СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

DO: 10.24412/2619-0761-2022-1-83-89 УДК 502.171

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ*

Пендюрин Е.А. * Святченко А.В., Кирюшина НЮ.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия

*E-mail: [email protected]

Аннотация. С увеличением интенсивности промышленного производства антропогенное воздействие на природный ландшафт в различных промышленно-развитых районах мира возрастает и приводит к нарушению земель. Сегодня общая площадь нарушенных земель России составляет около 1,5 млн га, а в Белгородской области на 1 января 2019 г. эта цифра составила 6,5 тыс. га, поэтому одним из основных направлений охраны окружающей среды является рекультивация и мелиорация земель. Улучшение окружающей природной среды предполагает использование вместо почвы искусственной почвосмеси, которую наносят на спланированную поверхность нарушенной территории при проведении биологического этапа рекультивации.

В работе изучены составы искусственных почвосмесей, с содержанием следующих компонентов, масс %: глина - 20...35, цитрогипс - 5...20, биокомпост личинки мухи чёрной львинки - 5...25, отходы мокрой магнитной сепарации обогащения железной руды - 10...20, диотомит - 5...15, песок - 5...25. По химическому составу искусственная почвосмесь не уступает контрольному образцу - типичной почве Белгородской области

Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования разработанных почвосмесей при проведении биологического этапа рекультивации путем нанесения на спланированную поверхность нарушенной территории.

Ключевые слова: нарушенные территории, рекультивация, мелиорация, искусственная почвосмесь.

Введение.

Современная добыча полезных ископаемых приводит к нарушению земель, изменению параметров и показателей элементов экосистем. С увеличением интенсивности промышленного производства антропогенное воздействие на природный ландшафт в различных промышленно-развитых районах мира возрастает. Технологические процессы многих направлений промышленного производства, особенно это касается горнодобывающей и перерабатывающих отраслей, связаны с потреблением колосальных объемов минеральных ресурсов и образованием значительных объемов различных отходов, которые размещаются для длительного хранения или захоронения в природной среде. С этой целью используются хвосто- и шламохранилища, отвалы, которые занимают значительные площади земель, в том числе пригодных для использования.

В результате этого воздействия миллионы гектаров земли оказываются непосредственно затронуты промышленным развитием, что приводит к изменению ландшафтов и литологических оснований, а также изменению качества вплоть до полного уничтожения почвенного покрова и растительности. Причинами деградации окружающей природной среды являются как сама добыча полезных ископаемых, так и застройка, размещение отходов производства и потребления. Территория, которая теряет свою первоначальную природную и экономическую ценность считается нарушенной и начинает оказывать негативное воздействие на окружающую среду. В настоящее время около 11 % мировых земель считаются нарушенными и находятся в очень плохом и около 60 % - в плохом состоянии [1].

Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0. Любое дальнейшее распространение этой работы должно содержать указание на автора (ов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.

Территория нарушенных земель в Российской Федерации составляет около 1,5 млн га, а в Белгородской области на 1 января 2019 г. эта цифра составила 6,5 тыс. га. На территории области формирование техногенно-нарушенных земель происходит, главным образом, в результате процесса выемки полезных ископаемых на поверхность, а также при проведении геологоразведочных работ [2]. На территории области насчитывается 328 карьеров, в том числе 84 отработанных и нуждающихся в рекультивации [9].

Следовательно, возникает необходимость возврата земель, нарушенных тем или иным воздействием промышленного производства, в рациональный хозяйственный оборот с минимальным влиянием на окружающую среду.

Необходимость проведения восстановительных работ на нарушенных землях определена национальным стандартом РФ. Рекультивация и мелиорация нарушенных территорий помогает сохранять качественными показатели почвенного покрова, смягчает колебания погодно-климатических условий и повышает устойчивость земледелия. Восстановительные работы обеспечивают быстрое интегрирование нарушенных земель в природную среду [4]. При рекультивации нарушенной территории вопрос выбора наиболее эффективной реализации становится особенно актуальным.

Процесс рекультивации техногенно-нарушенных земель состоит из 3-х этапов:

1) подготовительный: обследование нарушенных территорий, определение направления рекультивации, технико-экономическое обоснование и составление проекта рекультивации;

2) технический, включает в себя планировочные работы, направленные на формирование поверхности и откосов, транспортировку со склада и нанесение грунта на восстанавливаемые территории;

3) биологический, который предполагает проведение комплекса агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение характеристик почвы.

