Обгрунтування методів сільськогосподарської рекультивації земель

Сільськогосподарській рекультивації в усіх країнах приділяється особлива увага. Це пов'язано з тим, що щороку значно скорочуються площі сільськогосподарських угідь. Так, підраховано, що за всю історію розвитку людського суспільства у світі втрачено понад 200млн. га земель, придатних для сільськогосподарського використання. Гострою ця проблема є і в Україні. Адже станом на 1 січня 1999 року для сільськогосподарських потреб, особливо для гірничодобувної промисловості, тут вилучено і порушено понад 265 тис. га сільськогосподарських угідь, на яких недавно одержували високі й сталі врожаї зернових і технічних культур. На території України нині розвідано близько 3 тис. родовищ більш ніж 80 видів корисних копалин, з яких понад 400 родовищ (близько 50 видів) розробляється відкритим способом, що негативно позначається на стані довкілля.

Методи сільськогосподарської рекультивації земель обумовлені фізико-географічними особливостями місцевості, технологією розробок корисних копалин, які відображають характер порушених земель, і головне складом та властивостями розкривних порід, заскладованих у відвали.

Під час розробки методів сільськогосподарської рекультивації потрібно заздалегідь передбачити введення сівозмін, які б поліпшували родючість ґрунтів за рахунок насичення їх культурами, що залишають після себе багато рослинних решток і разом з ними багато гумусу та поживних речовин. Принциповою теоретичною основою сільськогосподарської рекультивації є застосування агротехнічних і меліоративних прийомів на рівні, який забезпечує безперервне підвищення родючості рекультивованих земель.

У практиці рекультивації земель одним із найбільших об'єктів є відвали, які складені породами з різко вираженими фітотоксичними властивостями, зокрема сульфідовмісні породи. До речі, проблема рекультивації таких відвалів актуальна для багатьох країн світу.

Для вирішення цієї проблеми цікавими є багаторічні дослідження Л.В. Моториної та А.І. Савича, котрі встановили, що найбільш радикальним прийомом є зміна технології розкривних робіт з метою захоронения токсичних порід - укладення їх в основи відвалів або перекриття їх шаром потенційно родючих порід.

За тричленною класифікацією сумішей розкривних порід, що нині складуються у відвали, всі вони за вмістом фітотоксичних порід і розвитком рослин у цих умовах поділяються на слаботоксичні - сульфідовмісних порід менше 20 %, середньотоксичні - від 20 до 40 % і сильно токсичні - понад 40 %. Для кожної з цих груп порід розроблено відповідні методи біологічної рекультивації. Зокрема, за наявності на поверхні відвалів середньо- і сильнотоксичних сумішей порід територію вважають повністю непридатною для безпосереднього сільськогосподарського освоєння.

У результаті досліджень встановлено, що навіть покриття токсичних порід гумусовим шаром до 90 см не забезпечує нормальних умов для росту сільськогосподарських культур. Це пов'язано з тим, що більшість сільськогосподарських культур своєю кореневою системою сягає цих токсичних порід і відчуває негативний вплив. Одночасно під впливом вихідних токів, насичених сірчанокислими солями, розчинів із підстилкових сульфідовмісних порід, ґрунтовий шар сильно підкислюється і засолюється водорозчинними солями кальцію, магнію, у ньому з'являються солі алюмінію і заліза. Поряд з цим знижується вміст обмінних основ, особливо в нижніх шарах Грунту за рахунок заміщення їх іонами водню, заліза й алюмінію, що також призводить до підкислення грунту. Так, за даними І.Т. Іжевської (1972), обмінна кислотність у шарі ґрунту, який прилягає до токсичної породи, сягає 24,5 мг-екв/100 г ґрунту, а кількість рухомого алюмінію може перевищувати 100 мг на 100 г ґрунту. В таких умовах бобові культури (вика, конюшина) майже повністю випадають із посівів до кінця вегетаційного періоду, а в інших рослин кореневі системи сильно пригнічені. У процесі з'ясування залежності врожаю вико-вівсяної суміші від товщини нанесення гумусового шару ґрунту на відпрацьовані відвали доведено, що нерівномірність розвитку посівів також тісно пов'язана з глибиною залягання токсичних порід. Навіть у випадку нанесення на сульфідовмісні породи гумусового шару товщиною до 2 м урожай був значно меншим, ніж на контрольній ділянці з нанесенням на породи вилугованого чорнозему.

Значно зменшити токсичність сульфідовмісних порід можна за рахунок внесення вапна, розрахованого на 1/3 гідролітичної кислотності, з одночасним внесенням підвищених доз мінеральних добрив.

Дослідження складу рослин показали, що вапнування значною мірою сприяє нагромадженню фосфорної кислоти в рослинах. Так, якщо на контролі містилось 0,277 % Р₂О₅ при внесенні добрив N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ - 0,34 %, то у разі вапнування - 0,458 і 0,611 % відповідно. Це свідчить про те, що вапнування поліпшує фосфорне живлення рослин більше, ніж внесення добрив.

