Технологии биологической рекультивации нарушенных техникой земель в условиях криолитозоны

УДК 581.524.34

DOI: 10.24411/1728-323X-2019-15145

ТЕХНОЛОГИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ТЕХНИКОЙ ЗЕМЕЛЬ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

С. И. Миронова, д. б. н., профессор, г. н. с., Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова, Якутск, Россия

Представлены результаты многолетних исследований нарушенных техникой земель на месторождениях (рудных и россыпных) золота, алмазов и опытных решений их оздоровления или восстановления. В поиске методов и способов биологической рекультивации особое внимание было уделено вопросу, как ускорить самозарастание нарушенных земель и методам без отсыпки плодородного слоя, т. е. использование нетрадиционных материалов взамен плодородных пород. Установлено, что проведению биологической рекультивации на нарушенных землях должно предшествовать изучение рекультива-ционного потенциала участка, т.е. состояние техногенной поверхности, грунтов и степени зарастания растительности для определения методов, видов для посева и посадки (по возможности) и доз внесения удобрений. В районах Южной Якутии (Алдан) ускорение зарастания растительности можно добиться путем внесения минеральных удобрений в ранних стадиях сукцессии, особенно на россыпях, а на севере, где условия суровее и нет плодородных пород для отсыпки поверхности, предлагается использовать нетрадиционные материалы (старику — сено, канализационные отходы, биоматы и т. д.) без отсыпки плодородных пород на техногенную поверхность с внесением минеральных удобрений с увеличением доз до 200 кг/га.

The results of long-term studies of lands damaged by equipment at the deposits (ore and placer) of gold, diamonds and experimental solutions to their recovery or restoration are presented. In search for methods and ways of biological remediation, special attention was paid to the issue of how to accelerate the self-overgrowing of disturbed lands and methods without dumping the fertile layer, i.e. the use of non-traditional materials instead of fertile rocks. It has been established that biological reclamation on the disturbed lands should be preceded by the study of the site's recultivation potential, i.e. the state of the technogenic surface, soils and the degree of vegetation overgrowing to determine the methods, types for sowing and planting (if possible) and the doses of a fertilizer. In the areas of Southern Yakutia (Aldan), the acceleration of vegetation overgrowth can be achieved by applying mineral fertilizers in the early stages of succession, especially in placers, and in the north, where the conditions are more severe and there are no fertile rocks for dumping the surface, it is proposed to use non-traditional materials (sewage waste, biomats, etc.) without dumping of fertile rocks on the technogenic surface with the introduction of mineral fertilizers with increasing doses up to 200 kg/ha.

Ключевые слова: криолитозона, нарушенные промышленные земли, биологическая рекультивация, методы старики, применение отходов, биоматов, внесение минеральных удобрений.

Keywords: cryolithozone, disturbed industrial lands, biological recultivation, old methods, use of waste, biomat, mineral fertilizers.

Введение. Понятие «рекультивация земель» предусматривает в первую очередь комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и плодородия земель [1]. При этом в различных методических рекомендациях говорится о землях сельскохозяйственных угодий, а о восстановлении плодородия нарушенных земель на севере не упоминается.

На Севере при критическом уровне условий существования биоты и низком самовосстановительном его потенциале поддержание саморегулируемого равновесия в присутствии человека может быть либо при существовании его сообществ в рамках структур экосистемы (коренное население), либо на фоне активной природовосстановитель-ной деятельности адекватной интенсивности хозяйственно-промышленного преобразования природной среды [2]. Особую опасность горнодобывающая техника представляет в криолитозоне, где при вскрытии почвенно-раститель-ного слоя мгновенно происходят криогенные процессы, связанные с формированием сети морозобойных трещин, ледяных жил, бугров пучения (явлений солифлюкции и термокарста).

Для восстановления стабильности на нарушенных территориях (прекращение бурного течения эрозии, стабилизации теплового баланса) главную роль играет возобновление почвенно-растительного покрова, т. е. биологический этап рекультивации, которая находится лишь на начальном (опытном) этапе развития [3].

Нами на территории горнодобывающих предприятий «АЛРОСА» (Мирнинский и Айхальские ГОКи, ОА Нижнеленский и Алмазы Анабара), ХК «Якутуголь», АО «Полюс Алдан» опытно-экспериментальные работы по биологической рекультивации нарушенных земель на основе проведенных комплексных экологических исследований состояния техногенных поверхностей, грунтов и растительности [3—8].

Методы исследований. Основным общепринятым методом биологической рекультивации является метод залуже-ния — посев многолетних травосмесей, который показал хорошие результаты по всему Советскому Союзу и России. Но для Якутии метод считается неэффективным по следующим причинам:

— метод назначен для сельскохозяйственной рекультивации, а в Якутии горнодобывающие предприятия сосредоточены в несельскохозяйственных зонах;

— дороговизна или отсутствие интродуциро-ванных семян;

— обязательный плодородный слой, которого трудно найти в республике.

