Биологическая рекультивация и ее задачи

Биологический этап рекультивации (биологическая рекульти­вация) - это завершающий этап большинства направлений ре­культивации нарушенных земель, заключающийся в восстановлении плодородия нарушенных земель, необходимого для их успешного использования в народном хозяйстве. Биологическая рекультива­ция включает в себя комплекс агротехнических, фитомелиоратив­ных, а при необходимости мелиоративных мероприятий по созданию техногенных почв, обеспечивающий перевод нарушенных территорий в полноценные сельскохозяйственные и лесные угодья.

Основными задачами этого этапа являются:

1. Создание оптимальных условий для жизнедеятельности жи­вых существ и микроорганизмов, способствующих регенерации поч­вообразовательных процессов и формированию почвенного покрова на основе развития и стабилизации молодых почв.

2. Создание оптимальных условий для роста и развития рас­тений, обеспечивающих формирование максимальной их продуктив­ности в конкретных экологических условиях и становление расти­тельного покрова.

Выполнение этих задач обеспечивает переработку техноген­ных субстратов, подготовленных на техническом этапе рекульти­вации. В результате их направленного изменения в процессе био­логической рекультивации с течением времени формируется моло­дая техногенная почва, обладающая плодородием и представляющая собой модифицированный вариант зональной почвы. Однако она не может быть полным аналогом последней и в строгом классическом понимании ее нельзя назвать почвой, так как согласно определе­ния В.В.Докучаева почва представляет собой результат "совокуп­ной деятельности материнских пород, климата и местных организ­мов (растений и животных), возраста страны и рельефа местнос­ти". Вместе с тем молодая почва является довольно стабильной почвенной системой, которая единственно возможна в условиях выбранного направления рекультивации и имеющемся сочетании экологических условий. Так, при сельскохозяйственном направле­нии рекультивации под степным растительным покровом ведущим фактором почвообразования является гумусонакопление с преиму­щественным накоплением гуминовых кислот. В этом случае почво­образование проходит по черноземному типу. А при лесном нап­равлении под лесной растительностью из-за наличия элювиальных процессов на фоне гумусонакопления происходит формирование специфического состава гумуса с повышенным содержанием фульво­кислот. В таких условиях почвообразование протекает по подзо­листому типу.

Таким образом, в результате биологической рекультивации создаются уничтоженные в процессе производственной деятельнос­ти человека почвенный и растительный покровы на нарушенных землях и завершается подготовка к их возвращению для использо­вания в сельском, лесном хозяйстве, для рекреационных, сели­тебных и других целей.

Общая продолжительность биологического этапа рекультива­ции зависит от вида нарушенных земель, направления использова­ния их после рекультивации, технологии проведения технического этапа, в том числе от мощности и качества нанесенного плодо­родного слоя и потенциально-плодородных пород, и биологических особенностей возделываемых культур. Она может колебаться от 1 до 10 лет. Продолжительность биологического этапа сокращается при нанесении при землевании мощного слоя плодородной почвы и хороших свойствах подстилающих пород и, наоборот, увеличивает­ся при уменьшении мощности гумусового слоя или при его замене потенциально-плодородной породой, при наличии в корнеобитаемом слое почвогрунтов пород с неблагоприятными химическими и физи­ческими свойствами.

Например, при нанесении плодородного слоя почвы в 30-35 см и использовании рекультивированных земель под пашню продол­жительность мелиоративного периода составляет в среднем 4-6 лет. При снижении мощности нанесенного плодородного слоя почвы до 10-20 см и использовании земель под кормовые угодья продол­жительность биологической рекультивации увеличивается до 5-6 лет, а на землях с нанесенной потенциально-плодородной породой (лессовидным или покровным суглинками) - до 6-8 лет. Для засо­ленных субстратов продолжительность мелиоративного периода увеличивается от 6 до 10 лет.

2. МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИАЦИИ И ОБОСНОВАНИЕ ИХ ВЫБОРА

Методы биологической рекультивации это способы и приемы воздействия на техногенный субстрат, подготовленный на техни­ческом этапе рекультивации, направленные на изменение свойств слагающих его пород с целью создания благоприятных условиях для роста и разития растений и почвенной микрофауны, обеспечи­вающих формирование и стабилизацию техногенных почв и станов­ление растительного покрова на нарушенных землях.

