Услуги ЖКХ

К основным мероприятиям по биологической рекультивации относятся. Обзор методов рекультивации нарушенных земель. Проведение технологического процесса

Главная цель рекультивации – содействие естественному восстановлению природных экосистем, возврат земель в первоначальное природопользование.

Биологический этап рекультивации земель включает комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий по восстановлению плодородия нарушенных земель.

Биологическая рекультивация направлена, прежде всего, на закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития водной и ветровой эрозии почв на нарушенных землях.

К мероприятиям по биологической рекультивации относятся:

– агротехнические мероприятия по повышению плодородия почв,

– посев семян многолетних растений с целью восстановления естественного или антропогенного растительного покрова,

– послепосевное прикатывание для уплотнения почв.

Исходя из этого, биологический этап рекультивации направлен, прежде всего, на закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития водной и ветровой эрозии почв на нарушенных землях.

Для защиты территории участка работ от разрушительного воздействия стока и дефляционных ветров, применяют посев трав, для создания противоэрозионного покрытия с повышенной нормой высева семян. Высеваемые травы должны обладать способностью быстро создавать замкнутый травостой и прочную дернину, устойчивую к смыву.

При подготовке почв для посева особое внимание должно быть направлено на сохранение влаги в почве, придание поверхностному слою мелкозернистой консистенции, выравниванию поверхности. Это достигается планировкой нарушенных земель, после которой создаются условия, вполне достаточные для проведения предпосевной обработки земель и проведения посевов.

Рабочим проетом рекультивации предлагается следующая последовательность приемов обработки почвы:

– предпосевная культивация и боронование (на сухих участках, занятых луговой растительностью);

– предпосевная культивация и боронование (на участках, подвергшихся расчистке от лесорастительности);

– предпосевное прикатывание;

– механизированный посев семян многолетних трав по рекультивируемой поверхности;

– прикатывание почвы в один след после посева (создает условия для лучшего прорастания семян, усиливая приток влаги из нижних горизонтов почвы).

Рабочим проетом предусматривается внесение удобрений под средний уровень урожайности многолетних трав. Землепользователь по своему усмотрению может уточнить дозы и виды применяемых удобрений, в пределах сводной сметы.

Удобрения внести на сухих участках полосы отвода земель, в местах механизированного посева многолетних травосмесей.

Фоновой реакцией почвенной среды на участке проведения работ является кислая среда. Для уменьшения кислотности почв предусмотрено внести известь, в расчете ориентировочно в среднем 3 т/га почвы. Известкование является основным условием эффективного применения удобрений на кислых почвах. Эффективность минеральных удобрений на известкованных почвах значительно возрастает. Известь вносят под культивацию.

В результате снижения кислотности и улучшения физических свойств почвы, под влиянием известкования, усиливается жизнедеятельность микроорганизмов и мобилизация ими азота, фосфора и других питательных веществ из почвенного органического вещества.

Посев трав выполнить после завершения строительства, весенне-летний или осенний периоды, в тихую, безветренную погоду.

Высеваемые травы должны обладать способностью быстро создавать замкнутый травостой и прочную дернину, устойчивую к смыву, быстро отрастать после скашивания. Семена трав для посева должны соответствовать требованиям стандарта и по посевным качествам быть не ниже II класса.

Для посева рекомендуется использовать семена трав местного происхождения, как наиболее приспособленных к местным почвенно–климатическим условиям. При подборе семенного материала целесообразно пользоваться услугами местных семеноводческих хозяйств или закупать адаптированные к данным условиям семена многолетних трав в других регионах.

Для южнотаежной лесной зоны, где расположен объект строительства, в соответствии с техническими условиями на рекультивацию, рекомендуется травосмесь, в которой злаковые составляют 60%, бобовые – 40%. Из злаковых растений рекомендуется тимофеевка луговая, овсяница луговая, костер безостый, из бобовых – клевер красный, люцерна желтая. Краткая характеристика видов трав, предлагаемых в составе травосмеси, представлена ниже.

Тимофеевка луговая – рыхлокустовой злак с неглубокой корневой системой. Отличается высокой зимостойкостью, светолюбива, требовательна к содержанию питательных веществ, хорошо развивается лишь на достаточно богатых суглинистых и глинистых почвах. Влаголюбива. Устойчива к затоплению. Отличается высокой зимостойкостью, переносит суровые зимы. Используется для залужения бросовых земель, создания лугов.

Овсяница луговая – дерновый многолетник, отличающийся большим разнообразием популяций и форм, растущий на практически любых почвах и выдерживающий периодическое затопление. Отдельные корни проникают на глубину более 125 см, основная же масса корней распространяется на глубину 12-20 см. В верхнем горизонте почвы отрастают многочисленные коротки корневища, от которых образуются с самостоятельной корневой системой. Генеративный период – более 10 лет. Образует прочную упругую дернину. Она хорошо растет на осушенных и окультуренных торфянистых и болотных почвах.

Кострец безостый – Корневища длинные, упругие, дающие многочисленные побеги, корневая система углубляется до 1,5-2 м. К почвам нетребователен, засухоустойчив, холодостоек и весностоек. Хорошо переносит вытаптывание.

Клевер красный – К почвам не требователен. Вынослив к колебаниям метеорологических условий, потребность к влаги пониженная. Недостаток влаги для него лучше, чем избыток, особенно осенью. Высеянные семена прорастают в течение четырех-пяти дней. В первое время растения требуют пониженных температур, поэтому предпочтительнее ранневесенние сроки сева. Заморозки переносит стойко. Особо ценен для закрепления склонов.