При осуществлении процесса рекультивации в последнее время ощущается недостаток плодородного грунта для формирования поверхности территории и создания условий для последующего произрастания растений. В качестве альтернативного решения возможно использование, так называемого, искусственного почвогрунта, представляющего собой смесь веществ, по структуре напоминающую почву, но отличающуюся своим составом [3, 5, 6]. При этом искусственная почва содержит все компоненты, необходимые для развития растений и микробиоты. На искусственных почвосмесях, как и на природной земле, воссоздается природная среда обитания, пригодная для произрастания практически любых растений. Поэтому поиск эффективных вариантов замены почвенных грунтов и расширение ассортимента искусственных почвосмесей с высокими показателями плодородия является актуальной задачей.

Основная часть. Целью работы является разработка составов искусственных почвосмесей с использованием отходов промышленных производств на техногенно-нарушенных территориях при проведении биологического этапа [7].

В основу создания образцов искусственных почвосмесей положены технические условия производства питательных грунтов. Известно, что в состав почвы входят: физический песок, физическая глина и органическое вещество. Это определение положено в основу разработки составов искусственных почвосмесей.

Химические составы используемых компонентов приведены в табл. 1...6. В табл. 1 представлен химический состав глины - осадочной горно породы.

Таблица 1

Химический состав глины

Компоненты, %

А1Юз ТЮ2 Fe2Ю3 СаЮ MgЮ КЮ ЫаЮ п.п.п.

45...66 14...23 0,5...1,6 3,0...5,0 1,0...2,0 0,1...0,5 2,0...2,5 0,5...1,5 4,0...7,0

Диатомит, компонентный состав которого приведен в табл. 2., - это природный минерал, представляющий собой рыхлые или сцементированные кремнистые отложения, обладающие большой пористостью и низкой плоностью, с хорошими адсорбционными и теплоизоляционными свойствами.

Таблица 2

Компонентный состав диатомита

Содержание компонентов, %

ЯО2 СаО Ш2Ю А1203 + ТЮ2 Fe2Ю3 + FeЮ MgЮ К2Ю п.п.п.

74,8...88,1 0,6 0,74 3,3...9,7 2,3...5,2 0,6...1,7 0,96 2,7...5,8

Цитрогипс - побочный продукт производства лимонной кислоты, компонентный состав которого представлен в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав цитрогипса

Содержание компонентов, %

ЯЮ2 SЮ3 СаЮ MgЮ R2Ю п.п.п.

0,2...1,7 38,3...45,5 29,7...32,6 0,1...0,4 0,3...1,2 22,0...28,4

Биокомпост - органическая часть, представляет собой мелкогранулированную рыхлую массу коричневого цвета с хорошо выраженным древесно-земляным запахом и оттенком присутствия соединений аммиака. Химический состав биокомпоста представлен в табл. 4.

Таблица 4

Химический состав биокомпоста, %

Содержание компонентов, %

N Р2Ю5 К2Ю Углерод Зола СаЮ MgЮ Вода

2...3 1...3 1...3 15...45 5...6 0,7...2 0,3...0,5 20...50

Отходы мокрой магнитной сепарации железной руды, химический состав которой приведен в табл. 5, представляют собой пустую породу процесса обогащения железной

руды.

Таблица 5

Химический состав отходов мокрой магнитной сепарации обогащения железной руды

Содержание компонентов, %

-Р^общ АЬОз SiO2 БеО СО2 S р СаО MgO К2О Na2O Ti2O П.П.П.

10...15 2...3 65...75 4...8 2...4 0,1...03 0,1...0,2 2...4 4,5...5,0 0,4...0,6 0,7...0,8 0,1...0,2 4...5

Химический состав песка представлен в табл. 6.

Таблица 6

Химический состав песка

Содержание компонентов, %

^Ю2 FeЮ2 + А12Ю3 СаЮ MgЮ SЮ2 п.п.п.

75,0...94,0 2,6...4,2 0,5...2,0 0,0...0,4 0,10...0,80 1,5...4,0

Важным условием приготовления искусственной почвосмеси является тщательное перемешивание исходных компонентов. Были приготовлены 7 составов искусственных почвосмесей, компонентный состав которых представлен в табл. 7.

Таблица 7

Компонентный состав искусственной почвосмеси, %

Состав Глина Диатомит Цитрогипс Биокомпост Отходы мокрой магнитной сепарации железной руды Песок

1 35 10 20 20 10 5

2 35 10 10 15 20 10

3 25 5 5 30 10 25

4 30 15 15 20 10 10

5 30 10 15 25 15 5

6 20 10 20 25 15 10

7 35 5 15 5 20 20

Контроль - чернозем типичный Белгородской области

Перед использованием полученные экспериментальные искусственные почвосмеси были проверены на токсикологические характеристики. Все образцы являются не токсичными, так как их токсичность не превышает 20 %, поэтому могут быть использованы при производстве искусственных почвосмесей [8].

Качественным может считаться искусственная почвенная смесь, соответствующая по основным характеристикам и показателям, установленным нормативным требованиям, которые должны обеспечивать оптимальные свойства искусственной почвосмеси для разных целей его применения. Полученная искусственная почвосмесь выдерживалась с последующей оценкой качественных показателей в лабораторном эксперименте.