В зависимости от решаемых задач существующие методы био­логической рекультивации можно подразделить на три группы: аг­ротехнические, фитомелиоративные, мелиоративные.

Агротехнические методы

Это группа методов, с помощью которых достигается улучше­ние агрофизических и агрохимических свойств почвогрунтов. В результате их использования улучшается водный, воздушный и пи­щевой режимы корнеобитаемого слоя сформированного на этапе технической рекультивации техногенного субстрата. Это спо­собствует лучшему развитию растений, формированию большей био­массы и накоплению органического вещества в формирующейся поч­ве. Активизируется также деятельность почвенных микроорганиз­мов, в результате чего усиливается гумификация органического вещества и возрастает скорость накопления гумуса.

К агротехническим методам относятся разнообразные методы обработки почвогрунтов, обеспечивающие уменьшение повышенной плотности техногенных субстратов и улучшение их водопроницае­мости: глубокое рыхление (на 40-50 см), глубокая вспашка и др. Эти методы очень актуальны, так как в процессе подготовки ре­культивируемых территорий происходит значительное уплотнение почвогрунта. По данным В.Н.Чекалиной (1973), в результате про­ведения планировочных работ ранней весной (особенно при пере­увлажнении грунтов) объемная масса грунтосмесей оказывается выше объемной массы отдельных пород в естественном залегании, а водопроницаемость их нередко равна нулю. В этих условиях применение глубокого рыхления в течение 3-4 лет позволяет уменьшить уплотненность грунтосмесей и способствует лучшему использованию влаги более увлажненных глубоких горизонтов.

К агротехническим относится ряд методов, обеспечивающих повышенное накопление гумуса и питательных веществ: введение севооборотов, насыщенных продуктивными культурами, оставляющи­ми после себя много пожнивно-корневых остатков, прежде всего многолетних трав; возделывание сидеральных культур, внесение больших доз органических и минеральных удобрений. Все эти ме­тоды способствуют усиленному накоплению органического вещест­ва, активизации деятельности микрофлоры. При этом изменяется ее качественный и количественный состав, повышается фермента­тивная активность. Значительно возрастает роль микроорганиз­мов, принимающих участие в круговороте азота и углерода, что способствует ускоренному накоплению гумуса и дифференциации профиля молодых почв.

Ряд агротехнических методов направлены на повышение вла­гонакопление и влагосбережение: снегозадержание, водозадержи­вающая обработка почвы, поделка кулис, лесополос и др.

Фитомелиоративные методы

К фитомелиоративным относятся методы, обеспечивающиех за­щиту техногенных почв от водной и ветровой эрозии. Их примене­ние очень актуально в связи с тем, что молодые почвы по срав­нению с зональными очень неустойчивы, особенно на откосах.

К этим методам относятся методы создания лесных, древес­но-кустарниковых и травянистых полос. Они формируются в зави­симости от конкретных экологических условий из определенных видов и пород растений, имеют оптимальную конструкцию, разме­щаются через установленные расстояния на пути поверхностного стока, который замедляется, рассеивается и лучше впитывается в почву. При их размещении учитывается направление преобладаю­щих ветров и поверхностного стока.

К фитомелиоративным методам относится выращивание солевы­носливых растений, способных опреснять соленосные породы. Нап­ример, исследования, проведенные Днепропетровским институтом сельского хозяйства показали, что под влиянием дикой расти­тельности соленосные красно-бурые суглинки опресняются на 10-30 см в течение 11 лет.

Мелиоративные методы

К этой группе методов биологической рекультивации отно­сятся методы, с помощью которых удается изменить неблагоприят­ные химические свойства техногенного субстрата - улучшить ре­акцию среды, устранить токсичность. Сюда относятся методы из­весткования кислых и фитотоксичных и гипсования щелочных поч­вогрунтов. К мелиоративным относятся также методы улучшения физических свойств отвалов, обеспечивающих закрепление отва­лов, например, использование полистироловых хлопьев, битумных эмульсий.