Рекультивация земель — комплекс инженерно-технических, мелиоративных, агротехнических и иных мероприятий, направленных на восстановление биологической продуктивности, хозяйственной ценности нарушенных земель и улучшение условий окружающей среды.
Нарушенные земли
Нарушенные земли — земли, которые утратили свою первоначальную хозяйственную ценность или стали представлять угрозу окружающей среде посредством изменения почвенного покрова, гидрологического режима и образования техногенного ландшафта в результате производственной деятельности человека.
61% нарушения земель приходятся на территории разработки месторождений полезных ископаемых, их переработки и геологоразведочных работ, 27% — на торфоразработки. В 1997 году площадь нарушенных земель от добычи полезных ископаемых и геологоразведочных работ составляла около 700 тыс. га, торфоразработок — более 300 тыс. га.
Согласно данным Государственного научно-исследовательского института земельных ресурсов, в зависимости от горно-геологических условий месторождений полезных ископаемых на 1 млн т открытой добычи угля нарушается от 2,6 до 43 га земельных угодий, железной руды — от 14 до 640 га, марганцевой руды — от 76 до 600 га, фосфоритов — от 22 до 77 га. Нарушение земель с ухудшением экологической обстановки может происходить также при подземной разработке месторождений вследствие деформации поверхности, например, провалов грунта, складирования выработанных пород, загрязнения промышленными выбросами, нефтепродуктами, сточными водами, буровыми растворами и шламом при бурении и эксплуатации скважин.
Нарушение земель происходит при прокладке магистральных трубопроводов, строительстве дорог и каналов. При этом происходит ухудшение ландшафтов, структуры землепользования, усиливаются эрозионные процессы, нарушается баланс грунтовых и поверхностных вод, заболачиваются или иссушаются близлежащие земли, снижается их продуктивность.
Нарушение земель преимущественно выражено в районах с высокой плотностью населения и развитой промышленностью, в которых резервы введения новых земель в сельскохозяйственное использование почти исчерпаны. По этой причине актуальным является вопрос включения в общий баланс сельскохозяйственных угодий нарушенных земель, подлежащих рекультивации.
Согласно данным государственного земельного учета, по состоянию на 1 января 1999 года площадь нарушенных земель в России составляла 1,19 млн га. Основная часть нарушенных земель сосредоточена в районах интенсивного земледелия с высокой плотностью населения.
В России отмечается тенденция роста темпов нарушения земель в Западной и Восточной Сибири, Дальнем Востоке на 15-20% в год, в Центрально-Черноземной зоне, особенно в Курской и Белгородской областях. Из землепользования этих зон для железорудной промышленности выведено свыше 30 тыс. га ценных черноземных и серых лесных почв.
Рекультивация земель
Рекультивация земель позволяет вернуть нарушенные земли в состав сельскохозяйственных угодий, использовать их под леса, водоемы, зоны отдыха, жилищное и промышленное строительство. Рекультивации могут подлежать выемки карьеров, торфоразработки, породные отвалы шахт и карьеров, площадки буровых скважин и т.п.
Проблема рекультивации в условиях постоянно увеличивающейся площади нарушенных земель приобретает большое социально-экономическое и экологическое значение. Вопрос рекультивации должен включаться в проекты строительства и реконструкции предприятий, в схемы землеустройства территориально-производственных комплексов.
При соблюдении научнообоснованных технологий рекультивации нарушенных земель возможно в течение 3-5 лет превратить в высокопродуктивные угодья. В России рекультивировано более 2200 тыс. га нарушенных земель.
Некоторые горные породы характеризуются эффективным плодородием. Достижения современного земледелия, разработанные технологии создания антропогенных почв, методы биологического освоения рекультивированных участков и управления почвообразовательным процессом в техногенных ландшафтах позволяет использовать эти горные породы в целях создания продуктивных сельхозугодий, а также для улучшения экологических условий применительно к конкретной природной зоне или территории.