Дослідження з озимими зерновими і багаторічними бобовими травами показали, що вирощування їх на токсичних породах недоцільне, оскільки вони гинуть протягом зими. Ярі зернові через це погано зав'язують зерно. Найбільшу продуктивність у цих умовах забезпечують однорічні трави, що вирощуються на зелену масу.

Отже, створення повноцінних орних угідь шляхом нанесення ґрунтового шару безпосередньо на сульфідовмісні породи недоцільне. Натомість, на думку Л.В. Моториної (1980), освоєння відвалів із середньо- і сильнотоксичними сумішами порід найдоцільніше проводити шляхом хімічної меліорації або екранування їх карбонатними суглинками.

У випадку використання суглинкового шару ставлять дві цілі: запобігання негативного впливу підстилкових і фітотоксичних порід на насипний ґрунтовий шар і створення повноцінного рекультиваційного шару, який забезпечує рослини вологою й елементами мінерального живлення.

Під час такого екранування створюються також сприятливі передумови для оптимізації ґрунтоутворювального процесу, відновлення родючості насипного шару грунту упродовж біологічної рекультивації.

На підставі узагальнення результатів польових дослідів щодо освоєння сульфідовмісних порід методом екранування встановлено раціональну структуру рекультиваційного шару. Зокрема, доведено, що в умовах непромивного режиму, який характерний для степової зони України, навіть перекриття сульфідовмісних порід шаром карбонатного суглинку товщиною 15-20 см дозволяє запобігти їх негативному впливу на насипний гумусовий шар грунту. При цьому рекультиваційний шар вважається економічно вигідним за його товщини 60-80 см. У разі використання підвищених доз мінеральних добрив він забезпечує найвищу продуктивність агрофітоценозів.

У результаті випробування різних сільськогосподарських культур під час вирощування в перші роки на відпрацьованих відвалах з нанесенням на них родючого шару ґрунту або потенційно родючих порід, доведено, що починати освоєння порушених земель треба з вирощування на них однорічних культур суцільної сівби, які використовуються на зелену масу, підсіваючи під них багаторічні трави.

Це обумовлено тим, що для нанесення на відвали звичайно використовується ґрунтовий шар, який містився раніше в буртах і сильно засмічений насінням бур'янів. Щоб уникнути бурхливого росту бур'янів, необхідно висівати культури суцільної сівби і збирати їх якомога скоріше, до запилення бур'янів. Багаторічні трави будуть сприяти ліквідації бур'янової рослинності, збагаченню кореневмісного шару органічними речовинами, азотом, а також оструктуренню ґрунту. За умови тривалого зберігання в буртах природні властивості гумусового шару ґрунту можуть погіршуватись (знижується вміст гумусу і кількість водотривких структурних агрегатів), тому необхідно через кожні 5-7 років вводити у сівозміни багаторічні трави не менше 3-річного використання. Крім того, для цієї ж мети у перший рік освоєння рекомендується вносити органічні добрива у дозі не менше 40-60 т/га.

Рекомендується така сівозміна: 1) однорічні злаково-бобові суміші (вико - овес) з підсівом багаторічних трав (конюшини або люцерни); 2-3) багаторічні трави; 4) озимі зернові; 5) кукурудза на зелену масу; 6) однорічні трави; 7) озимі зернові; 8) картопля і т. д.

На слаботоксичних сумішках порід відвалів можлива безпосередня сільськогосподарська рекультивація за умови дотримання агротехнічних заходів. Наприклад, якщо відвали складені із потенційно родючих порід (лесовидних суглинків і супісків), в яких міститься мало органічної речовини й азоту, в перші роки освоєння вирощувати на них зернові культури без удобрення не рекомендується. У разі внесення добрив на лесових породах і четвертинних лесовидних суглинках можна одержати урожай, близький до урожаю, який одержують на староорних землях. Так, за даними наших досліджень, урожай зерна озимого жита на контролі (без добрив) становив 12,3ц/га, а при внесенні мінеральних добрив у дозі N60P120K150 - 25,1 ц/га. Для підвищення травостою і більш тривалого його використання висівають бобово-злакові сумішки.

Сільськогосподарська рекультивація на потенційно родючих породах без нанесення родючого шару ґрунту доцільно починати із багаторічних трав. Заданими Л.В. Моториної (1961) і М.Т. Масюка (1975) та ін., найкращі результати забезпечує вирощування люцерни синьогібридної, люпину однорічного жовтого і багаторічного синього, багаторічних травосумішок. У разі внесення добрив урожайність сіна люцерни синьогібридної становив близько 46 ц/га, тимофіївки лучної за два покоси - 73,0 ц/га; суміші злакових трав, яка складалася із грястиці збірної, костриці безостої і тимофіївки лучної за два покоси - 63 ц/га, зеленої маси люпину жовтого - близько 240 ц/ га, вико-вівсяної суміші - 280-350 ц/га.