Перед проведением опытно-экспериментальных работ по биологической рекультивации необходимо определить рекультивационный потенциал техногенных участков — состояние поверхности, грунтов и степень их зарастания с применением общепринятых ландшафтных, почвенных и геоботанических методов. Нами применен метод выделения техногенных сукцессион-ных систем [3]. Опытные участки определяются по результатам рекогносцировочных исследований нарушенных участков с учетом их возраста образования по маркшейдерским картам. Размеры участков соответствуют общепринятым методикам и составляют 10 х 10 м. После выборки существующих методов биологической рекультивации на Севере перед нами поставлены следующие задачи:

— методы должны быть подходящими для суровых природно-климатических условий Якутии;

— обязательное применение минеральных удобрений;

— замена существующих в ГОСТах обязательной отсыпки поверхности плодородными породами ввиду их отсутствия во многих районах Якутии другими материалами разного происхождения;

— учет мнения горнодобывающих предприятий — заказчиков;

Исследованиями выявлены степень нарушен-ности промышленных территорий, основные формы техногенного рельефа, состав и структура почвогрунтов и степень зарастания растительностью нарушенных участков. Данные показали, что для приближения возобновления почвенно-растительного покрова необходимы рекультива-

ционные работы, в частности проведение биологического этапа рекультивации.

Для проведения биологической рекультивации на территории Якутии обязательным является учет:

— суровых природно-климатических условий;

— отсутствие или малая доля естественных почв для отсыпки на нарушенных поверхностях;

— общепринятые методы биологической рекультивации на землях российских регионов не подходят для условий Якутии;

— отсутствия семян для биологической рекультивации из-за недостатка семенных хозяйств.

Эти причины подталкивают нас на поиск особых методов и способов биологической рекультивации для нашего региона и для криолитозоны в целом.

Объектами наших исследований были отвалы пустых пород карьеров рудных месторождений и хвостохранилища обогатительных фабрик.

Объекты наших исследований отличаются по природно-климатическим условиям — в Южной Якутии (центр золото- и угледобывающей промышленности) более благоприятные условия, чем в Западной и Северной (центр алмазодобычи).

В Якутии наиболее подходящими направлениями рекультивации являются природоохранное (предотвращение криогенеза), лесохозяйственное в лесной зоне и рекреационное, так как нарушенные земли находятся вблизи промышленных городов и поселков.

Для опытно-экспериментальных работ по биологической рекультивации перед нами стояли следующие задачи:

— рекультивацию провести без отсыпки плодородного слоя, особенно на севере, где его нет;

— заменить плодородный слой другими материалами;

Рис. 1. Вид рекультивационных участков по долине р. Биллях

Рис. 2. Рекультивационные работы на россыпях Алдана

— использовать при биологической рекультивации семена и саженцы местных видов растений с увеличением доз от нормы;

— обязательное внесение минеральных удобрений на не питательную среду пустых промышленных пород;

— обязательный уход после рекультивации в течение 3—5 лет (подсев, внесение удобрений, полив по возможности).

Наши опытные участки находятся на отвалах пустых пород в южной (Алданский и Нерюнг-ринский районы), Западной и Северной Якутии (Мирнинский, Анабарский районы). Работы ведутся с 2000-х годов. Если на юге основными задачами были ускорение самозарастания растительности россыпных месторождений, то на западе и севере — биологическая рекультивация отвалов и хвостохранилищ без отсыпки плодородного слоя с применением нетрадиционных материалов.

Основные результаты

На отвалах месторождения Биллях заложены опытные участки с посевом многолетних трав дикой и культурной флоры, а также посадка саженцев с внесением оптимальной (до 100 ц/га д. в.) дозы минеральных удобрений (аммофоска) (рис. 1).

Опыты по ускорению самозарастания дражных отвалов в долине р. Селигдар (Алдан) показали, что при внесении минеральных удобрений

в дозе 100 кг/га можно ускорить процесс сукцессии в ранних ее стадиях (рис. 2).

На месторождениях алмазных месторождений проводятся работы по рекультивации отвалов пустых пород карьеров, хвостохранилищ, пром-площадок (рис. 3).

Хорошо порекомендовали на Айхале методы применения навоза, песка с перегноем, но их на территории просто нет, а перевозить из других районов дорого.

Выполнялись следующие методы биологической рекультивации на голой поверхности отвалов: метод залужения, применение старики (ветоши), биоматов, осадков канализационных сооружений и гидропосев.

Уже на второй год мы получили хорошие результаты — среднее проективное покрытие травостоя достигло до 60 %, а средняя высота — до 40 см. Хорошая всхожесть у опытов с применением старики и канализационных отходов. Использование биоматов показывает положительные результаты при посеве семян местных видов растений (пырейник, мятлик, бобовые, разнотравье). Особо можно выделить способ применения канализационных отходов на откосах и поверхности отвалов, результаты которых появились уже осенью при посеве весной, а на второй год биоразнообразие увеличилось в 2 раза с доминированием одно- и двулетников и началом заселения многолетников.