В зависимости от требований растений к условиям произрастания, были выделены несколько эколого-трофических групп растений:
- мегатрофы,
- мезотрофы,
- олиготрофы
- эвритрофы.
Мегатрофы — сельскохозяйственные культуры, предъявляющие наиболее высокие требования к почвенной (эдафической) среде: рожь, пшеница, овес, ячмень, кукуруза, сорго, просо, гречиха, подсолнечник, клещевина, арбуз, житняк, кострец.
Мезотрофы — культуры менее требовательные к почвенной среде: горох, чина и другие зернобобовые.
Олиготрофы — культуры, способные произрастать в специфических условиях, например, при высокой кислотности и засоленности почв, неблагоприятных воздушном или водном режимах почв. Подразделяются на галофиты, аргиллофиты, ацидофиты, псаммофиты, метофиты и другие.
Эвритрофы — культуры, обладающие способностью к симбиотической фиксации азота, позволяют обеспечить продуктивность на уровне старопахотных ненарушенных почв. К ним относятся: люцерна, эспарцет, вязель, донник, лядвенец, астрагал и другие бобовые травы.
Мощность рекультивированного почвенного слоя определяют в зависимости от биологических особенностей культур, состава горных пород и насыпного слоя. Для черноземных почв, например, она составляет от 1-1,5 до 2-2,5 м, что позволяет создать условия для развития корневой системы и растения, приближающиеся к нормальным.
Горные породы, обладающие фитотоксичными свойствами, то есть содержащими избыток легкорастворимых солей, пирит, подвижные формы железа и алюминия, породы ранних геологических возрастов, например, мел и юра мезозойские, карбон и девон палеозойский с неблагоприятными агрофизическими и агрохимическими свойствами являются наиболее проблемными для рекультивации под сельскохозяйственные угодья.
Для специфических и сложных условий Подмосковного угольного бассейна, где фитотоксичные породы во вскрышной толще составляют до 40—60%, были разработаны технологии, позволяющие создать на месте нарушенных земель сельскохозяйственные участки с урожайностью на уровне зональных показателей. Например, в Новомосковском районе Тульской области на рекультивированных землях получают до 4-4,5 т/га зерна.
На карьерах Московской области пашню создают нанесением на поверхность отвалов слоя глауконитового песка. Внесение азотных удобрений позволяет увеличить урожайность этих земель на 30-50%, по сравнению с обычными почвами.
Бросовые земли могут быть использованы для создания крупных специализированных сельскохозяйственных предприятий.
Егорьевское фосфоритное месторождение является хорошим примером успешной рекультивации земель. В условиях Курской магнитной аномалии получены положительные результаты от формирования искусственных почв на породах отвалов и прилегающих низкопродуктивных угодьях, которое было осуществлено посредством нанесения слоя чернозема и окультуривания потенциально плодородных пород.
Вскрышные породы в зоне Курской магнитной аномалии по степени пригодности для освоения и ввода в сельскохозяйственный оборот подразделяют на:
- Породы высокого качества, пригодные для возделывания бобовых и злаково-бобовых трав, некоторых полевых культур. К ним относятся лёссовидные суглинки, лёссы, грунтосмеси, суглинки с другими породами.
- Породы среднего качества, пригодные под облесения и залужения: пески, грунтосмеси алевритов с мелом, суглинком, мергелем, глины колловея.
- Породы низкого качества, пригодные под облесения и залужения после предварительного улучшения: девонские отложения, мел.
- Пиритсодержащие породы, сильно кислые, непригодные для биологического освоения.
Этапы рекультивации земель
Рекультивации земель проводится в два этапа.
- Техническая рекультивация земель заключается в подготовке земель для последующего целевого применения в сельском хозяйстве: восстановление плодородного слоя, выравнивание поверхности, удаление или нейтрализация токсичных для растений веществ, строительство мелиоративных и иных сооружений.
- Биологическая рекультивация земель — мероприятия, направленные на восстановление плодородия почв, включающие агротехнические и фитомелиоративные приемы, направленных на воссоздание флоры и фауны.
