние определяется уровнем развития почв и почвенного покрова.
Особую народно-хозяйственную и экологическую проблему создают постоянно увеличивающиеся территории нарушенных земель, возникающие в связи с интенсивными разработками и добычей полезных ископаемых [2]. На месте уничтоженного почвенного покрова создаются так называемые «техногенные» ландшафты, значительная часть которых в течение многих десятилетий по различным причинам сохраняет облик техногенной пустыни. В почвенно-экологическом плане это означает замедленное или полное отсутствие почвовос-становительных процессов. В связи с этим все более на государственном уровне заостряется вопрос о восстановлении (рекультивации) нарушенных территорий.
Изучение процессов почвообразования в условиях техногенеза является теоретической базой для рекультивации нарушенных земель и возврата их во вторичное использование в народном хозяйстве, а также в целом восстановления нарушенных ландшафтов [3].
Данная работа проводится согласно программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Сибири и в соответствии с выполнением договора между ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина с ОАО «СУЭК-Красноярск».
Цель исследований - разработка эффективных и экономически обоснованных технологий технической и биологической рекультивации земель техногенных ландшафтов, образующихся при угледобыче, производимой ОАО «СУЭК-Красноярск», на угольных разрезах.
Объекты и методы
Научно-исследовательская работа проводилась на Назаровском, Бородинском, Березовском угольных разрезах (в филиалах «СУЭК-Красноярск»). При выполнении горнотехнического этапа путем маршрутных обследований осуществлялось изучение традиционной технологии рекультивации техногенных ландшафтов. Освоены существующее законодательство РФ и ГОСТы по горнотехнической разработке при угледобыче открытым способом. Проведены собственные агрохимические исследования нарушенных почв. Выбраны участки для опытов на различных субстратах, образующихся на разрезах в процессе выполнения рекуль-
© Новицкий А.А., Андроханов В.А., Лавриненко А.Т., Гнитецкий В.А., 2012
тивационных работ. Определены два варианта субстратов - техногенные элювии, представляющие смесь вскрышных пород, частично спланированных, и технозем гумусогенный, представляющий рекультивированную почву, созданную путем отсыпки предварительно снятого плодородного слоя почвы на спланированную поверхность отвала. Полевые опыты проводились с целью испытания эффективности применения микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» для создания устойчивого почвенно-растительного слоя на поверхности нарушенных территорий. За контроль был выбран прилегающий участок ненарушенной почвы на борту разреза с выщелоченным черноземом.
Для испытания эффективности предлагаемой технологии рекультивации на поверхности опытных участков был проведен посев смеси многолетних трав (костер, люцерна) и зерновой культуры (яровая пшеница). Целью опытов являлось определение эффективности применения микробиологического препарата «Байкал ЭМ1», а также самой технологии формирования рекультивационного корнеобитаемого слоя, состоящего из смеси плодородного слоя почвы (ПСП) и подстилающих пород.
Микробиологический препарат «Байкал ЭМ1» использовался для внесения в субстрат рекультивированных участков и для замачивания семян с целью увеличения их биологической активности.
Перед закладкой опытов и после их проведения были определены агрофизические и агрохимические показатели субстрата отвала.
Эффективность ЭМ-технологии выявлялась при визуальном наблюдении за всходами высаженных растений и подсчете количества проросших растений и общей биомассы на одном квадратном метре.
Результаты исследований
Горнотехнический этап. Традиционная проектная технология рекультивации, разработанная в 2007 г. в ООО «Управление проектных работ АО «Красноярск-уголь», предполагает сельскохозяйственное, лесохозяйственное и водохозяйственное направления и состоит из нескольких основных технологических этапов - предварительного снятия, складирования и хранения плодородного слоя почвы (ПСП) в буртах до времени проведения рекультивации на нарушенных территориях. В дальнейшем сохраненный ПСП отсыпается на спланированную поверхность отвалов. Мощность отсыпки ПСП изменяется от 20 и более сантиметров. В ходе технического этапа рекультивации происходит трансформация ПСП, в основном изменяются его физическое и гумусное состояние. Несмотря на рекомендуемые нормы снятия ПСП, в реальных условиях проведения горных работ происходит механическое смешивание различных по уровню плодородия горизонтов почв естественного сложения, что приводит к разубоживанию материала гумусового горизонта. Кроме того, при снятии ПСП многократно усиливается насыщение гумусной массы кислородом воздуха. Повышенная аэрация способствует интенсивной минерализации органического вещества ПСП. Именно этой причиной объясняется значительное повышение уровня нитратов в первый год хранения ПСП в буртах. Совокупность действия механических и физико-химических факторов на первом этапе трансформации ПСП в период снятия и транспортировки снижает содержание органического вещества в субстрате на 1-2%. Следует учесть еще один отрицательный аспект, связанный с тем, что создание и хранение искусственных почв - техноземов - приводит к нежелательному их переуплотнению.
