Ветровая эрозия, борьба с ней
Ветровая эрозия наблюдается при высоких скоростях ветра в сочетании с пересыханием почвы и относительно низкой влажностью почвы. Различают следующиевиды ветровой эрозии:
- повседневную (или местную), которая не наносит местного ущерба почве;
- пыльные ("черные'') бури, когда на больших пространствах полностью или частично уничтожаются (засыпаются или выдуваются) посевы и посадки растений, засыпаются каналы, автострады, железные дороги, безвозвратно сносится верхний, наиболее плодородный слой почвы.
Борьба с ветровой эрозией предполагает:
- бесплужную обработку почвы с оставлением стерни и побочной продукции культуры;
- посадку на водоразделах ветроломных полос;
- облесение полосами песков и залужение почв легкого механического состава;
- недопущение перевыпаса скота на пастбище;
- создание на полях широких буферных полос из засухоустойчивых высокоскоростных культур сплошного сева.
Рекультивация земель
Рекультивация земель — комплекс работ, требующих определенного периода времени и направленных на восстановление благоприятной экологической обстановки и биологической продуктивности на нарушенных землях с возвращением их в разные виды использования.
Неполная (без возврата к исходному состоянию) рекультивация почвы и горных пород обусловлена тем, что:
- объект рекультивации — это не только почвы, которые на нарушенных землях зачастую отсутствуют;
- чаще всего природный территориальный комплекс восстанавливают путем создания культурного природно-техногенного ландшафта, а не возвратом к исходной экосистеме;
- рекультивацию земель осуществляют не ради восстановления в каких-то пределах прежних свойств земель, а для дальнейшего использования в различных целях.
Нарушенные земли восстанавливают до такого состояния, которое обеспечивает экономически выгодную и экологически безопасную продуктивность земель, с созданием благоприятных условий для жизни растений, животных и людей, поэтому рекультивация нарушенных земель является эколого-экономическим мероприятием.
Как мы отметили, рекультивация земель требует определенного времени —рекультивационного периода, под которым понимается период, в течение которого завершается весь цикл необходимых работ по восстановлению нарушенных земель и приведение их в состояние, пригодное для какого-либо использования.
При выполнении необходимых работ рекультивационный период делится на ряд этапов:
- 1 этап — подготовительный (проектно-изыскательский): обследование объектов, научные исследования, проектирование рекультивационных работ;
- 2 этап — инженерные горнотехнические работы. Это прежде всего земляные работы по разравниванию территорий с нарушенными землями;
- 3 этап — мелиоративные работы: осушение, обводнение, химическая мелиорация;
- 4 этап — биологическая рекультивация: использование растений, повышающих биологическую продуктивность земель;
- 5 этап - сельскохозяйственный: улучшение земель в процессе их обработки и возделывания сельскохозяйственных культур;
- 6 этап - лесохозяйственный: улучшение и использование нарушенных земель посредством посадки лесов.
В зависимости от свойств нарушенных земель и целей рекультивации 5 и 6-й этапы могут меняться местами. Во время их проведения один из этих этапов могут отсутствовать и оба этих типа.
Рассмотрим каждый из этапов подробнее.
1 этап — подготовительный. Виды и порядок выполнения работ:
- устанавливают размеры и особенности рельефа нарушенных земель, их площади и тип нарушения. Составляются крупномасштабные карты в горизонталях с сечением не более 7—5 м;
- устанавливают непосредственное отрицательное влияние нарушенных земель на прилегающую местность (сельскохозяйственные угодья, лесные угодья, подземные и поверхностные воды, выселение людей и т. д.). При этом устанавливают, прежде всего, степень загрязнения местности пылью пород, жидкими стоками, токсичными водорастворимыми солями;
- устанавливают нарушения гидрологического режима и климата на нарушенных землях и прилегающих территориях;
- устанавливают степень развития процессов водной и ветровой эрозии на нарушенных и прилегающих землях;
- устанавливают геологическое строение нарушенных земель, состав и свойство скрытных пород, пригодность этих нарушенных земель к биологической рекультивации или другим видам использования;
- основываясь на результатах предыдущих работ, устанавливают направление и способы рекультиваций, а также возможное целевое использование последующих рекультивируемых земель. Устанавливают требования к проведению последующих этапов рекультивации. Составляют технико-экологическое обоснование (ТЭО) проектов по рекультивации земель с использованием нормативных затрат материально-технических и финансовых средств.
Все затраты на проведение рекультивации нарушенных земель относят на себестоимость продукции и горнодобывающих продуктов.
