Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

5.2. Опыты по биологической рекультивации на отвалах разреза «Нерюнгринский»

Для проведения опытно-экспериментальных работ по биологической рекультивации на отвалах разреза «Нерюнгринский» нами сначала были изучен рекультивационный потенциал нарушенных участков разреза (Миронова, 2000; Миронова и др., 2007, 2009, 2012, 2015), а затем в 2005 году были заложены опытные участки.

Перед нами была поставлена цель – ускорение процессов восстановления и выявление вариантов и способов биологической рекультивации с применением семян и саженцев видов местной флоры, а также семян интродуцированных для Якутии культур многолетних растений.

В результате рекогносцировочных исследований отработанных Западных отвалов был выбран опытный отвал № 25 (рис. 5.1), который отличается от других:

– полной отработанностью отвала;

– доступностью для прохождения транспорта;

– близостью посадочного материала – естественных лесных и кустарниковых сообществ.

Схема опыта

Опытный участок площадью 4.45 га отработан в 1991 году и отсыпан над руслом р. Холодникан (рис. 5.2).

pic_5_1.tif

Рис. 5.1. Схема Западных отвалов Нерюнгринского угольного разреза

pic_5_2.tif

Рис. 5.2. Общий вид опытного участка (2005 г.)

На участке сотрудниками Института прикладной экологии Севера в 2005–2006 годах проводились комплексные экологические исследования с целью оценки его современного состояния.

Изучение техногенной поверхности, почвогрунтов и процесса зарастания отвалов позволили оценить пригодность техногенных отвалов для рекультивации, подобрать для этого древесно-кустарниковых пород и травянистых растений и определить подходящие агротехнические и агробиологические мероприятия.

Характеристика поверхности

Площадь опытного участка составляет 4,45 га. Отвал одноярусный, высокий (60–70 м) с крутыми откосами (более 30°).

Поверхность отвала плотно выровнена бульдозером, что препятствует росту растений. По краям местами оставлены небольшие отдельные кучи пород.

По проекту вскрышные породы на Нерюнгринском разрезе представлены, в основном, крепкими (σ > 250 кг/см2) песчаниками и алевролитами. Прочность таких пород в отвалах определяется, в основном, углом внутреннего трения, значение которого изменяется в пределах 33–37 °С. Допустимая высота устойчивого яруса отвала на прочном основании составляет более 200 м. Среди четвертичных отложений на месторождении выделяются аллювиальные, делювиальные и элювиальные породы. Делювиально-элювиальные образования представлены щебнистыми обломками песчаников и алевролитов с примесью супеси и песка мощностью от 0,5–1,5 м – на водоразделах и до 5 м – у подножия склонов.

Состояние грунтов отвала

По результатам почвенных исследований, проведенных институтом почвоведения и агрохимии, преобладающие в районе месторождения почвы подзолистого и болотного типа имеют невысокое плодородие, для возделывания сельскохозяйственных культур практически непригодны и в соответствии с ГОСТ 17.5.3.05-84 «Охрана природы. Рекультивация земель. Общие требования к землеванию» и ГОСТ 17.4.3.02–85 (СТ СЭВ 4471-84) «Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ» селективному снятию не подлежат. Песчаные грунты в результате процесса выветривания превращаются в песчано-щебнистый субстрат, бедный питательными веществами и обладающий плохими водоудерживающими свойствами.

По геохимическим данным ГГГП «Южякутгеология» по составу компонентов водных вытяжек и сумм токсичных воднорастворимых солей, обязанных происхождением собственно породам вскрыши, отвальные грунты не токсичны.

По исследованиям сотрудников Института прикладной экологии Севера (ИПЭС) грунты отвалов разреза сильно каменисты, по гранулометрическому составу песчаные, не засоленные, нейтральные или слабощелочные, с удовлетворительной емкостью поглощения, относительно обеспечены обменным калием, содержат мало подвижного фосфора. По приведенным характеристикам грунты пригодны для произрастания лесных культур.

Таким образом, породы отвала можно отнести к группе грунтов, пригодных для биологической рекультивации не сельскохозяйственного направления. Для создания благоприятных условий для роста и развития растений необходимо внести минеральные удобрения.

Условия зарастания отвала

Растительность на отвале находится на начальной стадии развития. На поверхности отвала, особенно с северной стороны, начинают появляться единичные подросты лиственницы, березы, кедрового стланика. Высота их не большая (от 10 см до 1 м). Единичные экземпляры
чозении, тополя и сосны достигают высоты до 2-х м. На микропонижениях количество чозении составляет 8 штук на площадке 10×10 м. Травянистая растительность также находится на стадии развития, нет устойчивых сообществ, растут единичные экземпляры овсяницы, бескильницы, одуванчика, мари, иван-чая, полыни и бобовых. Общее проективное покрытие в микрогруппировках составляет 5–15 %, большая часть участка лишена растительного покрова.