Рис. 3. Работы на отвалах карьера «Айхал» в 2010-2012 годах

Заключение. Исследования нарушенных земель привели к следующим выводам:

— проведению биологической рекультивации на нарушенных землях должно предшествовать изучение рекультивационного потенциала участка, т. е. состояние техногенной поверхности, грунтов и степени зарастания растительности для определения методов, видов для посева и посадки (по возможности) и доз внесения удобрений;

— в районах Южной Якутии (Алдан) ускорения зарастания растительности можно добиться путем внесения минеральных удобрений в ранних стадиях сукцессии, особенно на россыпях;

— на севере, где условия суровее и нет плодородных пород для отсыпки поверхности, предлагается использовать нетрадиционные материалы (старику — сено, канализационные отходы, биоматы и т. д.) без отсыпки плодородных пород на техногенную поверхность с внесением минеральных удобрений с увеличением доз до 200 кг/га.

Статья подготовлена в рамках выполнения Государственного задания Минобразования РФ № 5.8169.2017/БЧ на выполнение проекта «Исследование сукцессий экосистем Севера под воздействием антропогенных факторов».

Библиографический список

1. Крючков В. В. Необходимость и возможность рекультивации на Крайнем Севере // Освоение Севера и проблема рекультивации. — Сыктывкар, 1994. — С. 23—32.

2. Арчегова И. Б., Дегтева С. С., Котелина Н. С., Турубанова Л. П., Юнонина А. А. Практические решения задач биологической рекультивации на Севере / Освоение Севера и проблемы рекультивации. — Сыктывкар, 1994. С. 33—39.

3. Миронова С. И. Растительные сукцессии на природно-техногенных ландшафтах Западной Якутии и их оптимизация (монография). М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2016. — 140 с.

4. Миронова С. И. Техногенные сукцессионные системы растительности в условиях криолитозоны. Новосибирск: Наука, 2000. — 105 с.

5. Миронова С. И., Миркин Б. М. О разнообразии в некоторых техногенных сукцессионных системах Якутии / Экология, 1999, № 4, с. 266—270.

6. Природно-техногенные экосистемы Южной Якутии М.: Недра, 2006. — 186 с.

7. Иванов В. В. Трансформация природных комплексов при недропользовании в условиях криолитозоны (на примере Якутии). —Новосибирск: Наука, 2005. — 175 с.

8. Самозарастание нарушенных земель Севера / Л. П. Капелькина, О. И. Сумина, И. А. Лавриненко, О. В. Лавринен-ко, Е. А. Тихменев, С. И. Миронова. — СПб., Изд-во ВВМ, 2014, 207 с.

BIOLOGICAL RECULTIVATION TECHNOLOGIES OF DISTURBED LANDS IN THE CRYOLITHOZONE

S. I. Mironova, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, Professor, Institute of applied ecology of the North, M. K. Ammosov North-Eastern Federal

University, Mironova47@mail.ru, Yakutsk, Russia

References

1. Kryuchkov V. V. Neobhodimost' i vozmozhnost' rekul'tivacii na Krajnem Severe [Necessity and possibility of recultivation in the Far North, monograph] Osvoenie Severa i problema rekultivacii. [Development of the North and the problem of reclamation]. Syktyvkar, 1994. P. 23—32. [in Russian]

2. Archegova I. B., Degteva S. S., Kotelina N. S., Turubanova L. P., Yunonina A. A. Prakticheskie resheniya zadach biolog-ichekoj rekul'tivacii na Severe [Practical problem solving biologicheskoi reclamation in the North] Osvoenie Severa i problem rekultivacii. [The development of the North and problems of recultivation]. Syktyvkar, 1994. P. 33—39. [in Russian]

3. Mironova S. I. Rastitel'nye sukcessii na prirodno-tekhnogennyh landshaftah Zapadnoj Yakutii i ih optimizaciya (monografiya) [Plant succession on natural and technogenic landscapes of Western Yakutia and their optimization (monograph)]. Moscow, Izdatelskij dom Akademii Estestvoznaniya, 2016. P. 140. [in Russian]

4. Mironova S. I. Tekhnogennye sukcessionnye sistemy rastitel'nosti v usloviyah kriolitozony [Technogenic successional system of vegetation in the permafrost]. Novosibirsk, Nauka, 2000. P.105. [in Russian]

5. Mironova S. I., Mirkin B. M. O raznoobrazii v kotoryh tekhnogennyh sukcessionnyh sistemah Yakutii [On the diversity in which the technogenic successional system of Yakutia] [Ecology]. Ekologiya, 1999, No. 4, P. 266—270. [in Russian]

6. Prirodno-tehnogennye ekosistemy Yuzhnoj Yakutii [Natural-technogenic ecosystems of South Yakutia]. Moscow, Nedra, 2006. P. 186. [in Russian]

7. Ivanov V. V. Transformaciya prirodnyh kompleksov pri nedropol'zovanii v usloviyah kriolitozony (na primere Yakutii) [Transformation of natural complexes due to subsoil use in the conditions of cryolithozone: a study of Yakutia]. Novosibirsk: Nauka, 2005. P. 175. [in Russian]

8. Kapelkina L. P., Sumina O. I., Lavrinenko I. A., Lavrinenko O. V., Tikhmenev E. A., Mironova S. I. Samozarastanie na-rushennyh zemel' Severa [The growth of disturbed lands of the North]. SPb, Izd-vo VVM, 2014. P. 207. [in Russian]