Эффективные способы биологической рекультивации в Якутии

ЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

В ЯКУТИИ

Светлана Ивановна Миронова,

доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник Научно-исследовательского института прикладной экологии Севера СВФУ, член редколлегии журнала «Наука и техника в Якутии»

Глобальные масштабы негативных изменений природной среды при добыче полезных ископаемых всё больше заставляют задуматься о вопросах сохранения благоприятных условий для жизни самого человека. Особо остро данная проблема должна быть поставлена в северных регионах, где сосредоточено более половины (54%) земель, нарушенных при добыче минерального сырья, и свыше 20% разведанных месторождений полезных ископаемых находится в районах распространения многолет-немёрзлых пород. В этой связи необходимы конкретные мероприятия по рекультивации земель с целью оздоровления и восстановления окружающей природной среды.

В Европе, Англии, Америке вопросы рекультивации ставились 100 - 150 лет назад, а в СССР и России рекультивационные работы проводятся лишь с 1970-х годов, и начались они в Донбассе.

В Якутии до сих пор осуществляется только технический этап рекультивации в виде выравнивания площадок и уборки мусора, а биологическая рекультивация находится на начальной (опытной) стадии развития, хотя она обязательна, т.к. имеет не только экологическое, но и экономическое значение.

По природоохранным документам (законы, ГОСТы, Постановления и др.) выбор подходящих приёмов рекультивации должен проходить дифференцировано, т.е. для каждого отдельного случая должны быть предложены индивидуальные решения о направлении и очередности рекультивации, сочетании её видов и технологии работ. Основным методом биологической рекультивации является посев травосмеси из многолетних трав. Данный метод даёт положительные результаты там, где пустые породы отсыпаются потенциально плодородным слоем.

С. И. Миронова

В условиях Якутии работы по биологической рекультивации осложняются специфическими условиями региона. Почвы здесь бедны по составу, и у них незначительный по мощности плодородный слой, необходимый для отсыпки пустых пород. Кроме того, в республике отсутствуют питомники, откуда можно брать посевной материал для рекультивации (семена интродуцированных видов растений, саженцы). Суровые природно-климатические и технологические условия (высокие и крутые отвалы, глубокие карьеры и др.) затрудняют процесс самозарастания техногенных земель и проведение их биологической рекультивации.

Институт прикладной экологии Севера СВФУ накопил некоторый опыт проведения биологической рекультивации как на россыпных, так и на рудных месторождениях Якутии. Наиболее значительные опытные работы по биологической рекультивации были проведены нами на месторождениях алмазов. Объектами исследований являлись отвалы карьеров трубок «Мир» и «Айхал», хвостохранилища обогатительных фабрик (ОФ) и дражные отвалы.

Следует отметить, что в Мирнин-ском районе Якутии посевы многолетних трав с применением различных доз минеральных удобрений и с обязательной насыпкой плодородного слоя разной толщины проводились сотрудниками института «Якутнипро-алмаз» в 80-х годах прошлого столетия [1]. Первые результаты показали перспективность создания кормовых угодий на промышленных отвалах при внесении плодородного слоя до 20 - 40 см и определённых доз минеральных удобрений. Однако в настоящее время эти опытные участки засыпаны отвальными породами.

Наши опыты совместно с сотрудниками института «Якутнипроалмаз» и Мирнинского горнообогатительного

комбината (МГОК) начались в 2004 г. Объектом исследований был выбран отвал № 6 карьера трубки «Мир» МГОК, который в настоящее время полностью рекультивирован и является показательным участком (рис. 1).

Нами были применены следующие методы и способы биологической рекультивации отвала вскрышных пород:

- отсыпка части отвала потенциально-плодородными грунтами из россыпного месторождения «Водораздельные галечники»;

- посев семян однолетних и многолетних трав на поверхности и по откосам отвала, собранных на зарастающих участках карьера;

- посадка саженцев кустарников и деревьев на поверхности отвала, зарастающих на участках ЛЭП, купленных в лесхозе;

- внесение минеральных удобрений (100 кг/га);

- мониторинг участка.

Результаты этих работ, проведённые в первые годы, были изложены в нашем журнале [2].

В настоящее время отвал № 6 полностью рекультивирован и является показательным объектом АК АЛРОСА для других горнодобывающих предприятий (рис. 2).