- этап. Инженерные горнотехнические работы (технический этап рекультивации). Это самый трудоемкий, дорогостоящий и наиболее ответственный этап рекультивации. Ошибки, допущенные здесь, в дальнейшем неисправимы. Главные направления и задачи горнотехнических работ:
• создание необходимой инфраструктуры для проведения горнотехнических работ: создание сети подъездных путей, электроснабжения, создание другой материально-технической базы, необходимой для эффективной работы оборудования;
• регулирование гидрологического режима рекультивируемых земель. Строительство валов и плотин гидрологического режима, что обеспечивает задержание и отстой жидких загрязненных стоков с отвалов пород. При этом окружающие земли и открытые водоемы предохраняются от загрязнения. В отдельных случаях для проводки жидких стоков в нужном направлении изменяют русло небольших рек или строят наземные каналы;
• формирование рельефа территории, нарушенной открытыми разработками; подготовка поверхности нарушенных земель к различным видам целевого использования.
- этап. Мелиоративные работы:
• химическая мелиорация пород. После проведения горнотехнических работ определяют фактические, химические, физические свойства пород на разровненных территориях. До этого не менее чем на 10—12 точках на 1 га из слоя 0—200 см через 10 см буром отбирают индивидуальные образцы пород, из которых затем составляют один смешанный образец весом не менее 1,5 кг. В отвалах на карьерах, шахтах и рудниках по добыче каменного угля, горючих сланцев и металлических руд содержаться сульфидсодержащие породы: пирит, марказит, халькопирит и др. На долю этих пород приходится 20-40% всей массы вскрытых и сопутствующих пород. Вскрытая порода располагается над полезными ископаемыми, сопутствующая — залегает вперемешку с добываемым сырьем.
Из всех сульфидсодержащих пород наиболее распространенным и наиболее токсичным является пирит. Попадая в аэробные условия верхних слоев разровненных пород, пирит окисляется с образованием токсикантов для всех видов растительности. В присутствии кислорода и воды химическая реакция идет с образованием сернокислого (закисленного) железа и серной кислоты по формуле:
В присутствующем кислороде, но без воды реакция идет также с образованием токсичных соединений сернокислого железа и окиси серы:
FeS2 + 302 = FeS04 + S02.
Эти химические процессы сопровождаются выделением большого количества тепла, что ведет к перегреванию и самовозгоранию пород. В результате этого выжигается органическое вещество и иссушается порода. При этом реакция водной вытяжки (рН-воды) изменяется от нейтральной или щелочной до сильнокислой (3—2 и ниже).
При такой сильной кислотности "разглаживаются" и другие породы с образованием подвижных соединений алюминия, марганца и других металлов с накоплением их выше порога вредности. Через 5—6 месяцев в верхнем слое пород накапливаются выше порога вредности серное железо, окись серы, серная кислота, токсично-подвижные соединения металлов. Это ведет к гибели всех видов растительности и формированию промышленных пустот.
После определения в лаборатории рН водной вытяжки по шкале определяют тип грунтов по кислотности, что необходимо для более точного объема мелиоративных работ. Шкала грунтов по типам кислотности:
- сильно кислый тип. Уровень рН = 4 и ниже, занимает более 70%
территории;
- умеренно кислый тип — рН около 4 (50—75% территории);
- кислый тип (слабо и среднекислый) — рН = 4,0—6,9 (более 50% территории);
- известковый (щелочной) — рН = 7,0 и выше (до 50% территории);
- смешанный тип.
Окисление сульфидсодержащих пород может идти многие годы. Поэтому кроме актуальной кислотности (показания рН) дополнительно измеряют потенциальную кислотность, т. е. возможность достижения определенного уровня кислотности по мере окисления различных серосодержащих соединений. Чаще всего это делают путем определения в породах количества общей серы в форме подвижных солей (сульфидов) и сульфосодержащих пород.
На грунтах всех типов кислотности дополнительно определяют содержание известковых и мелосодержащих пород (по окиси кальция). Это нужно для определения возможности самомелиорации грунтов, а также для установления необходимости искусственного внесения химических мелиорантов (для понижения рН на щелочных породах или повышения рН на кислых породах).