На откосах отвала растений нет, лишь на более пологих склонах восточной экспозиции заметны единичные виды подроста кустарников и деревьев (лиственница, малина, тополь).

Рекультивация нарушенных земель при природоохранном, санитарно-гигиеническом и лесохозяйственном направлениях включает следующие агротехнические приемы (ГОСТ 17.5.3.04-83):

1. Подбор ассортиментов устойчивых растений.

2. Определение нормы высева семян и густоты посадки саженцев.

3. Определение сроков высева (посадки).

4. Подготовка грунтов и субстрата к посеву.

5. Уход за посевами и посадками.

Эти приемы конкретизуются в зависимости от природных условий.

Действующие методические указания по рекультивации земель, нарушенных при открытой добыче угля, разработаны для всей территории бывшего Советского Союза без учета региональных особенностей (ГОСТ 1986). Следовательно рекомендации по рекультивации нарушенных земель должны быть научно обоснованы для каждого региона огромной России отдельно.

Основной задачей опытных работ была ускорение процессов самозарастания отвала путем посева и посадок однолетних и многолетних растений. Результатами опытных рекультивационных работ будут:

– внедрение результатов опыта в производство;

– оздоровление санитарной и экологической обстановки в зоне влияние угольного разреза и города Нерюнгри;

– возвращение техногенные земли в хозяйственный оборот.

Осенью (сентябрь) 2005 г. на опытном отвале были заложены 12 опытных участков в 3-х вариантах каждый. Участки различались по составу почвогрунта и экспозиции откосов:

Участок 1 – опыты на грунтах с мелкоземом на поверхности отвала.

Участок 2 – опыты на грунтах с каменистыми породами на поверхности отвала.

Участок 3 – откосы отвала северной экспозиции.

Участок 4 – откосы отвала восточной экспозиции.

На всех участках работа проводилась в 3-х вариантах опыта:

1. – а – контроль;

2. – б – внесение углесодержащих пород;

3. – в. – внесение минеральных удобрений;

Вся работа выполнялась вручную.

Методами посева семян растений являются естественный, искусственный и комбинированный. Искусственный включает выбор видов растений, нормы посева. Для посева в наличии имелись семена пырейника в норме 20 ц/га и смесь семян травянистых растений. Семена из 37 диких видов растений (однолетних и многолетних, сорных, кормовых и декоративных) были собраны на аласах Мегино-Кангаласского улуса и в долине Туймаада (г. Якутск). Агротехника посева состояла из ручной подготовки узких борозд гвоздями или палками, посева семян с засыпкой поверхности грунтом (вариант 1 – контроль), с внесением удобрений (вариант 2) и внесением углесодержащего грунта (вариант 3).

Посев пырейника и травосмесей на поверхности отвала производился рядами длиной 1 м и междурядьями – 0,5 м. На откосах посев произведен на террасках с рядами до 1–2 м и междурядьями 1–2 м.

Установлено, что по режиму увлажнения поверхность и крутые откосы отвала относятся к сухим и малопригодным для роста и развития растений. Откосы южных и западных экспозиций и вершины отличаются высокими летними температурами и зимним вымерзанием поверхности, а северные и восточные откосы имеют более благоприятные условия для роста растений.

Результаты опытов

Осенью (конец сентября) 2005 года нами были заложены первые деляны для посева семян пырейника. Так как посевы были позднеосенние, всходы пырейника начали появляться только осенью 2006 года (рис. 5.3). Больше проективного покрытия заметно по откосам отвала, а на поверхности темпы роста и развития растений не высоки. Причиной недружных всходов может быть и низкий процент всхожести семян, приобретенных в ОПХ «Покровское».

Всходы во всех вариантах опыта были почти одинаковы, но более-менее успешны посевы на участках с удобрениями, чем на контроле и участках с углесодержащими грунтами. Внесение удобрений на откосах северной и восточной экспозиций дали положительный эффект. Установлено, что всходы дружнее идут на мелких субстратах и в защищенных крупными породами местах. По степени всхожести семена дикой флоры не отличаются от семян культурных растений.

pic_5_3.tif

Рис. 5.3. Первые всходы на опытных делянах (2006 г.)

Летом 2006 года на опытном участке нами были посажены около 1000 черенков ольховника кустарникового и 15 черенков тополя душистого.