В созданные искусственные почвосмеси высеян кресс-салат «Весенний», который был собран через 10 дней после полных всходов и удален из искусственной почвосмеси. По результатам была определена урожайность кресс-салата, резульатеты которой представлены в табл. 8.

Таблица 8

Показатели урожайности искусственных почвосмесей

Составы искусственных почвосмесей Урожайность, кг/сосуд Прибавка урожая, кг

Контрольный состав (почва) 0,15 -

1 0,21 ± 0,005 + 0,06

2 0,15 ± 0,005 -

3 0,15 ± 0,005 -

4 0,19 ± 0,005 + 0,04

5 0,18 ± 0,005 + 0,03

6 0,14 ± 0,005 - 0,01

7 0,14 ± 0,005 - 0,01

Оценка пригодности созданной искусственной почвосмеси с использованием отходов промышленных производств для биологической рекультивации показала, что проанализированные почвосмеси пригодны для рекультивации нарушенных земель, а первый, четвертый и пятый составы искусственной почвосмеси превосходят по урожайности контроль и могут применяться на биологическом этапе при рекультивации техногенно-нарушенных территорий.

Заключение. С увеличением интенсивности промышленного производства антропогенное воздействие на природный ландшафт в различных промышленно-развитых районах мира возрастает и приводит к нарушению земель. Сегодня общая площадь

нарушенных земель России составляет около 1,5 млн га, а в Белгородской области на 1 января 2019 г. эта цифра составила 6,5 тыс. га. Улучшение окружающей природной среды предполагает использование вместо почвы искусственной почвосмеси, которая наносится на спланированную поверхность нарушенной территории при проведении биологического этапа рекультивации. Созданная искусственная почвосмесь снижает вредное воздействие на окружающую среду за счет исключения хранения отходов промышленных производств, позволяет вовлекать их повторно в технологический цикл, что способствует созданию мало и безотходных технологий, по химическому составу не уступает контрольному образцу, в качестве которого была использована типичная почва Белгородской области.

Искусственная почвосмесь, содержащая следующие компоненты, масс %: глина -20...35, цитрогипс - 5...20, биокомпост личинки мухи чёрной львинки - 5...25, отходы мокрой магнитной сепарации обогащения железной руды - 10...20, диотомит - 5...15, песок - 5...25, не уступает контрольному образцу - типичной почве Белгородской области.

Литература:

1. Даниленко Е.П., Акулова А. А., Барышенская О.Н. Рекультивация нарушенных земель и устранение накопленного вреда окружающей среде города Белгород // Вектор ГеоНаук. 2020. Т.3. №1. С. 62-70.

2. Константинова К.А. Рекультивация, мелиорация и консервация нарушенных земель // Рациональное использование природных ресурсов: специфика и экономические условия формирования: Материалы научно-практической конференции. Кемерово, 2015. С. 19-23.

3. Бабакова O.B., Артеменко С.Е., Тарханова Л.А. Полимерсодержащая искусственная почва для восстановления и создания ландшафтов // Экология и промышленность России. 2006. № 2. С. 22-24.

4. Гурина И.В., Иванова Н.А., Михеев П.А. Теоретическое обоснование биологической рекультивации золоотвалов методом растительной мелиорации // Природообу-стройство. 2012. № 4. С. 26-29.

5. Морозов Д.О., Рудаков В.О., Епиши-на Г.П., Березина Н.В. Искусственная почва.

Патент RU № 2345518, опубликован 10.02.2009. Бюл. № 4.

6. Патент RU № 2067969, МПК C05F 11/04, C09K 17/00. Почвогрунт для выращивания растений / Ермаков Е.И. и др.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество закрытого типа «Транс РЭС» опубликован 10.20. 1996.

7. Патент RU 2733662, МПК C05F11/00, С 0 5 F 3 /00, C05G3/00. Искусственная почвосмесь на основе биокомпоста Черная львин-ка / Пендюрин Е.А. и др.; заявитель и патентообладатель БГТУ им В.Г. Шухова опубликован 10.06. 2020.

8. Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фито-токсичности. Методические рекомендации MP 2.1.7.2297-07. URL: http:// www.infosait.ru/norma_doc/52/52957/ index.htm/ (Дата обращения 1.03.2022).

9. Пендюрин Е.А., Смоленская Л.М., Рыбин В.Г., Рыбина С.Ю. Оценка пригодности техногенных грунтов для рекультивации нарушенных территорий // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. № 3. С. 151-153.

*Работа выполнена в рамках реализации федеральной программы поддержки университетов «Приоритет 2030» с использованием оборудования на базе Центра высоких технологий БГТУ им. В. Г. Шухова.