Дальнейшие исследования технологических работ по снятию, буртованию и нанесению ПСП на поверхность отвалов показывают, что выполнение необходимых операций требует больших финансовых затрат при низкой эффективности полученных результатов. Гумус не используется для рекультивации горных отвалов, а при хранении его в буртах он минерализуется, что приводит к гибели почвенной биоты.
Как оказалось, сельскохозяйственное использование рекультивированных территорий с применением современных технологий и машин практически не возможно (рельеф, малые площади, малогабаритные подъезды, низкое плодородие восстановленных почв, экология и т. д.), а упрощенные технологии весьма убыточны. Кроме того, вступление РФ в ВТО создает непреодолимые условия для реализации продовольственной продукции и кормов, выращенных на проблемных территориях.
Лабораторные данные показали, что техногенные почвы по величине рН почвенного раствора являются щелочными (рН = 7-8) и сильнощелочными (рН = 8-9). Главная причина для щелочности почвы - присутствие карбоната натрия. Отмечен процесс накопления в почве вредных для растений солей, главным образом хлористого и сернокислого натрия (хлориды, сульфаты, карбонаты). Засоленными являются участки с содержанием солей в горизонтах почв более 0,25%. Также установлено ухудшение физических свойств почв на этих участках.
При существующей разработке угольного месторождения все извлекаемые породы без какой-либо предварительной сортировки по их пригодности к рекультивации складируются во внутренних отвалах угольных разрезов. В результате неселективная технология отвалооб-разования приводит к формированию хаотичной по свойствам и вещественному составу смеси пород отвалов, трудно поддающихся рекультивации не только из-за пересеченного поли-генетичного рельефа, но и из-за сложности смеси вскрышных и вмещающих пород.
Из-за преобладания в карьерно-отвальных неоландшафтах склоновых поверхностей и, как правило, довольно высокой водопроницаемости сразу же после отсыпки пород отвалов начинаются гравитационная сортировка и перемещение слагающего их материала. Причем на откосах отвалов различной экспозиции этот процесс идет с разной интенсивностью. Гравитационное перемещение сыпучих грунтов, эрозионный смыв и дефляция способствуют изменению крутизны и конфигурации откосов; оползневые и солифлюкционные явления обусловливают возникновение на них террасовидных уступов и перегибов, внутрипрофиль-ная передислокация и партлювация мелкозема в толще отвала приводят к суффозионным движениям грунта, его уплотнению и образованию замкнутых бессточных понижений.
Второй причиной неблагоприятных свойств субстратов отвалов являются неблагоприятные агрохимические свойства глубинных пород. Как показали проведенные исследования, смесь пород в отвале характеризуется очень низким содержанием главного питательного элемента - азота. И хотя в субстрате отвала находится достаточное количество фосфора и калия, недостаток азота на первых порах очень сильно сдерживает развитие растительного покрова. Внесение азотных удобрений на такой субстрат не дает заметного результата, так как смесь пород отвала характеризуется низкой поглотительной способностью, обусловленной низкой емкостью катионного обмена. Поэтому внесенные удобрения просто вымываются из субстрата отвала в пониженные элементы рельефа.
Необходимо учитывать, что от физических и химических свойств и режимов пород зависит эффективность создания благоприятных условий для развития растительного и почвенного покрова. Например, переуплотнение поверхности вскрышных пород при интенсивной планировке поверхности препятствует проникновению воды и корней из материала ПСП. При планировании поверхности отвалов тяжелой техникой происходит сильное уплотнение поверхностных слоев отвала, достигающее иногда 2,0 г/см . В то же время плотность почвы, равная 1,7 г/см3, является критической для проникновения корней растений и развития растительности. Угнетение развития растений проявляется при плотности 1,4 г/см . Сильному уплотнению способствует и состав пород. Так как в естественном состоянии глубинные породы имеют плотность около 2,0 г/см3, то и в условиях отвала они стремятся достичь этой равновесной плотности.
С другой стороны, необходимо обратить внимание и на то, что качество субстрата отвалов не соответствует природной обстановке. В состав глубинных пород могут входить неблагоприятные и опасные для здоровья химические соединения. Поэтому рекультивированные земли опасно включать в сельскохозяйственное производство. Остается единственно оправданный путь использования их под лесные насаждения и в рекреационных целях с определенными ограничениями.