Для створення кондиційної і продуктивної ріллі за можливості доцільно на потенційно родючі породи наносити гумусовий шар грунту. Товщина останнього залежить від ґрунтової зони. Так, за даними М.Т. Масюка(1981), на рекультивованих ділянках з нанесенням на лес чорнозему шаром 30-50 см одержано урожай зернових культур, наближений до урожаю тих же культур на староорних землях; за товщини чорнозему 80-90 см урожай озимої пшениці у деяких випадках сягав 180-190 %, а за товщини наносного шару 10-20 см - лише 10-30 % її урожаю на сусідніх угіддях.

Враховуючи це, у степовій зоні України для рекультивації порушених земель рекомендується два типи ділянок - універсальний і спеціальний: перший - з нанесенням чорнозему товщиною 50-60 см для вирощування усіх сільськогосподарських культур; другий - із збільшенням товщини наносного чорнозему до 80-90 см - під інтенсивні сільськогосподарські культури (зернові, технічні, овочі та ін.).

У зоні малопродуктивних дерново-підзолистих ґрунтів Полісся і Передкарпаття під час рекультивації треба обмежуватись нанесенням на відпрацьовані відвали гумусового шару товщиною до 50 см. Для підвищення їх родючості упродовж вирощування сільськогосподарських культур, які поширені в зоні, обов'язково вносити підвищені норми органічних добрив до 60 т/га і мінеральних до N120P150K160 (P.M. Панас, 1989).

Основні принципи підбору сільськогосподарських культур для вирощування на рекультивованих землях

На думку багатьох дослідників (М.О. Бекаревич, МЛ. Масюк (1978), А. М. Бурикш(1975),І.Д. Горобець (1984), P.M. Панас (1984)), у процесі сільськогосподарської рекультивації дуже важливо правильно підібрати культури, які б давали добрі врожаї та забезпечували інтенсивне поліпшення родючості рекультивованих земель.

Безперечно, в кожному випадку у підборі культур для вирощування на тому чи іншому порушеному об'єкті потрібно не тільки всебічно вивчити його фізико-хімічні та інші властивості, але й знати вимоги рослин. Адже, як вказував К.А. Тимірязєв (1948); "знання властивостей ґрунтів одержує смисл лише з того моменту, коли нам стає зрозумілим їх значення для рослин, і притому не емпірично, а свідомо".

На нашу думку, у підборі культур для рекультивованих земель треба передбачити їх відповідну логічну послідовність, прив'язавши їх до прийнятих етапів рекультивації. Наприклад, як показали наші дослідження, на території порушених земель Передкарпатського сірконосного басейну в перші роки сільськогосподарської рекультивації необхідно вирощувати культури менш вибагливі до родючості ґрунту, або ті, що поліпшують його родючість (однорічні та багаторічні трави), на другому етапі, тобто на другому-третьому році рекультивації порушених земель, можна вирощувати озимі та ярі зернові, кукурудзу і вже на так званому фітомеліоративному періоді у деяких випадках (на гідровідвалах, внутрішніх і зовнішніх відвалах, покритих родючим шаром ґрунту) можна вирощувати навіть просапні культури: кормові буряки, кукурудзу, картоплю, капусту та ін.

Рекомендована література

1. Вернер К. Производственно-экономические проблемы при использовании площадей, занятых отвалами, в сельскохозяйственных целях // Материалы междунар. симпозиума по вопросам рекультивации территорий, нарушенных промышленностью. Катовице. 12-17.X. 1965. С. 73-75.
2. Вихров А.В. Ускориіь работы по рекультивации земель // Земледелие. - 1987.- № 1. - С. 22-23.
3. Волох П.В-, Галай П.В., Петренко С.Ф. Использование черноземной массы при рекультивации в Слепи Украины // Рекультивация в СССР: Тезисы всесоюзн. н.-т. конф. - М., 1982. Т. П. - С. 107-109.
4. Волох П.В. Урожайность и качество зерна озимой пшеницы на рекультивированных землях Верхнеднепровского ГМК // Эколого-биологические и социально-экономические основы сельскохозяйственной рекультивации в степной черноземной зоне УССР.- Днепропетровск: ДСХИ, 1984. - Т. 49. - С. 88-94.
5. Временные технические указания по составлению проектов рекультивации земель. Кушнир ВТ., Маркин И.Μ и др. К.: Укрземпроект, 1976. - 123 с.
6. Ганжа МЛ. Заліснення та Інші види рекультивації спрацьованих гірничопромислових територій в деяких зарубіжних країнах // Вісник с.-г. науки. - 1965. - № ]. - С. 23-34.
7. Гармаш Н.З., Фурта А.С. Опьп проведения рекультивации земель на Новорайском руднике огнеупорных глин// Огнеупоры. - 1971.-.Mb 11 С. 17.
8. Гогатишвили А.Д. Проблема восстановления почв после разработки рудных месторождений открытым способом // Сб. тр. эст. с.-х. академии. - Тарту, 1962. - С. 472-480.