Биологическая рекультивация может быть сельскохозяйственной и лесной.
Сельскохозяйственная рекультивация предусматривает создание на восстанавливаемых землях сенокосов, пастбищ, пашни, многолетних плодовых и ягодных насаждений.
Лесную рекультивацию предусматривает посадку древесных культур на нарушенных землях для создания лесных массивов различного назначения и ценности.
Способы и приемы рекультивации земель определяются физико-географическими, хозяйственными, экономическими особенностями района, технологиями разработок, свойствами полезного ископаемого, физико-химическими свойствами вскрышных пород и другими условиями. Согласно требованиям законодательства, все промышленные организации обязаны снимать с земельных участков, отведенных под разработки, плодородный гумусовый слой и использовать его для рекультивации. Для сельскохозяйственного применения снимают верхний плодородный слой с содержанием гумуса не менее 1-2%, для черноземов 2-2,5%. Гумусированный слой почвы хранят в штабелях или буртах высотой до 10-15 м. Для защиты штабелей от эрозионных процессов их планируют и засевают травами.
При рекультивации земель для сельскохозяйственного использование особое внимание уделяют созданию плодородного пахотного слоя, оптимизации обработки почвы, подбору культурных растений.
К первоочередным объектам рекультивации относятся выработанные торфяники. На них предварительно восстанавливают осушительную сеть с учетом последующего сельскохозяйственного использования. Затем проводят комплекс культуртехнических работ. Выработанные торфяники могут с успехом использоваться для выращивания сельскохозяйственных культур и сенокосы.
В настоящее время для всех экономических зон страны разработаны приемы рекультивации нарушенных земель, которые позволяют решать широкий круг вопросов по культурному преобразованию техногенных ландшафтов. Однако, не во всех отраслях экономики рекультивации земель уделяют достаточное и своевременное внимание, а снимаемый плодородный слой почвы применяется не полностью, а объемы его складирования возрастают. Объемы восстановления нарушенных земель на территории России незначительны. Например, в 1996 году рекультивировано 160,1 тыс. га нарушенных земель.
Методы и технологии рекультивации нарушенных земель
Для выполнения биологической рекультивации нарушенных земель важно учесть агрохимические и водно-физические свойства вскрышных пород. Что позволяет уменьшить затраты на осуществление комплекса работ по рекультивации: выполаживания поверхности отвалов, нарезке террас, создания подъездных путей, определения крутизны склонов и т.п.
Современные технологии рекультивации, разработанные для различных природных зон страны с учетом биологических особенностей культур, составов вскрышных пород и почвенно-климатических условий, устанавливают оптимальные мощности и конструкции рекультивируемых слоев, ассортимент культур и определяют мелиоративные севообороты, технологии возделывания культур и выращивания продуктивных лесных насаждений. Например, для подзоны южных черноземов мощность рекультивируемого слоя составляет 1-1,5 м, обыкновенных — 1,5-2 м и типичных черноземов — 2,5 м.
Нанесение перегнойного слоя
Рекультивацию нарушенных земель под пахотные сельхозугодья начинают после стабилизации спланированных пород, после чего наносят гумусовый слой мощностью 40-50 см. В отдельных случаях мощность гумусового слоя может меняться в зависимости от подстилающих пород и планируемого вида хозяйственного использования. Например, при использовании техноземов под многолетние бобовые травы, многолетние насаждения и зернобобовые культуры она может уменьшаться или заменяться на локальное внесение гумусового слоя. Для овощеводческих севооборотов, наоборот, увеличиваться.
Мощность создаваемого гумусового горизонта сильно влияет урожайность культур. Например, в условиях Курской магнитной аномалии максимальная урожайность возделываемых культур получена при нанесении на породы гумусового слоя мощностью 60 и 80 см, а максимальная прибавка в расчете на каждые дополнительные 20 см приходится на мощность 40 см.
