WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Рекультивация техногенно нарушенных земель южного кузбасса с использованием нетрадиционных ме­лиорантов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Водолеев Анатолий Сергеевич

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

ЮЖНОГО КУЗБАССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

НЕТРАДИЦИОННЫХ МЕ­ЛИОРАНТОВ

Специальности: 06.01.02.– Мелиорация, рекультивация и охрана земель;

03.00.16 - Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Барнаул – 2007

Работа выполнена на кафедре ботаники ГОУ ВПО «Кузбасская государственная педагогическая академия»

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Соколова Галина Геннадьевна

доктор биологических наук, с.н.с.

Игнатьев Лев Алексеевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Бурлакова Лидия Макаровна

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем

(ИВЭП) СО РАН

Защита состоится 30 мая 2007 года в 9.00 часов на заседании диссертационного совета Д.220.002.03 при ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, факс (385-2) 62-83-96

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «___» апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета С.В. Макарычев

Введение

Актуальность работы. Экстенсивное развитие промышленности Кузбасса привело к острому кризису землепользования. Не менее 70 % почвенного покрова равнинной части области в той или иной степени трансформировано, около 200 тыс. га разрушено. На 63531 га земель практически полностью уничтожен плодородный слой почвы. Более 40 тыс. га земли занято под складирование отходов. Угольные разрезы ежегодно изымают из оборота 1,5 тыс. га сельскохозяйственных угодий.

За время эксплуатации Кузнецкого угольного бассейна рекультивировано ме­нее 20 % нарушенных земель (Баранник, Счастливцев, 1999). Половина из них (бо­лее 30 тыс. га) осталась от закрытых и закрывающихся предприятий. Вероятность их восстановления в ближайшие десятилетия минимальна. Реальные затраты на восстановление плодородия одного гектара нарушенных земель составляют 200 тыс. рублей. Таким образом, предыдущая экономика оставила «экологический долг» почти в 6,5 млрд. рублей (Березнев и др., 2005).

Основная причина долговременного кризиса в рекультивации земель – недо-статочность научно обоснованных, экономически целесообразных технологий, обеспечивающих высокий экологический и социальный эффект. Выбор способа снижения ущерба от нарушения территорий в значительной степени зависит от ус­ловий физико-химического состава субстрата и возможности его утилизации, спо­собности его к самозарастанию и от направления рекультивации. Необходимость подобных экспериментальных исследований обусловлена современными экономи­ческими, экологическими и социальными условиями.

Цель работы заключается в разработке и экспериментальной апробации не­традиционных мелиорантов при рекультивации отходов металлургической, уголь­ной и энергетической отраслей производства Кузбасса, позволяющих при относи­тельно небольших материальных затратах дать значительный экологический эф­фект.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- оценка обезвреживающего воздействия отходов чёрной металлургии на осадки сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений и почвоулучшающего эффекта при использовании ОСВ и иловых образований из водозаборных ковшей тепловых электростанций в рекультивационных целях;

- анализ содержания тяжёлых металлов в биомассе изучаемых растений, видо­вая и биометрическая оценка растительного материала, выявление корреляционной связи в травостое между развитием отдельных органов опытных растений и показа­телями влажности корнеобитаемого слоя почвы с учетом микроклиматических ус­ловий;

- изучение видового состава фауны на экспериментальных площадках и в ок­ружающих их экосистемах, определение её численности и жизненного состояния, оценка перспектив развития животного населения по мере формирования культур­фитоценоза;

- исследование микробоценоза и уровня ферментативной активности почвенной микрофлоры техноземов в сравнении с таковой природной, оценка участия микро­организмов в корневом питании растений, в формировании культурфитоценозов;

- экономический расчет преимущества новой рекультивационной технологии и оценка экологического эффекта мероприятий по биологической рекультивации на­рушенных территорий Кузбасса по показателям риска здоровья населения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Новые рекультивационные технологии, основанные на использовании не­традиционных мелиорантов (осадков сточных вод городских очистных сооружений, иловых образований водозаборного ковша) позволяют создать на нарушенных зем­лях специфический растительный покров с изменяющейся динамикой видового со­става растений, в дальнейшем – культурфитоценоз и культурную экосистему.

2. Формирование технозёмов при проведении рекультивационных мероприятий нарушенных земель определяется применением нетрадиционных почвоулучшите­лей при участии почвенных микроорганизмов, травянистых и древесных растений.



3. Затраты на проведение биологической рекультивации с использованием не­традиционных почвоулучшителей существенно ниже по сравнению с таковыми, где применяются природные почвы.

4. Проведение рекультивационных мероприятий на основе предложенных тех­нологий дает возможность значительно улучшить состояние окружающей среды пригородных и городских территорий, повысить уровень здоровья населения.

