Рекультивация карьеров и отвалов

Министерство  образования Российской Федерации

государственный университет

Биологический факультет 
 
 
 
 
 
 

Реферат

 на  тему:

«Рекультивация карьеров и отвалов». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рекультивация техногенно-деградированных земель. 

     Наиболее  распространенными причинами нарушения земель в республике являются добыча, транспортировка и переработка полезных ископаемых, строительство и эксплуатация промышленных и жилых объектов, дорог, трубопроводов, линий электропередач, плотин, дамб, сельскохозяйственное производство. При этом уничтожается или нарушается почвенный покров (перемешивается с неплодородными слоями почвы или грунтами), образуются карьеры и отвалы, активизируются карстовые процессы, изменяющие местный ландшафт. На основании исследований экологического состояния природных ресурсов республики, по материалам аэрокосмофотосъемок и наземных обследований, по совокупности воздействия природных и антропогенных факторов на почвенный покров выделяются четыре степени состояния экологической напряженности катастрофическое, критическое (кризисное), напряженное и условно удовлетворительное.

     Выделение катастрофической зоны, составляющей 13 % территории республики, и критической (2,5 %) связано, прежде всего, с нарушением почвенного покрова при добыче, транспортировке  и переработке полезных ископаемых – нефти, газа, угля, полиметаллических и железных руд. Зона напряженной экологической ситуации (31 %) обусловлена преимущественно сельскохозяйственным использованием почвенных ресурсов (дегумификации, развитие эрозионных процессов, переуплотнение почвенного профиля, загрязнение отходами животноводческих комплексов, пестицидами и др.). Условно удовлетворительная экологическая обстановка (31 %) наблюдается в основном в горно-лесной зоне и в районе Уфимского плато. Неблагоприятное воздействие на состояние почв этой зоны оказывают вырубка лесов, интенсивный выпас скота, кислотные дожди, нарушение гидрологического режима и развитие эрозии.

     Наиболее  выраженная деградация почв в катастрофической и критической зонах обусловлена  добывающей промышленностью. В связи с этим набольшее значение для республики имеют пути и методы рекультивации почв, нарушенных и загрязненных при нефтедобыче, и рекультивации карьерно-отвальных образований. 
 

     Рекультивация горно-промышленных отвалов. 

     Разработка  полезных ископаемых открытым способом привела к формированию на территории Башкортостана специфических карьерно-отвальных типов ландшафтов, в связи с чем возникла проблема рекультивации таких земель на площади более 11 тыс.га. Отвалы горнодобывающей промышленности сосредоточен в Предуралье (Кумертауский буроугольный разрез), на Южном Урале (Зигазино-Комаровское железо-рудное месторождение, Белорецкий район) и в Зауралье (Башкирский медно-серный комбинат и Учалинский  горно-обогатительный комбинат). Эффективность решения проблемы рекультивации отвалов находится в прямой зависимости от выбора оптимальных направлений. Рекультивируемые земли могут быть отведены под сельскохозяйственное использование, создание сенокосных и пастбищных угодий. При этом обязательным условием является проведение горнотехнической подготовки нарушенных территорий, создание экранирующего слоя из нетоксичных грунтов и нанесение гумусированного рекультивационного слоя в качестве питательного субстрата для сельскохозяйственных культур.  При исключительной сложности природных условий республики вопрос о предпочтительном направлении рекультивации решается в зависимости от того, а какой природно-климатической зоне находится рекультивируемый объект. В результате работы. Проведенной лабораторией лесоведения    Института биологии УНЦ РАН на отвалах буро-угольных разработок в лесостепном Предуралье железорудных месторождений в горнолесной зоне Южного Урала и медноколчеданных рудников в лесостепном Зауралье было показано, что лесная рекультивация для условий Башкирии оказывается наиболее предпочтительной, поскольку позволяет восстанавливать продуктивный растительный покров на нарушенных землях с минимальными затратами и с учетом возможностей естественного восстановления растительного покрова.

     Промышленные  отвалы представляют собой техногенные ландшафты, созданные человеком, поселение растений в которых затруднено в связи с отсутствием почвы, неустойчивостью и неблагоприятностью аэрогидрологического режима грунтов отвалов, механическим передвижением грунтов вследствие процессов просадки, выветривания и эрозии, часто отмечаемой фитотоксичностью отвальных грунтов и недостаточностью главных элементов питания, особенно азота. Успешность освоения растениями данной техногенной среды зависит также от механического состава отвальных пород, способа складирования компонентов отвала (последовательность отсыпки различных грунтов, планировка поверхности отвала); местоположения того или иного участка в системе всего отвала (экспозиция склона, ширина террасы, возможность подтока грунтовых вод), относительного расположения участка и обсеменителей (расстояние, высотные уровни, потенциальные возможности обсеменителей к продуцированию семенного материала), степени зоогенного и  антропогенного воздействия.