Люце́рна желтая - род многолетних трав семейства Бобовые (Fabaceae). Люцерна желтая отличается самой высокой зимостойкостью, засухоустойчивостью, солевыносливостью и долголетием среди возделываемых видов люцерны. Корневая система мощная, глубоко проникает в почву, развивается на основе зародышевого корешка семени. Мощная, глубоко расположенная корневая система люцерны способствует улучшению структуры почвы, повышает её водо- и воздухопроницаемость и способствует накоплению гумуса. Благодаря симбиозу с азотфиксирующими клубеньковыми бактериями люцерна накапливает азот атмосферы в корнях и пожнивных остатках. Стебли ветвистые, образуют мощный куст высотой 50…150 см.

В мелиорации эродированных земель ей принадлежит одно из основных мест. Обладает хорошими противоэрозионными свойствами. Высокая урожайность, широкая экологическая приспособленность, долговечность, зимостойкость и засухоустойчивость делают люцерну пригодной для возделывания в самых разнообразных условиях.

Посев трав производится механизировано, на участках аренды земель на период строительства за исключением площади, занятой дорогами, обводненных и заболоченных участков. Основные способы посева:

Механизировано, рядовым способом только поперек склона, с целью задержания поверхностного стока и предотвращения дальнейшего развития эрозионных процессов – на участках, подверженных эрозионно-опасным процессам.
Механизировано, рядовым способом – на остальной территории.

При необходимости следует провести выборочный посев трав на размытых участках. Уход за посевом следует осуществлять в течение 2-3 лет до полного задернения поверхности.

Биологический этап рекультивации

Биологическая рекультивация - это комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы. Основная ее задача - создание продуктивных угодий, закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития водной и ветровой эрозии почв на нарушенных землях. Биологическая рекультивация завершает восстановительные работы нарушенных земель и проводится после горнотехнической рекультивации.

Биологическая рекультивация ведется специальными организациями за счет средств горного предприятия. Вполне естественно, что себестоимость добываемого карьером сырья повышается.

К основным мероприятиям по биологической рекультивации относится внесение повышенных доз органических и минеральных удобрений, посев многолетних бобовых культур, посадка почвоулучшаюших деревьев и кустарников (ГОСТ 17.5.1.01-83).

Таблица 8

На первом этапе биологической рекультивации целесообразнее использовать однолетние и многолетние травы, преимущественно злаки. Выбор такой жизненной формы растений обусловлен несколькими причинами. Во-первых, эта группа растений обладает высокой продуктивностью. Во-вторых - злаки быстро образуют дернину и тем самым защищают поверхность от ветровой и водной эрозии. Еще одна причина состоит в том, что злаки, как правило, мало требовательны к плодородию почвы, большинство видов переносят недостаток влаги в почве. Наконец, в новых экономических условиях большими преимуществами использования злаков являются доступность семян, простая технология посева, минимальные затраты труда.

Площадь, на которой проводим рекультивацию составляет 30 га. Значит потребуется:

2100 кг семян многолетних трав;

21600 кг минеральных удобрений;

1500 м3 воды;

1500 м3 верхового торфа.

Схему посадки выбираем исходя из характеристики растительного мира данной территории.

С - С - С - С - С - С

Б - Б - Б - Б - Б - Б Сосна низкорослая 50%

С - С - С - С - С - С Береза пушистая 50%

Б - Б - Б - Б - Б - Б

На откосы отвалов сажаем иву сизую.

Посадка сосны, лиственницы и облепихи проводится обычно двухлетними сеянцами. Посадочные работы, как правило, выполняют вручную.

Обобщенные биоэкологические характеристики используемых для лесной рекультивации пород приведены в табл. 9. Степень указанных в таблице тех или иных качеств видов характеризуется следующими баллами.

Морозостойкость. 1 -- высокая, или абсолютная, обмерзаний не наблюдается; 2 - достаточно высокая, происходит только частичное обмерзание в первые годы жизни на непокрытых снегом поверхностях отвалов; 3 - недостаточная, происходит обмерзание побегов, возвышающихся над снегом; 4 - неморозостойкие, саженцы целиком вымерзают.

Засухоустойчивость. 1 - высокая, виды устойчивы против недостатка влаги (ксерофиты); 2 - менее высокая (мезоксерофиты); 3 -средняя (мезофиты); 4 - низкая (мезогигрофиты).

Светолюбие. 1 - светолюбивые, произрастают только на открытых местообитаниях, затенения не выносят; 2 -- менее светолюбивые, выносят незначительное затенение; 3 - теневыносливые, могут произрастать под пологом других пород.

Требовательность к почвенному плодородию. 1 -- малотребовательны к плодородию почв (олиготрофы); 2 - среднетребовательные (мезотрофы); 3- повышенной требовательности (мегатрофы).

Быстрота роста. 1 -- быстрорастущие высокоствольные деревья и кустарники, прирост по высоте в благоприятных условиях превышает 50 см в год; 2 - средние по энергии роста деревья и кустарники, прирост по высоте в пределах 20-50 см; 3 - медленно растущие деревья и кустарники (текущий прирост не превышает 20 см).

Мелиоративные (почвоукрепляющие и почвоулучшающие) качества. 1 - высокая степень, быстрорастущие корнеотпрысковые виды, азотонакопители; 2 - средняя степень, обогащают почвы листовым опадом, создающим «мягкий» гумус, имеют разветвленную корневую систему.

Биоэкологические характеристики используемых для лесной рекультивации пород

Таблица 9

Исходя из значений биоэкологических характеристик, Можно сделать вывод, что деревья и кустарники выбраны правильно, так как биоэкологические характеристики соответствуют гидрогеологическим и климатическим условиям района, а так же химическим свойствам пород отвала.