Таблица. Урожайность сельскохозяйственных культур в зависимости от мощности наносимого слоя чернозема и подстилающей породы (по А.М. Бурыкину, в среднем за 4 года, 1986), т/га
При одной и той же мощности наносимого чернозема урожайность зерна по суглинку существенно выше, чем по мелу. Более отзывчивыми на увеличение мощности наносимого слоя являются люцерна, ячмень и просо, менее отзывчивы — озимая рожь и эспарцет.
Согласно данным Днепропетровского сельскохозяйственного института, урожайность зерновых на рекультивированных участках при слое чернозема 30-50 см близка к урожайности на старопахотных землях. Увеличение мощности наносимого слоя до 80-90 см увеличивает урожайность озимой пшеницы в 2 раза, тогда как при 10-20 см — урожайность падает до 10-30% урожая, получаемого на старопахотных землях.
Одним из важных приемов рекультивации является использование мелиоративных севооборотов, в которых большой удельный вес приходится на почвоулучшающие культуры, такие как люпин, донник, люцерна, эспарцет. Например, в условиях Курской магнитной аномалии для освоения пахотных угодий применяют севооборот: 1-3-й годы люцерна с запашкой, 4-й — озимые, 5-й— пропашные, 6-й — крупяные с подсевом многолетних трав. По мере освоения и окультуривания восстанавливаемых земель в севооборот вводят культуры интенсивного типа.
Для повышения плодородия рекультивируемых земель применяют зеленые удобрения в сочетании с повышенными дозами минеральных и органических удобрений, роторные орудия обработки почвы, такие как роторные плуги, фрезы, комбинированные агрегаты, позволяющие создавать глубокий гомогенный почвенный слой. Например, в Никопольском марганцеворудном бассейне применение N90P90 при мощности насыпного черноземного слоя 30-40 см позволило получить урожай озимой пшеницы, как и на старопахотных землях.
В ПО «Фосфаты» Московской области на пашне, созданной нанесением на поверхность отвалов слоя глауконитового песка, внесение азотных удобрений позволило получить урожай на 30-50% выше, чем на зональных почвах.
Метод прямого окультуривания
Метод прямого окультуривания — метод основанный на внесении минеральных удобрений, применения зеленых удобрений и посеве многолетних трав.
Применение на техноземах Курской магнитной аномалии полного минерального удобрения N60Р60К60 позволило увеличить урожайность ячменя на 1,3 т/га, или 186%, внесении N90P90K90 под просо — на 1,2 т/га, или 276%.
Таблица. Урожайность яровой пшеницы на различных породах в зависимости от способа окультуривания (по А.М. Бурыкину, в среднем за 2 года, 1986), т/га
По данным результатов полевых опытов высокую эффективность показывают бактериальные удобрения. Например, инокуляция семян бобовых трав ризоторфином, увеличило урожай сена клевера на 0,63 т/га, эспарцета на 2,43 т/га, люцерны на 2,48 т/га. Белковость корма повысилась на 0,5-1,3%, а сбор белка с 1 га составила соответственно 1 000, 1 901 и 1 526 кг (Стифеев А.И.).
Имеется опыт по рекультивации земель для создании орошаемых пастбищ. Для этих целей используют травосмеси люцерны синей, ежи сборной и мятлика лугового. Урожайность зеленой массы за два укоса первого года пользования составляет 18,0 т/га. В зоне достаточного увлажнения урожайность сухой массы травосмеси прутняка и житняка составила 1,48 т/га, что выше, чем на ненарушенных естественных пастбищах.
Благоприятное действие на процесс восстановления почвы оказывают оптимизация обработки почвы, мульчирование соломой, золой и орошение.
По мере восстановления плодородия почвы урожайность сельскохозяйственных культур достигает нормального уровня. Ценные зерновые культуры вводят в севооборот, как правило, после 3-4 лет биологической рекультивации.