К числу химических мелиорантов для кислых пород (рН = 4 и ниже) относятся: известь, мел, буроугольная зола с содержанием окиси кальция не меньше 10%, бытовые отходы, сточные промышленные воды. Наиболее эффективны известь, буроугольная зола. Для химической мелиорации щелочных пород используют гипс. Твердые, тонко размолотые мелиоранты разбрасывают на выровненной поверхности отвалов, тромбов, провалов. Их заделывают на глубину 50—60 см плантажным плугом1;
- физическая мелиорация пород:
• нанесение на поверхность выровненных пород гумусового слоя толщиной не менее 30—40 см. Это возможно сделать, если до начала вскрышных работ верхний культивированный слой снимается отдельно, затем складируется и хранится. Но обычно верхний слой сразу вывозят на прилегающие малоплодородные земли;
• пескование — применяется на глинистых породах, которые имеют плохие физические свойства (плохую водо- и воздухопроницаемость, высокую связность). Насыпают слой песка до 20 см и заделывают плантажным плугом;
• глинование — применяется в целях увеличения связности и влаго- емкости песчаных и супесчаных пород. Насыпают глину слоем до 20 см и заделывают плантажным плугом.
4 этап. Основные виды биологической рекультивации:
- санитарно-гигеническая;
- рекреационная;
- восстановительная.
Основная цель биологической рекультивации — консервирование и обезвреживание нарушенных земель биологическими средствами для предотвращения или значительного уменьшения отрицательного влияния земель на экологическое состояние окружающей природной среды и на использование прилегающих земель в народном хозяйстве. Такая рекультивация наиболее распространена в многоземельных странах, как в высокоразвитых (США, Канада), так и в слаборазвитых. В настоящее время для России это наиболее перспективное направление рекультивации.
Суть санитарно-гигиенической рекультивации состоит в том, что путем проведения минимально необходимых инженерных и технических работ создают благоприятные внешние условия для естественного зарастания нарушенных земель травянисто-древесной, кустарниковой и смешанной растительностью.
Под санитарно-гигиеническую рекультивация отводят:
- места хранения отходов горно-обогатительных и металлургических предприятий: хранилища хвостов, шламов с высоким содержанием тяжелых металлов и других токсикантов, хранилища шлаков и каменноугольной смолы;
- шахты, карьеры и отвалы, где горные породы характеризуются высоким содержанием тяжелых металлов, радиоактивных веществ и других токсикантов; отвалы из песка, глины, мела, известняков, щебня и кристаллических пород (гранит, гнейсы), а также отвалы других, пород, которые в будущем могут быть использованы в качестве строительных материалов.
Рекреационная рекультивация — это создание на нарушенных землях культурно-оздоровительных комплексов, спортивных сооружений и лесопарковых зон отдыха с включением декоративных культур.
Рекреация оправдана в пригородных зонах и в местах с высокой плотностью населения при нецелесообразности использования нарушенных земель в сельском хозяйстве в связи с их небольшими площадями.
Главное условие пригодности нарушенных земель для рекреационной рекультивации — отсутствие горных пород, загрязненных токсикантами, опасных для жизни и здоровья людей и животных (прежде всего, отсутствие ртути, хрома, мышьяка и радиоактивных веществ).
Для лесопарковых зон рекомендуется использовать различные древесно-парковые породы, в зависимости от качества горных пород:
- для потенциально плодородных вскрышных горных пород:
• древесные культуры (береза бородавчатая, сосна обыкновенная, тополь, клен, вишня, липа, рябина);
• кустарники (смородина золотистая, шиповник, ольха серая, лох узколистый, облепиха обыкновенная, жимолость татарская);
- для пород со значительной остаточной фитотоксичностью без проведения химической мелиорации — древесные культуры (те же, кроме сосны, липы, рябины).
Восстановительная рекультивация. Этот вид рекультивации (биологическая восстановительная рекультивация — БВР) оправдан только на нарушенных землях, которые в последующем можно использовать для эффективного ведения сельскохозяйственного производства. Поэтому под такую рекультивацию отводят нарушенные земли 1 и 2-й категории, т. к. они состоят из потенциально плодородных пород с достаточно благоприятными физико-химическими свойствами.
Нарушенные земли 3 и 4-й категорий могут быть пригодны для БВР только при содержании в горных породах и промышленных отходах токсичных тяжелых металлов (ртуть, свинец, хром, кадмий, ванадий, медь и радионуклиды) ниже ПДК. При неблагоприятных для высших растений физико-химических свойствах эти земли могут быть использованы при БВР только после проведения коренной мелиорации, прежде всего химической.
Главная цель БВР — восстановление до экономически целесообразного уровня биологической продуктивности нарушенных земель путем создания преимущественно биологическими средствами в корнеобитаемом слое растений благоприятных условий для возникновения процессов почвообразования, появления у техногенных почв способности к самосохранению и самоочищению.
5 этап. Сельскохозяйственная рекультивация нарушенных земель. Сельское хозяйство основано на использовании биологических объектов — почвы, растений и животных, поэтому сельскохозяйственная рекультивация по своему содержанию и осуществлению является биологической рекультивацией на основе неиспользования агробиотехнологий.