Сосна низкорослая и береза пушистая высаживается по сетке 3,0*3,0 м.

Количество саженцев: 0,5*43200=24000 шт,

Количество саженцев: 0,5*43200=24000 шт

Так как предусматривается наличие противопожарных полос, представляющих собой полосу лесонасаждений шириной 30 м, через каждые 100м, количество сосны и березы уменьшается до 16800 штук.

Кустарник (ива сизая) высаживается по сетке 3,0*3,0 м на откосах отвалов.

Количество саженцев: 1*40000=40000 шт,

Технические мероприятия по рекультивации нарушенных земель подразделяются на следующие виды:

Структурно-проективные: создание новых проектных поверхностей и форм рельефа (профилирование, террасирование, вертикальная планировка), землевание, торфование, кольматаж, создание экранов, удаление ненужной древесно-кустарниковой растительности, пней, камней, разделка кочек;

Химические: известкование, гипсование, кислование, внесение сорбентов, органических и минеральных удобрений;

Водные (гидротехнические): осушение, орошение, регулирование сроков за-

топления поверхностными водами;

Теплотехнические: мульчирование, грядование, обогрев, применение утеплителей.

Практически всегда на нарушенных землях необходима планировка и землевание. Планировку в зависимости от направления рекультивации, объемов и расстояния транспортировки почвенного слоя проводят по всей территории (сплошная) или по отдельным участкам (частичная), ее включают в состав работ по террасированию и выполаживанию откосов отвалов, карьерных выемок, кавальеров и насыпей.

Сплошная планировка (разравнивание) выполняется при подготовке земель к сельскохозяйственному использованию и созданию лесных массивов, частичная - при подготовке земель к озеленению, созданию защитных или лесных водо-охранных полос, при благоустройстве территорий для целей рекреации или для придания нарушенным землям эстетичного вида с многообразием форм микро- и мезорельефа.

Планировка насыпей проводится в два этапа: предварительная и окончательная через 2…3 года с обязательным засевом поверхности насыпи бобово-злаковыми травами в промежутках между этапами.

Землевание – это нанесение почвенного слоя на спланированную поверхность или внесение почвы (потенциально плодородных пород) в другую почву для улучшения водно-физических, агрохимических и тепловых свойств. В качестве потенциально плодородных пород используют супесчаные и сугли-

нистые грунты. Землевание особенно необходимо при создании рекультивационного слоя на землях, непригодных по физическим или химическим свойствам для проведения биологической рекультивации.

В зависимости от площади и состояния нарушенных земель техническая рекультивация может ограничиваться двумя рассмотренными способами или созданием крупных инженерных систем с необходимым набором элементов управления потоками вещества. Для земель сельскохозяйственного использования – это мелиоративные системы, для рыбохозяйственного использования – это могут быть прудовые системы, для лесохозяйственного использования – это лесомелиоративные системы, для загрязненных земель – инженерно-экологические системы и т.д. Эффективность таких систем зависит от уровня инженерного исполнения и технологии управления движением минеральных и органических веществ в компонентах природы.

4.5. Биологический этап рекультивации

Основными задачами биологической рекультивации является возобновление процесса почвообразования, повышение самоочищающей способности почвы и воспроизводство биоценозов. Биологическим этапом заканчивается формирование культурного ландшафта на нарушенных землях.

Организационно биологическая рекультивация проводится в две стадии. На первой выращиваются пионерные (предварительные, авангардные) культуры, умеющие адаптироваться к существующим условиям и обладающие высокой восстановительной способностью. На второй переходят к целевому использованию. Земли, загрязненные тяжелыми металлами, органическими веществами или продуктами промышленной переработки, на первой стадии подвергают очистке с помощью сорбентов, растений или микроорганизмов (биодеструктуров), а затем включают в хозяйственное использование под жестким контролем со стороны санитарно - эпидемиологических служб.

Для разработки эффективных способов биологической рекультивации большое значение имеет изучение процессов эволюции растительного покрова в различных природных зонах и техногенных условиях. Формирование растительного покрова на отвалах вскрышных пород идет очень медленно – от 5 до 10…15 лет из-за сложного изменяющегося во времени рельефа поверхности отвала, бедности горных пород питательными веществами, неустойчивости водного и теплового режимов.

На выработанных торфяных карьерах при достаточном количестве влаги и питательных веществ растительность появляется уже в первый год. Вначале появляются редкие растения: мать-и-мачеха, овсяница, зеленый мох, крапива, осока. Через 2…3 года образуется сплошной травяной покров: овсяница, крапива, осока, череда, тростник, хвощ, ситник, гусиная лапка, кислица. Через 5…6 лет поселяются древесно-кустарниковые: ольха черная, ива, калина, лоза, ольха серая, клен, береза, осина, тополь.

Зарастание нарушенных земель создает в молодых почвах запас органических веществ, который в результате биохимических процессов улучшает питательный режим этих почв и способствует образованию устойчивого растительного покрова.

Скорость почвообразования и формирование почвенных горизонтов зависят от свойств почвообразующих пород, их водного и теплового режимов, рельефа, природно-климатических условий данного района, от видового состава растительности и продолжительности природного восстановления земель.

Отвалы и насыпи вскрышных пород быстрее зарастают с северной и северо-западной стороны, поскольку здесь наблюдаются устойчивый водный и тепловой режимы. Южные склоны, испытывающие наибольшие перепады температур и значительную эрозию, покрываться растительностью лишь в нижних частях склона, где накапливается смытый мелкозем.