5. Использование нетрадиционных почвоулучшителей при рекультивации на­рушенных земель возможно в различных зонах и регионах с учетом специфики почвенно-биоклиматических условий (экологически значимых факторов): содержа­ния элементов питания в доступной форме, влагообеспеченности техногенного суб­страта, температурного, светового и теплового режимов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые в биологической рекультивации земель Кузбасса, нарушенных металлургической, угольной и энерге­тической отраслями промышленности, были использованы нетрадиционные почво­улучшители. Их применение позволяет не только повышать плодородие нарушен­ных земель, но решать еще одну важную экологическую проблему – утилизировать отходы городских очистных сооружений и ковшевых иловых отложений предпри­ятий энергетического комплекса Кузбасса.

Экспериментальные полевые исследования позволили разработать принципи­ально новую рекультивационную технологию, дающую высокий экономиический и экологический результат. Технология может иметь распространение в других ре­гионах.

Разработана система проведения комплексного биомониторинга за рекультиви-рованными опытными участками c использованием в качестве индикаторов – био­логических объектов: растений, животных и почвенных микроорганизмов.

Практическая значимость работы. Биомониторинг рекультивированных опытных площадок позволяет оптимизировать и ускорить процесс формирования культурфитоценоза на отходах промышленного производства:

1.Следить за состоянием и развитием травостоя, отслеживать процесс восста­новления плодородия нарушенных земель по агрохимическим и физическим показателям.

2. Прогнозировать и направлять развитие сукцессионного ряда на рекульти­вируемых территориях в наиболее целесообразном направлении.

3. Рассчитать экологический и экономический эффект проводимых рекульти­вационных работ.

Накопленный положительный опыт по биологической рекультивации с приме­нением нетрадиционных мелиорантов даёт возможность тиражировать его на дру­гие промышленные объекты с нарушенными землями, что с учетом меньших при­родно-ресурсных затрат и невысокими материальными издержками делает его весьма перспективным. Материалы диссертации апробированы в течение ряда лет и рекомендованы для использования в учебном процессе в ВУЗах Сибири для студен­тов эколого-биологического профиля при решении прикладных экологических за­дач в учебных курсах «Экология», «Экология растений» и др.

Апробация работы. Результаты работы представлены на Всероссийском со­вещании-семинаре «Технологические решения актуальных экологических проблем Кузбасса» (Новокузнецк, 2000), на Международном совещании «Биологическая ре­культивация нарушенных земель» (Екатеринбург, 2002), V Международной научно-практической конференции (Белово, 2004), Всероссийс-кой научно-практической конференции «Организация самостоятельной работы студентов» (Оренбург, 2005), VIII Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2005), I Областном научно-практическом семинаре «Экологические про­блемы Кузбасса: прошлое, настоящее, будущее» (Кемерово, 2005). Материалы ис­следований представлялись на Кузбасской ярмарке «Экология Сибири» (Новокуз­нецк – 1999, 2001, 2006, Новосибирск – 2006).

Личный вклад автора. Диссертационная работа явилась результатом много-летних комплексных исследований, проводимых в рамках интеграционного проекта (К-1122) ФЦП «Интеграция», Международной программы «Roll». Все полевые и лабораторные исследования выполнялись при непосредственном руководстве и участии автора на базе лаборатории биомониторинга и агробиостанции Кузбасской государственной педагогической академии (КузГПА, г. Новокузнецк), Западно-Си­бирского испытательного центра (г. Новокузнецк), лаборатории института почвове­дения и агрохимии (ИПА) СО РАН (г. Новосибирск).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано одна монография и 32 печатные работы, в том числе в пяти рецензированных изданиях общим объе-мом 20,2 п. л., где доля автора составляет 10,4 п. л.

Структура работы. Диссертация представляет собой рукопись объёмом 362 страницы, состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений, включает 61 табли-цу и 41 рисунок. В списке литературы 255 отечественных и 89 зарубежных источ-ника.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, ведущему научному сотруднику института географии РАН (Москва), д.г.н., профессору Кочу­рову Б.И., своим сподвижникам по работе учёному-агроному Степнову А.А., зам. директора по научной работе ИПА СО РАН, д.б.н. Андроханову В.А., начальнику отдела УОП ОАО ЗСМК Кудашкиной С.А., к.б.н., доценту КузГПА Ваничевой Л.К. Считаю приятной обязанностью принести искреннюю признательность зав. кафед­рой анатомии и физиологии человека и животных КузГПА, д.б.н., профессору Ми­хайловой Н.Н., принимавшей участие в разностороннем обсуждении результатов выполненной работы.