Вторым объектом рекультивации было выбрано хвостохранили-ще Обогатительной фабрики № 3 Мирнинского ГОКа (рис. 3). Это хвостохранилище находится в рекреационной зоне г. Мирного, поэтому его рекультивация имеет большое значение для оздоровления экологической ситуации в этом городе. На хвостохранилище, где при техническом этапе рекультивации были нанесены потенциально плодородные породы (ППП) и плодородный слой почвы (ПСП), с 2006 г. проводились опытные работы по биологической рекультивации. Всего было заложено 47 экспериментальных участков размером 100 м2. Для посева использовались семена интродуцированных в Якутии многолетних злаков: овсяница красная, кострец сорта «Аммачаан», травосмесь (пырей + волоснец) и люцерна. Внесено удобрение аммофос в норме 25 кг/га.

Рис. 2. Отвал № 6 после рекультивационных работ

Рис. 3. Нарушенные участки хвостохранилища обогатительной фабрики № 3 Мирнинского ГОКа до рекультивации

Рис. 4. Рекультивированные участки хвостохранилища

В 2013 г было проведено подробное геоботаническое обследование опытных площадок с отбором укосов для определения их продуктивности (рис. 4). Проективное покрытие оценивалось в баллах по 5-балльной шкале [3]. Для определения продуктивности надземной фитомассы брались укосы с площади 0,1м2 в трёхкратной повторности. Укосы в сухом состоянии разбирались по видам и взвешивались.

Результаты опытов показали, что на хвостохрани-лище при биологической рекультивации необходима отсыпка плодородным слоем или заменяющим этот слой материалом.

На участке с плодородным слоем почвы (ПСП) наблюдалось полное зарастание растительностью. В пределах высеянных площадок проективное покрытие составляло 90%, за их пределами - 60%. Высота травостоя достигала 60 - 70 см. Количество видов - 16. Отмечались единичные всходы лиственницы и сосны. На участке, где был нанесён субстрат, представляющий с собой смесь ПСП и ППП, проективное покрытие растительности внутри площадок в среднем составляло 70%, количество видов - 9, за пределами площадок проективное покрытие 15 - 20%, количество видов - 11. Единично произрастали кустарники (ивы).

На участке с отсыпкой потенциально плодородными породами (ППП) проективное покрытие внутри площадок составляло 20 - 50%, количество видов - 9. За пределами площадок растения встречались единично, лишь местами проективное покрытие достигало 10%.

Средняя продуктивность участков представлена в таблице.

Таким образом, биологическая рекультивация на участках хвостохранилища может дать положительные результаты при частичной отсыпке плодородного слоя или замене его.

Третьим объектом рекультивации являлись отвалы карьера трубки «Айхал». Работы здесь начались в 2010 г. Отвалы пустых пород этого карьера представляют собой невысокий (до 40 - 60 м), террасированный платообразный холмистый рельеф с крутыми откосами. Поверхность отвалов сложена слабо выветренными разновозрастными карбонатными породами. Грунты отвалов малопригодны к биологической рекультивации (ГОСТ 17.5.3.04-83. ГОСТ 17.5.1.03-86).

На выбранном опытном участке отвала площадью 10 х 10 м в начале вегетационного сезона 2011 г. нами было заложено 7 вариантов опыта: 1) применение старики; 2) применение метода гидропосева на откосах; 3) применение биоматов; 4) применение осадков КОС; 5) применение конского навоза; 6) применение смеси перегноя и песка, а также фоновый участок; 7) внесение комплексных минеральных удобрений («Азофоска») из расчета 100 кг/га.

Посевным материалом послужили семена овса посевного (однолетник) и травосмеси из злаковых (пырейник, мятлик луговой, овсяница) и также бобовых (астрагалы, клевер, донник, люцерна) растений. Норма посева семян составляла 30 кг/га. Посев растений был

Таблица

Продуктивность (надземная фитомасса) по участкам, ц/га

Показатель продуктивности Участок № 3 Участок № 2 Участок № 1

Номера площадок

6 7 8 - 12 13 - 13а За пл. 24 21 - 26 27 28 - 30 32 - 35 34 - 41 42 - 50 За пл.