На нарушенных землях, особенно в тех местах, где целевое использование затруднено в силу организационных, технологических, социальных и природно-климатических условий, необходимо стремиться, прежде всего, к стимулированию растительного покрова. Для этой цели можно использовать приуроченность отдельных видов растений к определенным типам и свой-ствам почв, грунтов и горных пород. Такие растения выявляются в ходе ботанического и видового анализа растительных образцов, взятых на нарушенных землях, и могут быть рекомендованы в качестве пионерных (предварительных, авангардных) культур.

На землях, где проведение технической рекультивации затруднено, или возможно повторное их использование (например: повторное использование отвалов, содержащих породы с малой концентрацией редких металлов) создают растительный покров разбрасыванием дражированных семян травосмесей и кустарников. Семена растений с учетом их приуроченности к горным породам разбрасывают самолетом ранней весной вместе с небольшими дозами минеральных удобрений.

Если нарушенные земли предназначены для сельскохозяйственного использования, то общий состав работ биологической рекультивации должен быть следующим:

Планировка поверхности земли и нанесение на нее почвенного слоя, особенно на субстраты, содержащие малопригодные породы (заключительные работы технической рекультивации);

Выращивание пионерных культур (однолетних или многолетних) для активизации процессов почвообразования;

Введение специальных севооборотов для восстановления и формирования почвенного слоя;

Применение приемов почвозащитного земледелия для повышения плодородия почвы и ее устойчивости против эрозии и дефляции;

Мониторинг почв природоохранными и санитарно- эпидемиологическими службами.

По исследованиям кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП выращивание викоовсяной смеси на пойменных луговых почвах, загрязненных нефтепродуктами, ускоряет процесс разложения углеводородов. Как показывает опыт, наилучшими пионерными культурами при проведении сельскохозяйственной рекультивации являются бобовые и бобово-злаковые травосмеси, обладающие высокой фиторекультивационной способностью по сравнению с другими растениями.

В формировании молодых почв при проведении рекультивации для лесохозяйственных целей в качестве пионерных используют бобовые, бобово-злаковые травы, кустарники и некоторые породы деревьев. Из древесно-кустарниковой растительности наибольшее распространение в качестве пионерных имеют: акация белая, лох узколистный, облепиха, акация желтая, смородина золотистая, береза бородавчатая, ива, ольха, тополь, черемуха.

Наиболее эффективным приемом биологической рекультивации на нарушенных землях является создание многовидового растительного покрова с участием многолетних трав и устойчивых пород кустарников и деревьев. При такой многоярусной структуре нарушенные земли хорошо защищены от

эрозии и дефляции, а благодаря листовому опаду и корневым системам получают большой прирост органических веществ.

На землях, загрязненных техногенными продуктами, главной задачей биологической рекультивации является повышение самоочищающей способности почвы. Решение этой задачи возможно с помощью совместного функционирования технических и биологических систем, оперирующих широким набором мероприятий, в том числе с использованием специально выращенных микроорганизмов.

Рекультивация (очистка) почв от техногенных продуктов с помощью микроорганизмов основан на деструктировании (разложении) этих продуктов. На практике этот способ применяется для очистки почв, загрязненных нефтью, нефтепродуктами и пестицидами. Технология биодеструктирование включает создание благоприятных водно-воздушных, тепловых и питательных условий микроорганизмам и регулярного контроля численности применяемой популяции. Поэтому эффективность такого вида рекультивации зависит от управляемости регулирующих факторов и качества штаммов.

4.5. Биологический этап рекультивации

Организационно биологическая рекультивация проводится в две стадии. На первой выращиваются пионерные (предварительные, авангардные) культуры, умеющие адаптироваться в существующих условиях и обладающие высокой восстановительной способностью. На второй – переходят к целевому использованию. Земли, загрязненные тяжелыми металлами, органическими веществами или продуктами промышленной переработки, на первой стадии подвергают очистке с помощью сорбентов, растений или микроорганизмов (биодеструктуров), а затем включают в хозяйственное использование под жестким контролем со стороны санитарно - эпидемиологических служб.

Формирование растительного покрова на отвалах вскрышных пород идет очень медленно из-за сложного изменяющегося во времени рельефа поверхности отвала, бедности горных пород питательными веществами, неустойчивости водного и теплового режимов. Продолжительность естественного формирования растительного покрова в лесной и лесостепной зоне характеризуется тремя периодами:

В первые 5…6 лет от начала образования нарушенных земель появляется мозаичный несомкнутый растительный покров, состоящий из растений с широким диапазоном толерантности;

В последующие 5…6 лет формируются многовидовое сообщество растений (30…40 видов), в котором заметно проявляются зональные черты и складывается многоярусная структура биоценозов;

После 10…12 лет начинает преобладать дифференциация видового состава, господство переходит к многолетникам, создается устойчивый растительный покров с выраженной ярусностью, хорошо прослеживается сезонная динамика.

В сложных условиях сроки формирования растительного покрова значительно увеличиваются, например: на отвалах Подмосковного буроугольного бассейна с большой долей сульфидсодержащих пород к 20 годам растительный покров находится еще в начале второго периода.

На песчаных карьерах в степной зоне растительность появляется через 5…7 лет, к 10…12 годам может насчитывать 5…10 видов самых устойчивых растений: умин песчаный, полынь полевая, ястребинка волосистая и др.

На гравийных карьерах отдельные растения видны на 3…4 год. Первыми из них поселяются мать-и-мачеха, полынь обыкновенная. К 5…6 годам это уже 8…10 видов трав: овсяница овечья, ястребинка волосистая, кошачья лапка и др. К 15 годам насчитывается около 30 видов: сон-трава, тысячелистник обыкновенный, клевер полевой, ежа сборная, мятлик луговой; из древесно-кустарниковых растений: сосна обыкновенная, ива.