Контактные данные:

Пендюрин Евгений Александрович, эл. почта: [email protected] Святченко Анастасия Владимировна, эл. почта: [email protected] Кирюшина Наталья Юрьевна, эл. почта: [email protected]

© Пендюрин Е.А., Святченко А.В., Кирюшина Н.Ю., 2022

METHOD OF RESTORATION OF DISTURBED TERRITORIES

E.A. Pendyurin*, A. V. Svyatchenko, N. Yu. Kiryushina

Belgorod state technological university named after V.G. Shoukhov, Belgorod, Russia

*E-mail: [email protected]

Abstract. With an increase in the intensity of industrial production, the anthropogenic impact on the natural landscape in various industrialized regions of the world increases and leads to land disturbance. Today, the total area of disturbed lands in Russia is about 1.5 million hectares, and in the Belgorod region on January 1, 2019, this figure was 6.5 thousand hectares. Therefore, one of the main directions of environmental protection is reclamation and land reclamation. The improvement of the natural environment involves the use of artificial soil mixture instead of soil, which is applied to the planned surface of the disturbed area during the biological stage of reclamation.

The paper shows 7 compositions of artificial soil mixtures containing the following components, by weight %: clay - 20...35, citrogips - 5...20, biocompost of the larva of the black lion fly - 5...25, waste of wet magnetic separation of iron ore enrichment - 10...20, diotomite -5...15, sand - 5...25. The chemical composition of the artificial soil mixture is not inferior to the control sample - the typical soil of the Belgorod region

The results obtained indicate the possibility of using the developed soil mixtures during the biological stage of reclamation by applying to the planned surface of the disturbed territory.

Keywords: disturbed territories, reclamation, land reclamation, artificial soil mixture.

References

1. E.P. Danilenko, A.A. Akulova, O.N. Baryshenskaya, Recultivation of disturbed lands and elimination of accumulated environmental damage in the city of Belgorod, Vector of Geosciences, 3(1) 2020 62-70.

2. K.A. Konstantinova, Reclamation, melioration and conservation of disturbed lands, in: Rational use of natural resources: specifics and economic conditions of formation: Materials of the scientific-practical conference. Kemerovo, 2015, pp. 19-23.

3. O.V. Babakova, S.E. Artemenko, L.A. Tarkhanova, Polymer-containing artificial soil for the restoration and creation of landscapes, Ecology and Industry of Russia, 2 (2006) 22-24.

4. IV. Gurina, N.A. Ivanova, P.A. Mikheev, Theoretical substantiation of biological reclamation of ash dumps by the method of plant reclamation, 4 (2012) 26-29.

5. DO. Morozov, V.O. Rudakov, G.P. Epishina, N.V. Berezina, artificial soil. Patent RU No. 2345518, published on February 10, 2009. Bull. No. 4.

6. Patent RU No. 2067969, IPC C05F 11/04, C09K 17/00. Soil for growing plants / Ermakov E.I. and etc.; applicant and patent

holder Trans RES Closed Joint-Stock Company published on 10.20. 1996.

7. Patent RU 2733662, IPC C05F11/00, C05F3/00, C05G3/00. Artificial soil mixture b ased on biocompost Black Lion / Pendyurin E.A. and etc.; applicant and patent holder B S TU named after V.G. Shukhov published on 10.06. 2020.

8 . Justification of the hazard class of production and consumption wastes in terms of phytotoxicity. Guidelines MP 2.1.7.2297-07. URL: http://www.infosait.ru/

norma_doc/52/52957/index.htm/ (Date of access 1.03.2022).

9. E.A. Pendyurin, L.M. Smolenskaya, V.G. Rybin, S.Yu. Rybina, Evaluation of the sui tabi l i ty of man-made soils for the reclamation of disturbed areas, Bulletin BSTU im. V.G. Shukhov, 3 (2013) 151-153.

Acknowledgement. This work was realized in the framework of the Program "Priority 2030" on the base of the Belgorod State Technological University named after V G Shukhov, using equipment of High Technology Center at BSTU named after V. G. Shukhov.

Contacts:

EvgeniyA. Pendyurin, [email protected] Anastasiya V. Svyatchenko, [email protected] Nataliya Yu. Kiryushina, [email protected]

© Pendyurin, E.A., Svyatchenko, A.V., Kiryushina, N.Yu., 2022

Пендюрин Е.А., Святченко А.В., Кирюшина Н.Ю. Способ восстановления нарушенных территорий //Вектор ГеоНаук. 2022. Т.5. №1. С. 83-89. DOI: 10.24412/2619-0761-2022-1-83 -89.

Pendyurin, E.A., Svyatchenko, A.V., Kiryushina, N.Yu., 2022. Method of restoration of disturbed territories. Vector of Geosciences. 5(1). Pp. 83-89. DOI: 10.24412/2619-0761-2022-183-89.