     Процесс зарастания отвала начинается сразу же после окончания отсыпки пород на данном участке. Возникающие на начальных стадиях пионерные группировки растений неустойчивы, связи между встречаемостью разных видов и их обилием отсутствуют. Пионерная стадия продолжается  5 -25 лет в зависимости от фитопригодности, климатических условий местоположения отвала и его характеристик. Пионерная стадия удлиняется в засушливых условиях на отвалах с неблагоприятными для поселения и роста растений физическими и химическими свойствами. Следующая стадия характеризуется более развитым растительным покровом и увеличением связей отдельных видов друг с другом. Постепенно возникают устойчивые в пространстве  и во времени группировки растительности. Практически во всех природных зонах и на различных отвалах пионерные сообщества включают мать-и-мачеху, злаки, бобовые и представителей сорно-полевой растительности. В целом процесс заселения отвалов травянистой растительностью способствует закреплению их откосов, снижает интенсивность процессов водной и ветровой эрозии, усиливает и ускоряет почвообразование, начинающееся  поселением на отвальных грунтах водорослей и сопутствующих им гетеротрофных микроорганизмов.

     В лесной и лесостепной зонах, начиная  от стадии пионерных группировок, в  зарастании участвуют древесные растения и кустарники. С первых лет после окончания отсыпки участков в составе поселяющихся с растений появляются  анемохорные виды древесных, семена которых могут распространяться на значительные расстояния. Это ивы, тополя и береза. Поселение деревьев и кустарников на отвальных грунтах затрудняется не только вследствие специфичности лесорастительных условий, но и из-за недостаточности сеян деревьев ми кустарников вообще, периодичности их плодоношения и сниженных по сравнению с травянистыми растениями, темпов роста в первый год жизни.

     При создании благоприятной обстановки (нефитотоксичные отвальные грунты, достаточность семян) в условиях лесной зоны происходит интенсивное  поселение древесных растений и  отмечается формирование сомкнутых  молодняков, плодоносящих и вполне устойчивых, по виду мало отличающихся от естественных насаждений на нарушенных землях. Возникающие на отвалах горных разработок имеют развитый подлесок и травяной покров, по флористическому составу мало отличающиеся от одновозрастных молодняков, возникающих на зональных почвах. Производительность молодых древостоев сосны на отвалах изменяется в широких пределах – от насаждений I класса бонитета до медленно растущих молодняков V бонитета, которые на шламоотвалах часто имеют производительность, не уступающую и даже превосходящую производительность сосняков того же возраста, произрастающих на зональных почвах. Из наблюдений за естественным возобновлением древесных и травянистых растений на отвалах горнодобывающей промышленности Урала следует, что в лесной зоне до половины площадей горных отвалов можно оставлять под естественное зарастание и отказываться от минимального их землевания.

     Для планирования путей биологической  рекультивации (сельскохозяйственная или лесохозяйственная), подбор применяемых видов трав, деревьев и кустарников, способа создания и агротехники выращивания насаждений необходимо проведение агрохимических исследований с определением запаса гумуса и основных элементов минерального питания на каждом рекультивируемом участке. Для отдельных горных пород характерны не только процессы из изменения вследствие физико-химического выветривания, но и  перемены, связанные с деятельностью живых существ, то есть почвообразование. При отсутствии органического вещества поверхность выветривающихся горных пород заселяется прежде всего одноклеточными водорослями с сопутствующими бактериями. Их роль в основном заключается в накоплении органического вещества, закреплении поверхности субстрата и воздействии на его химический состав, тем самым микроскопические водоросли сильно влияют на процесс первичного почвообразования на различных отвалах. Процесс почвообразования усиливается по мере разрастания поселяющихся на отвалах высших растений, особенно при образовании многоярусных фитоценозов, где ускоряется накопление гумуса. В зависимости от зонально-географической приуроченности отвала, вида отвальных грунтов начало почвообразования можно обнаружить на 2 – 3-й год после окончания отсыпки данного участка. Гумусовый горизонт обособляется на 5 – 10-м году существования отвала, после 15 – 20-и лет скорость накопления гумуса значительно снижается, его запасы, сравниваемые с  запасом гумуса в зональных почвах, могут накопиться лишь через 100 – 300 лет.