условий данного района, от видового состава растительности и продолжительности природного восстановления земель.

На 25-летних суглинистых отвалах Подмосковного угольного бассейна под лесным покровом скорость почвообразования составляет 2,4…3,6 мм/год, под травами – 4 мм/год. Там же на молодых 9-летних отвалах под травами - 6,7 мм/год. На песчаных отвалах, поросших травой, скорость почвообразования близка к скорости в лесу – 3,5мм/год.

Интенсивное накопление гумуса на нарушенных землях наблюдается в период от 5 до 20 лет, далее скорость почвообразования снижается, что обуславливается устойчивостью биогеохимических процессов под определенными сообществами растений (рис. 2). В результате этих процессов в конкретных природно-климатических зонах формируются молодые почвы близкие по генезису к зональным почвам, но отличающиеся от современных почв в силу ряда причин:

Процесс формирования почв – это очень длительный процесс;

Нарушенные земли имеют другие по генезису почвообразующие породы;

Факторы почвообразования претерпели изменения.

Поэтому на нарушенных землях, особенно в тех местах, где целевое использование затруднено в силу организационных, технологических, социальных и природно-климатических условий, необходимо стремиться, прежде всего, к стимулированию растительного покрова. Для этой цели можно использовать приуроченность отдельных видов растений к определенным типам и свойствам почв, грунтов и горных пород. Такие растения выявляются в ходе ботанического и видового анализа растительных образцов, взятых на нарушенных землях, и могут быть рекомендованы в качестве пионерных (предварительных, авангардных) культур.

Рис. 2.Накопление гумуса, % в почвах при зарастании отвалов Курской магнитной аномалии, подстилающие породы: 1 – суглинок; 2 – мело - мергель.

Приуроченность растений к вскрышным породам Курской магнитной аномалии (зона лесостепей) представлена в таблице 4.

На 24–летнем отвале Тишинского месторождения полиметаллических руд, отсыпанного серицито-хлорито-кварцевыми породами, алевролитами, порфиритами, встречаются донник белый и желтый, синяк обыкновенный, иван-чай, мышиный горошек, горец птичий, полынь обыкновенная и горькая, ежа сборная, кострец безостый, овсяница, вейник наземный, мать-и-мачеха и др., из древесно-кустарниковых пород - береза бородавчатая, осина, тополь, клен, шиповник, бузина и др.

Для создания растительного покрова на землях, загрязненных тяжелыми металлами, необходимо учитывать рекомендации таблицы 5, а при наличии в почве мышьяка целесообразно культивировать шиповник.

Таблица 4. Видовой состав растений, приуроченный к отвалам вскрышных пород

Таблица 5. Видовой состав растений, приуроченный к землям, содержащим в избытке соли тяжелых металлов

С помощью растений можно определить преимущественное содержание отдельных металлов в почве. Это свойство растений для целей горного дела начали специально изучать еще в XYI веке. В 1763г. М.В. Ломоносов отмечал: «На горах, в которых руда и другие минералы родятся, растущие деревья бывают обыкновенно нездоровы, то есть листья их бледны, а сами низки, кривлеваты и до совершенной старости своей подсыхают, а трава, под жилами растущая, бывает обыкновенно мельче и бледнее».

Способность растения приживаться используется при рекультивации отвалов нетоксичных вскрышных породах без предварительного нанесения почвенного слоя. Для этого разрабатывается специальная технология культивирования растений, например:

Выращивание бобовых трав в течение 3…4 лет с запашкой на глубину 25…30 см;

Выращивание злаково-бобовой травосмеси с внесением небольшой дозой минеральных удобрений в течение 3…4 лет с последующей запашкой трав на глубину 20…25 см;

Посев трав (викоовсяная смесь, донник) с последующей запашкой.

Применение такой технологии на отвалах Курской магнитной аномалии позволило создать в слое 0…20 см запас гумуса 1.5 % и получить урожай ржи и ячменя около 20 ц/га. Если нарушенные земли предназначены для сельскохозяйственного использования, то общий состав работ биологической рекультивации должен быть следующим:

Выращивание пионерных культур (однолетних или многолетних) для активизации процессов почвообразования;

Введение специальных севооборотов для восстановления и формирования почвенного слоя;

Мониторинг почв природоохранными и санитарно- эпидемиологическими службами.

Для организации сельскохозяйственных угодий на отвалах, содержащих мергелистые глины, по рекомендациям Днепропетровского СХИ, целесообразно выращивать в качестве пионерной культуры укоснокормовой горох, а затем переходить к посеву яровых, например: ячменя.

В Германии на отвалах буроугольных отвалах применяются севообороты, содержащие около 70% бобовых культур.

Рекультивация лесохозяйственного назначения проводится для создания на нарушенных землях лесных насаждений промышленного, защитного, водорегулирующего, водо-охранного и рекреационного назначения. Начинается она с подбора древесных и кустарниковых растений в соответствии с пригодностью нарушенных земель для биологической рекультивации и исходя из природно-климатических условий. Например, в степной зоне для рекультивации отвалов, насыпей, карьерных выемок, создания защитных лесных полос рекомендуются следующие породы деревьев и кустарников: вяз, клен ясенелистный, акация белая, тополь черный, дуб красный, дуб черешчатый, акация желтая, смородина золотистая, тамарикс ветвистый, лох узколистный.

Рекультивация (очистка) почв от техногенных продуктов с помощью микроорганизмов основан на деструктировании (разложении) этих продуктов в течение регламентированного времени. На практике этот способ применяется для очистки почв, загрязненных нефтью, нефтепродуктами и пестицидами. Технология биодеструктирование включает создание благоприятных водно-воздушных, тепловых и питательных условий микроорганизмам и регулярного контроля численности применяемой популяции. Поэтому эффективность такого вида рекультивации зависит от управляемости регулирующих факторов и качества штаммов.