Глава 1. Теоретические основы рекультивации нарушенных земель

Необходимость проведения работ по рекультивации нарушенных земель была определена Постановлением Совета Министров СССР от 2 июня 1976 года № 407 «О рекультивации земель, сохранении и рациональном использовании слоя почвы при разработке месторождений полезных ископаемых и торфа, проведении геолого-разведочных, строительных и других работ» (Капелькина, 1993). Позже были при­няты государственные стандарты и нормативно-конструктивные материалы, обес­печивающие работы по рекультивации нарушенных территорий.

Нарушенные земли занимают в Кемеровской области большие площади. За последние 15 – 20 лет накоплен практический и теоретический опыт их рекультива-ции и эффективного использования. Многолетние исследования С. С. Трофимо-ва, Л. П. Баранника, В. М. Курачёва, Ф. К. Рагим-заде, В.А. Андроханова и дру-гих позволили отработать технологию лесной и сельскохозяйственной рекульти­вации вскрышных пород отвалов, хвостов обогащения железных руд. Полу­чены положитель­ные результаты по лесной рекультивации вскрышных по-род угледобывающих карьеров (Байдаевский, Листвянский в г. Новокузнец­ке и др.).

При выборе направления и способа рекультивации следует учитывать ряд фак­торов, среди которых наиболее важными являются стои­мость работ и оценка её эффективности.

В рамках изменившейся экономической системы для предотвращения вредного воздействия на окружающую среду и консервации перспективного промышленного сырья (например, отходов железорудного обогащения) необходима разработка спе­циальных технологий рекультивации, технологий, способных при сравнительно небольших материальных затратах дать заметный экологический эффект.

Увеличение потребностей народного хозяйства в металле вызывает непрерыв-ный рост добычи и переработки руд и связанное с этим увеличение количества от­ходов обогащения – хвостов (Гаджиев и др., 1992).

Одной из основных проблем хвостохранилищ остается ветровая эрозия. В про­цессе ветровой эрозии происходит интенсивное перемещение и отложение мате­риала хвостов при определенной скорости ветра. Ветер уносит пыль со слабо задер­нованных участков почвы. Естественная эрозия – это процесс, который протекает незаметно для человека, и как правило, компенсируется в природе процессом поч­вообразования. (Заславский, 1979). Ускоренная эрозия, проявляющаяся в виде пыльных бурь, вызывается антропогенным фактором и, в результате, нарушением сложившихся закономерностей в природе.

Снижение ущерба от промышленных отвалов могут обеспечить следующие ме­роприятия:

1. Переработка – вторичное использование промышленных отходов в том же или других производствах.

2. Реставрация – полное восстановление нарушенных земель путем нанесения почвенного покрова необходимой мощности и передача в землепользование.

3. Консервация – сохранение техногенного месторождения с созданием на его поверхности плодородного слоя и последующим озеленением.

За рубежом исследования по восстановлению отходов промышленности с при­менением осадков сточных вод стали впервые производиться в Польше, в Верхней Силезии (Daniels et all., 1989, 1995; Sopper, 1992). Программа исследований была реализова-на как проект «Силезия» с совместными усилиями Агентства по охране окружающей среды (США), правительство Польши и Управления по защите окру­жающей среды Катовицкого воеводства. Полученные результаты позволили ис­пользовать восстановленные территории в сельском хозяйстве. Использование ОСВ позволило значительно снизить затраты на создание питательного слоя и повысить эффективность биологической рекультивации отвалов. Реализованный проект имеет отношение к фитомелиорации отходов горнодобывающей промышленности по­средством осадков сточных вод.

В Австрии ОСВ используется в составе минерально-органической смеси для герметизации оснований и боковых откосов полигонов и гидротехнических соору­жений. Известно, что при размещении ОСВ на золошлаковых отвалах дополнитель­ным эффектом может стать уменьшение выщелачивания тяжелых металлов за счет стабилизации химических процессов (Krishoamohan et all., 1992).

В Швеции положительные результаты были получены при рекультивации же­лезорудных отвалов с использованием смеси ОСВ и древесной коры (Borgegard et all., 1989).

В Германии запатентован способ почвенного размещения ОСВ для рекультива­ции свалок (Заявка 4142085 ФРГ, 1993). На основе ОСВ изготавливают искусствен­ные породы с добавлением твердых промышленных отходов (зола, шлак, горелая формовочная земля и пр.). Пористость за счет шлаков, а высокая водоудерживаю­щая способность за счет ОСВ обусловливает способность таких минерально-орга­нических грунтов противостоять эрозионным процессам даже при выпадении до 150 – 250 мм атмосферных осадков. В этой стране ОСВ используют при выращива­нии сельскохозяйственных культур, причем удалось достичь более высоких уро­жаев сахарной свеклы, озимой пшеницы и других зерновых культур, а также сни­зить затраты на их выращивание (Dippel, 1994).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.