С учетом накопленных знаний, полученных в результате многолетних исследований в различных регионах Средней Сибири, существующего законодательства РФ и ГОСТов, результатов горнотехнического обследования, анализа существующей технологии, данных собственных агрохимических исследований нами рекомендована новая, экологически и экономически более эффективная, технология, отличающаяся тем, что горнотехническую рекультивацию следует производить в процессе отсыпки отвалов, путем формирования их террасами, без выполаживания откосов, гребнистой или плоской неуплотненной поверхностью. Корнеобитаемый слой целесообразно создавать гумусово-аккумуля-тивным техноземом, получаемым за счет внесения ПСП в почвообразующие подстилающие породы путем одновременной погрузки, транспортировки и нанесения на поверхность верхнего яруса отвала.
Для увеличения эффективности рекультивационных работ предлагается сразу снимать и наносить всю почвенную толщу на поверхность верхнего уступа отвала. Общая мощность почвы (не путать с мощностью ПСП) в большинстве почв в районе разработки угольных разрезов составляет 2-2,5 м. Эта мощность подвержена процессам почвообразования, проникновению атмосферной влаги и колебанию годичных температур.
Несмотря на то, что совместное снятие ПСП и потенциально плодородной почвы (ППП) и приведет к снижению основных агрохимических показателей в поверхностных слоях рекультивированных участков, при лесохозяйственном направлении рекультивации создание такого мощного благоприятного корнеобитаемого слоя позволит не только надежно перекрыть неблагоприятные глубинные породы, но и быстро, экологически безопасно и экономически целесообразно восстанавливать поверхность отвалов. При этом без применения дорогостоящих агротехнических приемов предотвращается негативное влияние техногенно нарушенных земель на прилегающие территории.
При такой технологии завершение технического этапа рекультивации становится возможным уже через 3 года после отработки.
Биологический этап
Выполнение опытных работ на принципиально различных субстратах позволяло оценить эффективность рекультивационных работ на разрезах и отработать более эффективные технологии формирования почвенно-растительного покрова на техногенно нарушенных территориях.
Поэтому предполагалось, что на начальных этапах создание травянистого покрова с применением микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» на рекультивируемых участках позволит обеспечить наиболее благоприятные почвенно-экологические условия для полного восстановления нарушенных территорий. С другой стороны, использование в опытах достаточно требовательной к почвенному плодородию зерновой культуры - пшеницы должно было показать нецелесообразность использования рекультивированных участков, особенно на начальных этапах восстановления для интенсивного сельскохозяйственного использования.
Агрохимические свойства субстратов перед закладкой опытов приведены в таблице. Видно, что агрохимические свойства рекультивируемых участков с отсыпкой ПСП в целом не лимитировали развитие травянистых культур.
Агрохимические показатели субстрата отвала
Глубина, см рН водн. Валовое содержание, %
Азот Фосфор Калий
0-10 6,35 0,311 0,251 3,45
20-40 6,63 0,229 0,318 4,07
60-80 7,34 0,074 0,223 1,84
Крайне неблагоприятные погодные условия 2012 г. существенно отразились на результатах экспериментальных исследований. В период с конца мая по начало июля в районах проведения опытов практически не было осадков. Поэтому всходы пшеницы получились ослабленными и изреженными, особенно на контрольном и рекультивированном участке с ПСП, а всходы многолетних трав к середине июля еще не были видны.
Наиболее дружные всходы были получены на породах с применением препарата «Байкал М1», который был внесен в субстрат при посеве.
Наибольшее количество взошедших растений зафиксировано на спланированном участке отвала без отсыпки ПСП. В этом варианте опыта заметно выделялся участок, на котором был проведен полив препаратом «Байкал ЭМ1». Количество проросших растений здесь составило 124 шт./м . Это абсолютно лучший показатель по всем вариантам опыта.
На втором рекультивированном участке общее количество проросших семян заметно отличалось от количества на участке с породами, однако превышало контрольный вариант. На этом варианте среднее количество проростков на 1 м2 составило 305 шт. Также на этом участке выделялся вариант с поливом препаратом, где было отмечено наибольшее количество проростков, на 16 шт. больше, чем на площадке без полива.
На контрольном варианте отмечено наименьшее количество всходов пшеницы - всего 284. Тем не менее, и здесь прослеживается влияние применения препарата «Байкал ЭМ1». На участках с применением препарата количество взошедших растений было больше.
