ВНЕДРЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФЛОКУЛЯНТОВ ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ И СОСТОЯНИЕ РЕКУЛЬТИВИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Яковченко М.А., Дрёмова М.С., Колосова М.М., Филипович Л.А.
ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный
сельскохозяйственный институт», г. Кемерово
Исследована новая технология проведения биологической рекультивации с внедрением модифицированного полиакриламидного флокулянта. Проведен мониторинг рекультивированных земель Кемеровской области.
Проблема рекультивации нарушенных земель в результате открытой добычи угля стоит в Кузбассе особенно остро – не менее 80% почвенного покрова земледельческой части региона трансформировано, а около 100 тыс. га уничтожено полностью. К 2020 году площадь таких земель, по подсчетам ученых, достигнет 120-150 тыс. га. При общей площади Кемеровской области – 95,5 тыс. кв. км, площадь нарушенных земель, в среднем, составляет 0,7%, что в 10 раз больше, чем по России, а в некоторых районах области она доходит до 25%. В результате нарушения почвенного и растительного покровов происходит замена природных ландшафтов техногенными, восстановление которых естественным путем идет очень медленно. В связи с этим весьма актуальны работы, связанные с нейтрализацией загрязнения окружающей среды и ускорением процесса восстановления биологической продуктивности техногенных ландшафтов.
Учеными Кемеровского государственного сельскохозяйственного института, при участии сотрудников проблемной научно-исследовательской лаборатории рекультивации нарушенных земель, ведутся исследования в области поиска новых технологий биологической рекультивации.
В настоящей работе представлены результаты исследований возможности использования модифицированных полиакриламидных флокулянтов с целью повышения приживаемости растений при проведении биологического этапа рекультивации.
Вода является жизненно важной частью обмена веществ любого растения, без воды растения умирают. В техногенных почвах влага удерживается плохо, что связано с особенностями их состава и структуры. Доставка воды к растениям зачастую является дорогостоящей. Модифицированные полиакриламидные (ПАА) флокулянты, обладая способностью к стабилизации дисперсных систем, высокой гигроскопичностью и обменной емкостью, могут существенно улучшить водно-физические характеристики почвы. Растворы ПАА флокулянтов являются своеобразными резервуарами воды, органических и минеральных удобрений, откуда они могут потребляться растениями по мере необходимости. После потребления воды растением макромолекула флокулянта обезвоживается до момента появления воды, доступной для поглощения. Возможность набухать и обезвоживаться в почве может сохраняться несколько лет, после чего флокулянт распадается с выделением углекислого газа, воды и аммония, без выделения каких либо токсичных продуктов.
Работа проводилась на породном отвале разреза ООО «Участок «Коксовый» Прокопьевского района Кемеровской области (рис.1).
 
Рис.1. Угольный разрез ООО «Участок «Коксовый»
г. Киселевск, Кемеровская область
На опытных участках в мае 2010 года была проведена посадка березы бородавчатой (Bétula péndula) по вариантам опыта: участок №1 – «Контроль», участок №2 – «Флокулянт», с внесением модифицированного флокулянта.
На каждом из участков, согласно проекту по биологической рекультивации, было высажено 1666 шт. саженцев на 1 га. Модифицированный синтетический полимер на основе полиакриламида вносился непосредственно перед посадкой растений в грунт и перемешивался, затем производилась высадка растений. Результаты опыта представлены в таблице 1.
Таблица 1. Приживаемость березы бородавчатой (Bétula péndula) по вариантам опыта
Вариант опыта
|
Приживаемость растений, %
|
10.09.2010 г.
|
10.09.2011 г.
|
«Контроль»
|
75
|
65
|
«Флокулянт»
|
89
|
85
|
Изучение приживаемости березы бородавчатой показало, что через 4 месяца после проведения посадки живые растения от общей массы составляли 75% на «Контроле» и 89% на варианте с применением модифицированных синтетических полимеров на основе полиакриламида. Таким образом, применение флокулянтов благоприятно влияет на приживаемость растений в первые месяцы после посадки за счет создания оптимального воздушного и водного режимов, что важно для растений, перенесших стресс при транспортировке и пересадке.
Повторные наблюдения, проведенные в сентябре 2011 года, показали, что выпадение растений составило 10% на контрольном варианте и 5% на варианте «Флокулянт», что дает возможность предположить благоприятное влияние флокулянтов на условия зимовки растений (рис.2).