Биологическая рекультивация земель загрязненных нефтью и нефтепродуктами

В период интенсивного развития промышленности и транспорта, повысилось производство и использование нефтепродуктов. Нефтепродукты транспортируются на огромные расстояния.

Нефтепродукты попадают в почвы, в природные воды, загрязняя их.В настоящее время теряется до 1,5% объема добытой нефти. Эти потери попадают в почвы, в реки и другие водоемы, приводя к их загрязнению. Загрязненность почв нефтепродуктами нередко достигает 10 кг/м2 (при ПДК= о.1 мг/кг почвы), а в водоемах - до 20 мг/л (при ПДК = 0,05 мг/л). При содержании в почве нефтепродуктов около 300 мг/кг, она становится субстратом, на котором биота или угнетается, или погибает.

Разлив сырой нефти приводит к образованию на поверхности почв битуминозных солончаков, к цементации поверхности почв, их гудронизации, к отакыриванию.

Нефть и нефтепродукты вызывают подщелачивание почв, их осолонцевание, гибель почвенной мезофауны.

Загрязнение почв сырой нефтью и нефтепродуктами происходит в зоне действия нефтепромыслов, на территориях нефтехранилищ, на заправочных станциях, а также в зоне производственных предприятий, сжигающих нефтепродукты. Последние выбрасывают в атмосферу большое количество сажи, сернистых соединений, которые в итоге попадают в почву и в природные воды, загрязняя их .

Состав работ зависит от степени загрязнения. При незначительном загрязнении активизируют деятельность почвенных микроорганизмов по деструкции углеводородов. Сюда входит рыхление почвы, внесение извести, гипса, высоких доз органических и минеральных удобрений с последующей запашкой, создание мульчированной поверхности из высоко питательных смесей, посев повышенными нормами нефтетолерантных растений; возможны варианты применения сложных комплексов: NPK + навоз; NPK + известь; NPK + известь + навоз. Высевают устойчивые кормовые растения, использование которых должно строго контролироваться, поскольку в них могут накапливаться такие канцерогены, как полициклические ароматические углеводороды.

При сильном загрязнении сооружают инженерно-экологические системы. Создание таких системы обусловлено высокой подвижностью нефтепродуктов в компонентах геосистем, особенно при длительном загрязнении почв, и образованием больших ареалов свободных и связанных нефтепродуктов на границе раздела зоны аэрации и подземных вод. Подобные антропогенные залежи нефтепродуктов формируются вблизи складов топливно-смазочных материалов, нефтебаз и нефтеперерабатывающих заводов. Они вызывает опасность загрязнения не только почв но и подземных и поверхностных вод. Поэтому задачами инженерно-экологической системы являются удаление подвижных нефтепродуктов, рекультивация почв, защита рек и водозаборов от загрязнения нефтепродуктами с одновременной локализацией очагов загрязнения .

Рыхление снижает дефицит кислорода и разрушает гидрофобную пленку поверхностных нефтяных компонентов, улучшает аэрацию почвы. Известкование или гипсование применяется для нейтрализации почвенной кислотности или щелочности. При нефтяном загрязнении снижается количество поглощённого кальция и магния, а внесение извести улучшает агрохимические свойства почв и ускоряет разложение метанонафтеновых структур. На почвах, имеющих показатель рН солевой вытяжки меньше 5,4, проводится известкование, а при содержании обменного натрия в составе поглощающего компонента почвы более 10% требуется гипсование. Нормы извести и гипса следует рассчитывать по рекомендациям агрохимических служб.

Для увеличения активности природной микрофлоры в почву вносят минеральные и органические удобрения. Например, торф является наиболее доступным субстратом, запасы которого достаточно велики, а затраты на добычу сравнительно низкие. В торф целесообразно добавлять азот и фосфор в виде удобрений.

Применяются также жидкие рекультиванты (молочная сыворотка, дрожжевая бражка), которые вносят через месяц после механической обработки территории. Полив почвы молочной сывороткой производится из расчета 5л/м2. Затем вносится навоз с помощью разбрасывателя. Норма внесения 3-5кг/м2. После этого производится запахивание навоза отвальными плугами, рыхление культиватором или боронование. Обработанная почва подвергается выдержке - 3 зимних и 2 летних сезона - для придания первозданного состояния.

Для получения биопрепаратов используют также специальные бактерии, дрожжи, грибы. Получают биомассу жизнеспособных клеток углеводородоокисляющих микроорганизмов с особенными физико-биохимическими свойствами. Микроорганизмы утилизируют нефть, создают благоприятные условия для образования органических соединений гумусоподобного характера, влияющих на почвенное плодородие .

Нефтезагрязненные почвы обрабатывают Acinetobacter sp., Alcalgenes sp., Pseudomonas sp., одновременно вносят растворы фосфорных и аммонийных солей. Нефтепродукты на поверхности почвы уничтожают бактерии видов Actinomycor elegans и Geotrichum marinum. Использование Actinebacter sp. дает 80%-ный эффект очистки от ароматических соединений по истечении 5 недель. Для деструкции нефти и нефтепродуктов выделены штаммы галотолерантных и галофильных архебактерий. В условиях высоких температур могут быть использованы бактерии вида Bacillus albiaxialis. Бактерия рода Desulfobacterium осуществляет деградацию салицилата в условиях сульфатредукции. Streptomyces albiaxialis разлагает углеводороды нефти при содержании соли до 30%; эффективность при оптимальной температуре 28-30°С достигает 50% .