Заключение
Проведенные полевые опыты показали, что в неблагоприятный по метеоусловиям год и на участках, которые только вводятся в сельскохозяйственный оборот, получить хорошую продуктивность требовательных к почвенному плодородию культур очень затруднительно. Несмотря на применение препарата, урожайность зерна на опытных участках была очень мала и составила около 8 ц/га, что свидетельствует об очень неблагоприятных почвенно-экологических условиях, складывающихся на начальных этапах биологического освоения.
В наших опытах максимальное значение массы 1000 зерен получено в вариантах с применением препарата «Байкал ЭМ1». Однако и здесь этот показатель почти в два раза уступает стандартным значениям. На отвале, несмотря на большее общее количество зерен, получены самые низкие показатели массы 1000 зерен. Это свидетельствует о низком плодородии вскрышных пород.
Таким образом, доказана невозможность интенсивного использования как просто спланированных отвалов вскрышных пород, так и рекультивированных с отсыпкой ПСП участков для выращивания требовательных к плодородию культур. Внесение биологических препаратов улучшает почвенные показатели и повышает биологическую продукцию на нарушенных землях.
Экономические расчеты, выполненные НИИ «Эприс», демонстрируют, что на проведение рекультивации 1 га нарушенных земель по действующей технологии требуется 1800 тыс. руб., тогда как по предлагаемой нами новой технологии всего лишь 63 тыс. руб.
Список литературы
1. Эколого-физиологические особенности микробиологических сообществ техногенных ландшафтов Кузбасса / В.А. Андроханов [и др.] // Сибирский экологический журнал. - 2011. - № 5.
2. Андроханов, В.А. Ускорение процессов рекультивации техногенных ландшафтов на угольных предприятиях КАТЭКа и Хакасии / В.А. Андроханов, А.Т. Лавриненко // Уголь. - 2012 г. - № 7.
3. Лавриненко, А.Т. Биологическая рекультивация техногенных ландшафтов с помощью ЭМ-технологий / А.Т. Лавриненко // Глобальные и региональные проблемы устойчивого развития мира : материалы Междунар. конф. ЮНЕСКО, г. Улан-Удэ, 8 июля 2010 г.
SUMMARY
A.A. Novitsky, V.A. Androkhanov, A.T. Lavrinenko, V.A. Gnitetsky
Reclamation of technical landscapes coal cuts Krasnoyarsk region
An efficient and cost-effective technology technical and biological reclamation of man-made landscapes, resulting in coal mining in the coal mines of OAO ''SUEK-Krasnoyarsk''. The essence of the technology is the simultaneous removal and deposition on the surface of the upper ledge blade fertile and potentially fertile soil layers with posleduschego using EM technology.
Key words: technical, biological reclamation, fertile soil, potentially fertile soil, EM technology.
УДК 606:631:633/635
А.А. Новицкий, В.А. Гнитецкий
ЭМ-ТЕХНОЛОГИЯ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
В статье представлены результаты испытания ЭМ-технологии с использованием микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» при выращивании злаковых культур в двух хозяйствах Омской области. Показана эффективность ЭМ-технологии, которая выражалась в улучшении агрохимических, микробиологических показателей почв, более высоких урожайности и качестве зерна.
Ключевые слова: ЭМ-технология, микробиологический препарат «Байкал ЭМ1», злаковые культуры, пшеница, ячмень, почвенные микроорганизмы, агрохимические, микробиологические показатели, урожайность, качество зерна.
Введение
Химические средства, используемые в земледелии, нарушают саморегуляцию в живой природе, ослабляют защитные силы растений, животных и в конечном счете человека. Перед человечеством возникла проблема дальнейшего пути развития земледелия, поиска альтернативных путей поддержания высокого плодородия почв и экологической безопасности продуктов растительного происхождения.
За рубежом все большее предпочтение отдается использованию экологически чистых препаратов. На смену старым технологиям идет биотехнология, заключающаяся в использовании микроорганизмов в целях повышения плодородия почв, получения высококачественной продукции и улучшения экологии во внешней среде.
Одним из направлений биотехнологии является ЭМ-технология (технология оздоровления окружающей среды)
ЭМ-технологиия зародилась в Японии, где впервые были созданы пробиотические препараты, содержащие ассоциации аэробных и анаэробных микроорганизмов, находящихся в устойчивых симбиотических связях, активно участвующих в регуляции почвенного биоценоза, улуч-
© Новицкий А.А., Гнитецкий В.А., 2012