Зелёная масса 58,1 39,8 53,8 31,1 20,6 15,5 11,0 8,0 7,8 6,4 33,2 36,8 20,0

Ветошь 12,5 12,9 1,9 3,1 6,0 3,1 11,7 9,0 2,5 3,6 11,3 4,4

Общий вес 70,6 39,8 66,7 33,0 23,7 21,5 14,1 19,7 16,8 8,9 36,8 48,1 24,4

Среднее 52,5 23,7 16,2 42,4 24,4

произведен вручную рядово-группо-вым методом вразброс. Междурядье составляло 10 - 15 см.

Результаты опытов, представленные на рис. 5, свидетельствуют о том, что способ применения старики в условиях отвалов алмазных карьеров Якутии является более эффективным, чем другие, поскольку позволяет минимизировать развитие термоэрозионных процессов и вторичное загрязнение окружающей территории. Старика выполняет функцию не только питательного субстрата на пустых породах, но и защищает растения.

При рекультивации отвалов пустых пород алмазных карьеров Якутии рекомендуются семена быстропро-израстающих растений. Из однолетних растений высокие показатели по проективному покрытию и средней высоте показали овес посевной, ромашка аптечная, а из двулетних - донник белый. Из многолетников перспективными оказались пырейник (волоснец) сибирский, регнерия (пырей) изменчивая, кострец безостый, овсяница красная, а из бобовых - клевер ползучий и люцерна серповидная.

Посев семян растений начинает давать всходы уже на второй год и лишь на площадке, посеянной методом гидропосева, на откосах, проективное покрытие увеличивается с третьего года.

Растения на голых грунтах отвалов должны выдерживать зимние морозы и летние засухи, отличаться быстрым отрастанием после скашивания и конкурентной способностью на первых стадиях сукцессии. Посев семян рекомендуется проводить механизировано или вручную (взброс), в зависимости от площади участков. При промышленных масштабах биологической рекультивации можно применить аэро- и гидропосев с использованием вертолетов или другой техники с распылителями. Глубина заделки семян составляет 1 - 1,25 см, а для крупных семян - 3 - 4 см. Расстояние между рядами рекомендуется 30 - 45 см. Норма высева семян в среднем составляет 15 - 20 кг/га монокультуры или до 30 кг/га травосмеси.

Выполненные работы позволяют сделать следующие выводы.

1. Восстановление техногенных земель начинается с «нуля», при практическом отсутствии всех живых компонентов биоты. Их заселение происходит спонтанно. Процесс этот длительный, а его направление и скорость зависят от многих факторов. В большинстве случаев существует необходимость в искусственном восстановлении растительного покрова.

Биологические показатели рекультивации

Проективное покрытие, %

60 50 40 30 20 10 О

Средняя высота, см

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 О

Рис. 5. Показатели динамики растительности на рекультивированном отвале карьера трубки «Айхал»

2. Основной проблемой биологической рекультивации в условиях Якутии является отсутствие материалов (природных и искусственных) для отсыпки рекультивируемой поверхности, используемых вместо потенциально плодородных пород. Решение этой проблемы требует предварительных работ по поиску и внедрению различных материалов и технологий.

3. Опытно-экспериментальные работы, выполненные на отвалах алмазных месторождений Якутии, показали, что биологическая рекультивация обеспечивает эффективное проективное покрытие растительности в среднем 50% (от 30 до 80%) от поверхности отвалов.

По результатам проведенных опытов по биологической рекультивации отвалов нами было получено два патента на изобретение (№ 2462854 в 2012 г. и № 2497608 в 2013 г).

Список литературы

1. Лебедева, Н. А. Биологическая рекультивация земель, нарушенных при добыче алмазов в Якутии / Н. А. Лебедева, А. Я. Лонкунова //Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1990. - С. 71-75.

2. Миронова, С. И. Проблемы рекультивации земель при недропользовании на Севере / С. И. Миронова, В. В. Иванов // Наука и техника в Якутии. - 2011. -№ 2 (21). - С. 49-51.

3. Миркин, Б. М. Теоретические основы современной фитоценологии / Б. М. Миркин. - М.: Наука, 1985. -136 с.

4. Миронова, С. И. Научные основы выбора способов биологической рекультивации отвалов карьера «Айхал» / С. И. Миронова [и др.]//Успехи современного естествознания. - 2012. - № 11. - С. 125-127.