Сенокосы и пастбища могут создаваться на отвалах без нанесения гумусового слоя. Согласно, результатам исследований А.И. Стифеева, на вскрышных породах Курской магнитной аномалии в первые 3-5 лет можно выращивать многолетние бобовые травы, которые показывают высокую продуктивность с хорошими кормовыми качествами. Наиболее рационально использовать отвалы сразу после их отсыпки и планировки под кормовые травы, так как сорная растительности еще мало, а рыхлое состояние пород способствует всхожести семян и росту трав.
При использовании техносмесей и лессовых литоземов под сенокосы и пастбища применяют следующие схемы чередования культур:
- 1-3-й годы — многолетние травы (с запашкой), 4-й год — озимая рожь, 5-й — просо с подсевом многолетних трав, 6-8-й — многолетние травы;
- 1-2-й годы — донник с запашкой зеленой массы, 3-й — озимая рожь, 4-й — просо с подсевом многолетних трав, 5-7-й — многолетние травы.
Обработка почвы под травами на вскрышных породах в первые годы освоения включает боронование, культивацию, фрезерование, которые обеспечивают получение высоких урожаев при затратах на 15-20% меньше, чем при вспашке.
Согласно данным А.И. Стифеева залужение лессовых литоземов и гидроотвалов позволяет получать около 16 т/га зеленой массы донника и более 20 т/га люцерны.
На рекультивационных породных отвалах и гидроотвалах Магаданской области в условиях вечной мерзлоты получают по 15 т/га зеленой массы овса и гороха, что в 10-20 раз больше, чем урожайность дикорастущих трав на естественных кормовых угодьях. При этом на рекультивированных землях обеспечиваются благоприятные водный и тепловой режимы, устраняется промораживание почвы. Рекультивация земель в данных условиях может быть выгоднее, чем освоение новых угодий.
Метод землевания
Метод землевания — покрытие малопродуктивных угодий плодородным перегнойным слоем почвы разной мощности, что позволяет получать урожаи культур в 2,5-3 раза выше.
Например, на сланцевых золоотвалах, образованные из насыпного материала, создают культурные сенокосы. Свойства золоотвалов зависят от «возраста», плотности залегания и химического состава золы.
Реакция золоотвалов часто сильнощелочная, причем щелочность увеличивается с глубиной. Так, рН слоя 0-5 см составляет — 7,9-9,7, на глубине 30 см — 12,3-12,6. По химическому составу сланцевая зола содержит 32-35% оксида кальция и 24-30% оксида кремния, соединения серы, магния, железа и углерода. Гранулометрический состав сланцевой золы близок к песку и фракции крупной пыли, плотностью 0,9-1,28 г/см3.
Содержание питательных веществ в золе недостаточное, а соотношение неблагоприятствует росту растений. Азотных соединений практически нет, подвижных форм фосфора очень мало — 0,2-0,4 мг/100 г, но много обменного калия — 135-760 мг/100 г почвы.
Поэтому для создания на золоотвалах культурного луга применяют торф или почву, которые наносят слоем толщиной не менее 10 см. При таком слое возможно проведение боронование легкими боронами и работы по уходу за травостоем. Если золоотвал нужно только залужить, достаточно создания слоя перегноя 3-5 см.
Для закладки культурного луга на золоотвалах применяют смеси из овсяницы красной, костра безостого, ежи сборной, клевера лугового и клевера ползучего. Корневая система злаковых трав располагается в верхних слоях почвы, бобовых — проникает глубже. Бобовые, связывая атмосферный азот, снабжают им себя и злаковые травы.
Для биологической рекультивации нарушенных земель применяют посадки на вскрышных породах древесно-кустарниковой растительности, в том числе хозяйственно ценные деревья и кустарники (ягодные, орехоплодные, лекарственные из числа местных и интродуцированных пород).
Лесонасаждения на отвалах улучшают экологическое состояние территории, уменьшают проявление эрозионных процессов, ускоряют почвообразовательный процесс и формирование биоценозов.
Литература
Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.
Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.