     Рекультивация отвалов с помощью создания лесных культур связана с некоторыми трудностями. Во-первых, это рекультивация отвальных площадей, отсыпанных трудновыветриваемыми горными (скальными) породами, где необходимо земледелие осадочными глинами, суглинками и супесями, способствующими произрастанию древесных растений. Во-вторых, это лесохозяйственное использование площадей отвалов, грунты которых непригодны для выращивания растений в связи с их высокой засоленностью, кислотностью или щелочностью (фитотоксичные грунты). Здесь проводится предварительная мелиорация отвальных грунтов или изоляция их на корнедоступную глубину путем создания глинистых экранов и последующим земледелием. В-третьих, это подбор древесных пород и кустарников для лесной рекультивации, что решается изучением естественного возобновления, опыта лесной рекультивации и создания опытных культур.

     При разработке эколого-лесоводственного обоснования лесных рекультиваций  промышленных отвалов проводится оценка пригодности грунтов для рекультивации, дается характеристика лесорастительных условий на промышленных отвалах в зонально-географическом аспекте и оценка возможности естественного возобновления леса с учетом биологических особенностей древесных пород, способных произрастать на промышленных отвалах. Опытные работы проводят с целью выбора оптимальных приемов лесовосстановительных работ и ассортимента древесных пород применительно к конкретным условиям отвалов.

     Для разработки классификации типов  лесорастительных условий, оценки возможности  естественного возобновления и  разработки способов рекультивации  промышленных отвалов изучались открытые разработки полезных ископаемых объединения «Башкируголь» (г. Кумертау, р.п. Маячный), Башкирского медно-серного комбината (г. Сибай), Учалинского горно-обогатительного комбината (г. Учалы) и Белорецкого металлургического комбината (р.п. Тукан), были обследованы отвалы открытых разработок талька (п. Кирябинка, Учалинский район). Опытные работы проводились на отвалах Кумертауского буроугольного разреза, Туканского железорудного разреза и Учалинского горно-обогатительного комбината.

     Отвалы  открытых горных разработок объединения  «Башкируголь» расположены в  подзоне южной лесостепи Предуралья. Леса представлены в основном дубняками  с примесью липы мелколистной, клена  остролистного и березняками. В  условиях повышенного увлажнения отмечаются осинники, в депрессивных формах рельефа – вязовники и в местообитания с избыточным увлажнением – ольшатники. Общий процент лесистости района – 9 %. Территория относится к зоне умеренного теплого полузасушливого и засушливого климата.

     Бурые угли залегают во впадинах междуречий среди мезозойских и третичных песчано-глинистых отложений. Промышленные отвалы, формирующиеся при добыче угля, сложены преимущественно из песчано-глинистого рыхлого материала, часто с включением скелетного галечникового элювия и  представляют собой платообразные поднятия с откосами различной крутизны и обрамляющими откосы террасами. Рыхлые вскрышные породы отвалов буроугольных разрезов подвержены денудационным процессам, в связи с чем на платообразных поверхностях отвалов формируются депрессивные формы рельефа с провалами и западинами, заполняемые водой, а на откосах наблюдаются оползневые явления. Процесс заселения отвалов растительностью начинается через довольно короткий промежуток времени после окончания отсыпки. Первоначальные этапы естественного зарастания происходит с участием видов относящихся к сорно-полевой и рудеральной растительности. Затем в составе пионерных растительных группировок появляются представители лугово-степной растительности и формирование растительного покрова идет по типу развития зональных растительных сообществ. Здесь естественным путем возобновляются такие древесные породы, как тополь черный, осина, различные виды ивы, единично встречаются береза бородавчатая, тополь белый. Подрост древесных пород в основном приурочен к широким платообразным участкам отвалов с невыровненной поверхностью, депрессивным формам рельефа, теневым откосам и подошвам отвальных откосов. Состояние естественной растительности, особенности роста древесных пород свидетельствуют о потенциальной лесопригодности отвалов буроугольных разработок и отсутствии токсичности отвальных грунтов за исключением локализованных участков с повышенным засолением, составляющих незначительную площадь отвалов. По данным химических анализов, грунты отвалов буроугольных разработок бедны азотом, подвижным фосфором. Неудовлетворительное возобновление древесных пород обусловлено здесь не токсичностью грунтов, а отсутствием источников семян.  В результате опытных лесокультурных работ была показана возможность непосредственно на отвальных грунтах без предварительного нанесения гумусированного рекультивационного слоя.