Главная особенность этой рекультивации заключается в том, что она осуществляется в процессе сельскохозяйственного использования нарушенных земель при их обработке и возделывании культурных растений.
Основная цель сельскохозяйственной рекультивации — непрерывное поддержание биоэнергетического потенциала (плодородия) нарушенных земель на экологически оправданном уровне инженерными, мелиоративными и агротехническими средствами.
Инженерные средства. После окончания формирования рельефа рекультивируемых земель (разравнивание отвалов и т. д.), в последующие 15—20 лет идет медленная усадка и уплотнение пород с образованием отрицательных элементов макро- и микрорельефа (провалы, прогибы). Возможно и проявление вертикальной поверхностной эрозии с образованием глубоких промоин под действием талых и ливневых вод, поэтому требуется периодическое проведение инженерных работ по выравниванию поверхности рекультивируемых земель с перемещением грунта при засыпке отрицательных элементов земли. Мелиоративные средства:
- химическая мелиорация. В России отвалы вскрышных сопутствующих пород при добыче металлических руд и каменного угля чаще всего характеризуются высоким содержанием сульфидсодержащих минералов и поэтому имеют высокую потенциальную кислотность. Высокую кислотность имеют также почвы выработанных торфяников на моховых болотах. При добыче некоторых строительных материалов (известняков, мела, ракушечников, каменных и поваренных солей) вскрышные и сопутствующие породы характеризуются сильной щелочностью. Для достижения на таких землях стабильной и экономически целесообразной продуктивности культур необходима периодическая химическая мелиорация в целях сохранения показателя рН на благоприятном для растений уровне (рН нейтральная, слабокислая или слабощелочная). Химические мелиоранты обычно применяют не чаще одного раза за ротацию в севооборотах в соответствии с рекомендациями и проектами агрохимической службы;
- водная мелиорация. Это прежде всего текущий и капитальный ремонт дренажной сети и водоотводных каналов на карьерах и выработанных торфяниках для предотвращения их вторичного заболачивания. На выровненных отвалах горных пород даже с минимальным уклоном до 2— 5° и особенно на более крутых уклонах, необходимо создавать поперек склонов валы, валики плугами с удлиненным отвалом на последнем корпусе, создавать систему буферных полос. Эти рубежи гасят скорость передвигающихся по склонам талых и ливневых вод, переводят часть стока воды с поверхностного во внутренний сток почвогрунтов.
Все это уменьшает потери воды на сток, следовательно, уменьшает
потери мелкозема на сток, увеличивает глубину промачивания почвогрунтов, что ведет к увеличению запаса воды в корнеобитаемом слое.
Агротехнические средства — многопольные полевые фитомелиоративные севообороты. На землях, нарушенных промышленностью и при добыче полезных ископаемых, главная цель введения фитомелиоративных севооборотов с многолетними травами — создать условия для более интенсивного накопления в корнеобитаемом слое горных пород органического вещества, что создает материальную основу для непрерывного кумулятивного (накопительного) гумусообразовательного процесса.
6 этап. Лесохозяйственная рекультивация. Ее осуществляют на нарушенных землях, которые по каким-либо причинам нецелесообразно использовать для возделывания сельскохозяйственных культур. К таким землям относятся:
|- малоплодородные и неплодородные земли, требующие больших затрат, средств и времени на восстановление их биологической продуктивности;
- земли, удаленные от поселений или находящиеся в сильно пересеченный местности и т. д.
Главная цель лесной рекультивации — оздоровление территорий поврежденных земель с разнообразным рельефом, уничтоженным растительным и почвенным покровом.
Экологически благоприятное воздействие лесонасаждений:
- они приостанавливают или сдерживают развитие эрозионных процессов;
- улучшают гидрологический режим путем понижения уровня стояния грунтовых вод;
- переводят поверхностный сток во внутренний;
- снижают интенсивность загрязнения территорий пылью и газами;
- на техногенных землях, окружающих города и поселки, лесонасаждения выполняют роль рекреационных угодий;
- леса промышленного назначения являются дополнительным источником получения древесины.
Таким образом, созданные на рекультивированных техногенных землях лесонасаждения могут иметь несколько целевых назначений:
- противоэрозионное — на склоновых землях и равнинных землях легкого механического состава, т. е. на землях, которые более податливы смыву, разливу и развеиванию;
- санитарно-гигеническое — для уменьшения загрязнения населенных территорий пылью и газами;
- рекреационное (лесопарковые насаждения) — вблизи населенных пунктов;
- водоохранное — для защиты прибрежных земель от разламывания и смывания в водоемы.
- лесохозяйственное — для получения высокопродуктивных лесонасаждений.