На следующий год выжили лишь единичные экземпляры тополя. Черенки тополя душистого по сравнению с черенками ольховника, оказались более выносливыми к условиям отвалов, т. к. выживаемость составила до 30 %.

Отрицательный результат опыта можно объяснить следующими причинами:

– были сильные ветры на поверхности отвалов, и более 50 % черенков сдуты ветром;

– посадка черенков произведена без полива.

По сравнению с прошлым годом на отвале наблюдается зарастание растительности, особенно по откосам. На поверхности отвала заметно зарастание восточной части отвала, и на опытных участках и вне опыта. В защищенных от ветра местах высота единичных кустарников (ив и березы) достигает до 1,5 м, а подрост лиственницы и сосны – до 0,5–1 м. С каждым годом увеличивается проективное покрытие зеленых насаждений (от 5 до 15 % в 10 кв. м).

По результатам опыта 2006 года можно сделать следующие выводы:

1) посевы на отвалах эффективнее производить в весенний период (май-июнь) с обязательным внесением минеральных удобрений;

2) положительные результаты можно получить при посеве семян злаков и бобовых растений местных семенных хозяйств;

3) для ускорения зарастания отвалов можно использовать семена диких растений отвалов, их можно собрать осенью на промышленном отводе разреза.

По результатам опыта нами были разработаны научно-практические рекомендации по биологической рекультивации отвалов ХК «Якутуголь».

Предприятие в 2006 году создало ООО СМНП «Заречное» и начало проведение биологической рекультивации на отработанных отвалах и сдачи в хозяйственный оборот, результаты первые лет представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Результаты рекультивации отвалов разреза «Нерюнгринский»

Отвалы

Техническая рекультивация

Биологическая рекультивация

2006 год

   

Саженцы

Семена

Удобрение

Площадь, га

«Западный»

40,02 га

6751 шт.

372 кг

1718 кг

26,03

2007 год

«Западный»

 

10284 шт.

139 кг

1689 кг

8,04 га

«Южный»

7,85 га

2125 шт.

64 кг

425 кг

4,25 га

При технической рекультивации проводились:

– освобождение рекультивируемой поверхности от крупногабаритных обломков пород, мусора с последующим их захоронением или организованным складированием;

– формирование пологоволнистого рельефа в виде рядов;

– разрыхление плотной поверхности и предпосевное и предпосадочное оформление ее.

Технология подготовки выделенных участков к биологической рекультивации заключалась в 2-х вариантах:

– с нанесением слоя из мелкофракционных пород;

– без нанесения этого слоя.

Основными методами биологической рекультивации для ООО «Заречье» являются посев семян культурных видов злаков (пырейника сибирского) и бобовых (люцерны) сначала между рядами посадок, а затем в последующие годы – в междурядьях кустарниково-древесных видов (рис. 5.4).

pic_5_4_1.tif

pic_5_4_2.tif

Рис. 5.4. Общий вид посадок, 2007 и 2016 годы

Уже в 2007 году опыты показали положительные результаты. Саженцы, посаженные в 2006 году, показали приживаемость до 50–80 %. Самая высокая степень приживаемости наблюдается у ив – до 100 %, тополя (до 90 %), подроста лиственницы (до 60 %), ольховника (до 60 %), сосны (до 50 %). Установлено, что приживаемость больше зависит от возраста саженцев. Лучше растут молодые до 2–3-летнего возраста саженцы, более взрослые гибнут, но на их месте вырастают из боковых почек (рис. 5.5).

pic_5_5.tif

Рис. 5.5. Кустарники начинают рост и развитие, 2008 год

В 2007 году сотрудники «Заречное» заложило маленькие делянки с посевом семян дикой флоры между рядами саженцев. Осенью уже появились всходы одуванчика, иван-чая и других растений.

Опыты показали, что положительные результаты биологической рекультивации возможны при уходе за посадками и посевами.

ООО «Заречье» проводит внесение минеральных удобрений, стрижку саженцев, полив в сухое время и замену погибших саженцев новыми.

Из опытов заметно, что общее проективное покрытие растительности выше на участках без покрытия мелкофракционными породами отвалов обогатительной фабрики, т. е. эти материалы большого значения как субстрат не представляют.

Опытно-экспериментальные работы продолжались и в последующие годы. Всего за 2006–2007 годы по нашим рекомендациям предприятием было посажено саженцев древесно-кустарниковых растений на площади 43 га. И эти насаждения в определенной мере решат природоохранные задачи.

Варианты опыта будут продолжаться до тех пор, пока не будут установлены основные закономерности формирования искусственного растительного покрова.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074