На рис.3 представлена блок-схема рекультивационных мероприятий нефтезагрязненных земель при помощи биопрепаратов.

Рис. 3 - Блок-схема рекультивационных мероприятий

рекультивация земля полигон отвал

Принцип организации системы биологической очистки грунта на месте загрязнения (in situ) представлена на рис.4.

Рис. 4 - Схема процесса очистки почвы от нефтепродуктов с внесением нефтеокисляющих микроорганизмов

В таблице 2 показана характеристика некоторых биопрепаратов, применяемых для очистки нефтезагрязненных земель.

Таблица 2 - Характеристика некоторых биопрепаратов деструкторов нефти

Препарат, цена за кг	Действующее начало	Условия работы	Нормы расхода	Срок очистки в оптим. условиях
Путидойл, (разработка ЗапСибНИГНИ, г. Тюмень),	Pseudomonas putida	t°С +10 - +35, концентрация загрязнений в почве не более 10% при глубине проникновения не более 15 см; в воде не выше 20 г/л, толщина пленки нефти до 10 мм.	3-15 кг/га почвы, 3-5 г/м3 грунта, 2-8 г/м3 загрязн. емкости, 2-5 кг/га водной поверхности	1-2 мес, 2-3 нед. на спец. площадках, 5-10 дней в емкости
Деворойл, (разработка ИНМИ РАН, г. Москва)	Ассоциация бактерий и дрожжей, включающая липофильные и гидрофильные штаммы, с различным оптимумом рН и высокой осмофильностью (до 120 г/л NaCl), медленнорастущие и быстрорастущие (Rhodococcus spp. - 3 штамма, Alcaligencs sp., Jarrowia lipolytica и др.)	t°С +5 - +40, рН 4,5-9,5 загрязнение до 20 кг/м2 поверхности почвы; окисляют н-алканы С9-С30, ароматические соединения - фенол, крезол, пирокатехин и др.	5-10 кг/га почвы, 1 кг/га поверхности водоема
Биодеструктор - Валентис и др.,	Acinetobacter Valentis	t°C +10 - +50, рН 6-8 концентрация загрязнений не выше 20 кг/м2
Деградойл	Azotobacter vinelandii и др. микроорганизмы	t°C +10 -+35 загрязнение до 20 г/кг почвы, широкая субстратная специфичность	5-10 кг/га почвы
Олеоворин, Биоприн, (разработка ГосНИИ-Синтезбелок. г. Москва)	Acinetobacter oleovorum, дрожжи р. Candida	t°C +3 - +45. рН 3,5-10. загрязнение до 20 г/кг почвы	15 кг/га почвы, 10 кг/га поверхности воды
Эконадин, 5-6 $/кг вместе с торфом	Pseudomonas fluorescens на сфагновом торфе (около 10 мг клеток на 1 г торфа)	влажность торфа не более 10%	30-50 кг/ 100м2 почвы, 100-240 кг/м3 нефти	3-4 мес. в почве, 2-4 нед. с поверхности воды
3,5-6 $/кг (с торфом), Фежел-Био, (разработка ГНЦ прикладной микробиологии, п. Оболенск Моск. обл.)	Pseudomonas sp. на модифицированном торфе, Acinetobacter sp, Муcobacterium flavescens. ассоциации микроорганизмов в жидком или лиофилизированном виде	t°C не ниже+5, загрязненность до 25 г/кг	30-50 кг/ 100м2 почвы, 100 кг/м3 нефти	3-4 мес. в почве, 1-2 мес. с поверхности воды
Родарт (ОАО «Биохиммаш»)	На основе монокультуры	t°C 8-35, рН 3.5-10.0 с оптимумом 6.5-7.5, загрязнение почвы до 20%

Имеются еще множество биопрепаратов, предназначенных для деградации нефти. Например, препарат «Альбит» вносят в почву совместно с высевом трав или после высева в концентрации 1,5-3,5л на гектар (рабочий раствор 100-300л/га). «Альбит» за один вегетационный сезон снижает загрязнение почвы до 10раз.

Нетоксичный биоагент «Файрзайм» включает в себя сброжженные ферменты и питательные вещества. Микроорганизмы быстро размножаются и разлагают (съедают) нефтяное пятно и другие загрязнители с образованием углекислого газа и воды. Обработка почв производится водным раствором методом дождевания (опрыскивания) поверхности грунта. Количество концентрата зависит от глубины пропитки нефтепродуктами почвы. Например, для уничтожения пропитки толщиной 5см требуется 50г на 1м2, 200см - 200г.

Для зачистки загрязненной площадки применяют биопрепарат «Микромицет» фирмы «Биолант». Уже через месяц после обработки препаратом отмечается спороношение грибов, т.е. происходит активная работа микроорганизмов. Достоинство метода - отсутствие побочных эффектов от воздействия на окружающую природную среду.

Препарат «Путидойл» состоит из нефтеокисляющих бактерий, минеральных солей, остатков питательной среды. Используется для рекультивации земель и очистки поверхности водоемов.

Биопрепараты серии «Биодеструктор», производимых в России, предназначены для ликвидации загрязнения нефтью и нефтепродуктами, конденсатом и другими органическими соединениями почвы (поверхностных и нижних слоев), извлеченных грунтов, грунтовых и сточных вод, а также технологических емкостей (поверхностей цистерн, резервуаров). Биопрепарат восстанавливает единый цикл обмена веществ путем внесения массированных количеств микроорганизмов, разлагающих токсиканты.

Применяются препараты «Торнадо», «Гера», «Валентис», «Лидер», «МАГ», разлагающие сырую нефть, бензин, масла, животные жиры, пестициды, диоксины.