 
2010 г. 2011 г.
Рис.2. Приживаемость древесных растений
Благодаря применению модифицированных синтетических водосберегающих полимеров на основе полиакриламида происходит улучшение структуры почвы. Возникает открытая структура, улучшающая вентиляцию грунта, а также происходит улучшение удержания воды, что приводит к оптимальному росту растений, образованию сильных корней. Опыт показал, что при применении модифицированных синтетических полимеров на основе полиакриламида повышается приживаемость древесных растений, а период адаптации проходит менее болезненно.
Над восстановленными землями необходим постоянный контроль. По требованиям Международного общества по восстановлению окружающей среды растительное сообщество через два года после проведения рекультивации должно представлять собой самоподдерживающую систему. Таких восстановленных территорий, соответствующих требованиям, в Кузбассе крайне мало. Основными причинами низкого качества выполняемых работ по биологической рекультивации являются – нарушение выполнения технического этапа рекультивации (крутизна склонов, отсутствие плодородного или потенциально плодородного слоев и т.п.), а также плохое качество посадочного материала.
Летом 2010 года сотрудниками ПНИЛ рекультивации нарушенных земель и Кемеровского ГСХИ начата работа по мониторингу качества растительности рекультивированных земель Кемеровской области. За два года исследований проведен мониторинг на трех угледобывающих предприятиях Кемеровской области. Кроме исследования растительности на нижеуказанных опытных площадках проведены агрохимические исследования грунтов. К проведению исследований на время полевой практики были привлечены студенты специальности «Природоохранное обустройство территорий».
Исследованные участки расположены на юго-западе Кемеровской области, но имеют различный возраст и отличаются по физико-химическим параметрам субстрата. Направление рекультивации на всех участках лесохозяйственное (береза бородавчатая, сосна обыкновенная) с посевом трав между деревьями (донник лекарственный, кострец безостый).
Участок № 1 – площадь 15 га, рекультивация проведена в 2006 году, субстрат – технозем; участок № 2 – площадь 5,1 га, рекультивация проведена в 2009 году, субстрат – чернозем выщелоченный; участок № 3 – площадь 9,3 га, рекультивация проведена в 2010 году, субстрат – суглинок.
В процессе исследования была проведена оценка приживаемости древесных растений, изучен видовой состав и площадь проективного покрытия травянистой растительности.
Приживаемость деревьев на участках №2 и №3 значительно выше показателя приживаемости участка №1, субстрат которого представлен техноземом. На данной территории допущено нарушение технического этапа рекультивации, субстрат неоднороден по агрегатному составу (преобладают крупные фракции), наблюдается резкие перепады температуры субстрата, что свидетельствует о продолжающихся экзогенных процессах в отдельных породах.
Рис.3. Приживаемость древесных растений
Исследовав приживаемость древесных пород на различных субстратах, можно предположить, что наиболее перспективной породой для рекультивации нарушенных земель лесохозяйственного направления является береза бородавчатая, показавшая лучший результат по сравнению с сосной обыкновенной – приживаемость этой культуры составила 87,5 и 79,7% на участках №2 и №3 соответственно (рис.3). Береза бородавчатая морозостойка, нетребовательна к почве, очень светолюбива и засухоустойчива и поэтому ее использование актуально в климатических условиях Кемеровской области.
Изучение травяного покрова показало, что на участках №2 и №3 наблюдаются переход к сложной группировке растительности с доминированием высеянных культур – донника лекарственного и костреца безостого, площадь проективного покрытия на этих площадках составила 100 и 85% соответственно. Растительность участка №1 составляют в основном рудеральные виды, растительный покров в надземной части не сомкнут, характер распределения растений случайный, фитоценоз, формируется на оголенных площадях, что характерно для пионерных группировок. Общее проективное покрытие на этом участке составило 38%, что в 2,6 и 2,2 раза меньше проективного покрытия на участках №2 и №3 соответственно.
По результатам исследований растительности восстановленных земель даны рекомендации предприятию-собственнику участка №1 для проведения повторных мероприятий по рекультивации нарушенных земель с соблюдением требований технического этапа и повторного проведения биологического, так как качество растительного покрова данного участка определено как неудовлетворительное.
В продолжение научно-исследовательской работы в 2012 году запланировано дальнейшее изучение приживаемости древесных растений на территориях угольных промышленных предприятий Кемеровской области с применением синтетических полимеров на основе полиакриламида.
|