Для ликвидации загрязнений нефтью почвогрунтов и поверхностных вод, включающих водотоки, применяются бактериальные препараты «Деворойл» (Институт микробиологии РАН, Россия), «Бациспецин» (фирма «Новодекс»), «Дестройл», «Мультис», «Пит Сорб» (Англия) и др.

Для очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель фирмой ЗАО «ПОЛИИНФОРМ» разработана и запатентована комплексная биотехнология «СОЙЛЕКС», включающая последовательное использование биопрепаратов разного целевого назначения. Технология включает механические, химические, сорбционные, микробиологические и другие методы удаления и деструкции нефтепродуктов .

За рубежом довольно широко для локальной очистки сильнозагрязненных почв и других материалов используется технология "биовосстановления", являющаяся весьма эффективной, но дорогостоящей. Суть этой технологии сводится к тому, что загрязненный материал загружается в биореактор, оборудованный паровой экстракцией, трубопроводами для подвода кислорода (или воздуха), питательных веществ и системами контроля рН и температуры. Биологическую очистку можно комбинировать с физическими методами, такими, как экстракция паром или адсорбция на угле для удаления летучих соединений, или с химическими методами для удаления токсичных компонентов или металлов.

В условиях города, когда многочисленны небольшие локальные разливы нефтепродуктов, непосредственное использование биопрепаратов на месте бывает нерационально. В этих случаях наиболее рационален сбор загрязненного грунта или породы путем срезки с последующей их биологической очисткой на специальных площадках .

К сожалению, в Казахстане до настоящего времени недостаточно внимания уделялось таким методам очистки. А те немногие зарубежные биопрепараты, которые используются, недостаточно эффективны, поскольку разработаны для районов, по климатическим и экологическим условиям резко отличающихся от нефтедобывающих регионов Казахстана.

«Институт микробиологии и вирусологии» задался целью создать отечественные технологии, которые были бы адаптированы именно к нашим условиям. Что не только закономерно, но более выгодно как в экономическом, так и экологическом плане. Поэтому в последние годы мы ведем научные исследования по созданию и применению таких биопрепаратов.

Научные сотрудники института уже выделили и изучили активные штаммы микроорганизмов, способные к эффективной утилизации нефти и нефтепродуктов. Создана уникальная коллекция штаммов таких микроорганизмов, адаптированных к почвенно-климатическим условиям нефтяных месторождений Казахстана. На основе этих исследований была разработана и внедрена в производство серия биопрепаратов «Бакойл-КZ». Разработана и технология их применения. Уже получены патенты РК на штаммы, на способы производства, на товарный знак. Выданы сертификаты о происхождении продукции и соответствия продукции. Эффективность этого отечественного биопрепарата доказана на различных месторождениях Мангистауской и Атырауской областей. В частности, подтверждено, что они способны в течение полутора-двух месяцев разрушать до 98% нефти, содержащейся в почве .

Институтом уже заключены договора на поставку биопрепарата с рядом компаний для очистки более 70 га нефтезагрязненного грунта в Западном Казахстане. Отечественные препараты, что доказано практикой, могут использоваться для доочистки почв в тех случаях, когда другие методы не справляются. Их применение соответствует всем известным мировым стандартам и способствует оздоровлению окружающей среды .

Имеются и другие биопрепараты, производимые в Казахстане. Одним из таких является «Нефтедеструктор-КазБио», производимый в нашей стране с 2011г. Это новый высокоэффективный биологический препарат на основе Rhodococcus erytropolis штамм КД, предназначен для очистки почв, земель, грунтов, шламов, водных поверхностей от нефтяных загрязнений. «Нефтедеструктор-КазБио» представляет собой концентрат живых бактерий, готовых к применению без предварительного оживления или активизации и обладает высокой активностью окисления углеводородов различных классов.

«Нефтедеструктор-КазБио» активно работает в диапазоне температур +5 - +400С. При отрицательных температурах микроорганизмы, входящие в состав препарата, не погибают, и восстанавливают свою активность при наступлении положительных температур. В случае обработки нефтезагрязненного участка биопрепаратом под зиму, рано весной после таяния снега сразу начинается деструкция углеводородов, что фиксируется визуально - поверхность обработанного участка становится коричневой, а поверхность участка, где препарат не применялся, остается черной.

Норма внесения препарата зависит от первоначального уровня загрязнения, а также от условий вегетационного периода. При температуре воздуха +20°С и увлажнении 60-70% ППВ разложение углеводородов до СО2 и Н2О протекает значительно интенсивнее, при этом дозу препарата можно снизить. При менее благоприятных условиях (колебания температур от +5 до +40°С, нерегулярном увлажнении - засуха, дожди) рекомендуются следующие нормы, указанные в таблице 3 .

Таким образом, сравнив несколько методов рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, можно выделить ряд преимуществ биотехнологии перед остальными вариантами:

экологически чистая технология, так как используются естественные биологические процессы жизнедеятельности микроорганизмов;

экономичнее использовать биопрепараты, так как их внесение в почву не требует большого количества, что снижает затраты на их покупку;

занимает относительно малое количество времени восстановления почвы;

Республика Казахстан, имея большие запасы нефти и, соответственно, не меньше проблем от последствий нефтедобычи, разрабатывает различные биопрепараты аборигенного состава микроорганизмов, тем самым экономя на закупке зарубежных препаратов, так как себестоимость отечественных в 4-5 раз меньше. Нашими учеными ведутся интенсивные научные исследования по поиску штаммов-нефтедеструкторов и созданию биотехнологий, основанных на их способности использовать составные части нефти в качестве источников питания.