Рекультивация земель

Рекультивация земель — комплекс работ, требующих определенного периода времени и направленных на восстановление благоприятной эко­логической обстановки и биологической продуктивности на нарушенных землях с возвращением их в разные виды использования.

Неполная (без возврата к исходному состоянию) рекультивация почвы и горных пород обусловлена тем, что:

- объект рекультивации — это не только почвы, которые на нарушен­ных землях зачастую отсутствуют;

- чаще всего природный территориальный комплекс восстанавливают путем создания культурного природно-техногенного ландшафта, а не возвратом к исходной экосистеме;

- рекультивацию земель осуществляют не ради восстановления в каких-то пределах прежних свойств земель, а для дальнейшего использования в различных целях.

Нарушенные земли восстанавливают до такого состояния, которое обеспечивает экономически выгодную и экологически безопасную про­дуктивность земель, с созданием благоприятных условий для жизни рас­тений, животных и людей, поэтому рекультивация нарушенных земель является эколого-экономическим мероприятием.

Как мы отметили, рекультивация земель требует определенного вре­мени — рекультивационного периода, под которым понимается период, в течение которого завершается весь цикл необходимых работ по восста­новлению нарушенных земель и приведение их в состояние, пригодное для какого-либо использования.

При выполнении необходимых работ рекультивационный период де­лится на ряд этапов:

- 1 этап — подготовительный (проектно-изыскательский): обследование объектов, научные исследования, проектирование рекультивационных работ;

- 2 этап — инженерные горнотехнические работы. Это прежде всего земля­ные работы по разравниванию территорий с нарушенными землями;

- 3 этап — мелиоративные работы: осушение, обводнение, химическая мелиорация;

- 4 этап — биологическая рекультивация: использование растений, по­вышающих биологическую продуктивность земель;

- 5 этап - сельскохозяйственный: улучшение земель в процессе их обра­ботки и возделывания сельскохозяйственных культур;

- 6 этап - лесохозяйственный: улучшение и использование нарушенных земель посредством посадки лесов.

В зависимости от свойств нарушенных земель и целей рекультивации 5 и 6-й этапы могут меняться местами. Во время их проведения один из этих этапов могут отсутствовать и оба этих типа.

Рассмотрим каждый из этапов подробнее.

1 этап — подготовительный. Виды и порядок выполнения работ:

- устанавливают размеры и особенности рельефа нарушенных земель, их площади и тип нарушения. Составляются крупномасштабные кар­ты в горизонталях с сечением не более 7—5 м;

- устанавливают непосредственное отрицательное влияние нарушенных земель на прилегающую местность (сельскохозяйственные угодья, лесные угодья, подземные и поверхностные воды, выселение людей и т. д.). При этом устанавливают, прежде всего, степень загрязнения местности пылью пород, жидкими стоками, токсичными водораство­римыми солями;

- устанавливают нарушения гидрологического режима и климата на на­рушенных землях и прилегающих территориях;

- устанавливают степень развития процессов водной и ветровой эрозии на нарушенных и прилегающих землях;

- устанавливают геологическое строение нарушенных земель, состав и свой­ство скрытных пород, пригодность этих нарушенных земель к биоло­гической рекультивации или другим видам использования;

- основываясь на результатах предыдущих работ, устанавливают на­правление и способы рекультиваций, а также возможное целевое ис­пользование последующих рекультивируемых земель. Устанавливают требования к проведению последующих этапов рекультивации. Со­ставляют технико-экологическое обоснование (ТЭО) проектов по ре­культивации земель с использованием нормативных затрат матери­ально-технических и финансовых средств.

Все затраты на проведение рекультивации нарушенных земель отно­сят на себестоимость продукции и горнодобывающих продуктов.

- этап. Инженерные горнотехнические работы (технический этап ре­культивации). Это самый трудоемкий, дорогостоящий и наиболее ответ­ственный этап рекультивации. Ошибки, допущенные здесь, в дальней­шем неисправимы. Главные направления и задачи горнотехнических работ:

• создание необходимой инфраструктуры для проведения горнотехнических работ: создание сети подъездных путей, электроснабжения, соз­дание другой материально-технической базы, необходимой для эф­фективной работы оборудования;

• регулирование гидрологического режима рекультивируемых земель. Строительство валов и плотин гидрологического режима, что обеспе­чивает задержание и отстой жидких загрязненных стоков с отвалов пород. При этом окружающие земли и открытые водоемы предохра­няются от загрязнения. В отдельных случаях для проводки жидких стоков в нужном направлении изменяют русло небольших рек или строят наземные каналы;

• формирование рельефа территории, нарушенной открытыми разра­ботками; подготовка поверхности нарушенных земель к различным видам целевого использования.

- этап. Мелиоративные работы:

• химическая мелиорация пород. После проведения горнотехнических работ определяют фактические, химические, физические свойства по­род на разровненных территориях. До этого не менее чем на 10—12 точ­ках на 1 га из слоя 0—200 см через 10 см буром отбирают индивиду­альные образцы пород, из которых затем составляют один смешанный образец весом не менее 1, 5 кг. В отвалах на карьерах, шахтах и руд­никах по добыче каменного угля, горючих сланцев и металлических руд содержаться сульфидсодержащие породы: пирит, марказит, халь­копирит и др. На долю этих пород приходится 20-40% всей массы вскрытых и сопутствующих пород. Вскрытая порода располагается над полезными ископаемыми, сопутствующая — залегает вперемешку с добываемым сырьем.

Из всех сульфидсодержащих пород наиболее распространенным и наи­более токсичным является пирит. Попадая в аэробные условия верхних слоев разровненных пород, пирит окисляется с образованием токсикан­тов для всех видов растительности. В присутствии кислорода и воды хи­мическая реакция идет с образованием сернокислого (закисленного) железа и серной кислоты по формуле:

В присутствующем кислороде, но без воды реакция идет также с об­разованием токсичных соединений сернокислого железа и окиси серы:

FeS₂ + 30₂ = FeS0₄ + S0₂.

Эти химические процессы сопровождаются выделением большого ко­личества тепла, что ведет к перегреванию и самовозгоранию пород. В ре­зультате этого выжигается органическое вещество и иссушается порода. При этом реакция водной вытяжки (рН-воды) изменяется от нейтраль­ной или щелочной до сильнокислой (3—2 и ниже).

При такой сильной кислотности " разглаживаются" и другие породы с образованием подвижных соединений алюминия, марганца и других металлов с накоплением их выше порога вредности. Через 5—6 месяцев в верхнем слое пород накапливаются выше порога вредности серное же­лезо, окись серы, серная кислота, токсично-подвижные соединения металлов. Это ведет к гибели всех видов растительности и формированию промышленных пустот.

После определения в лаборатории рН водной вытяжки по шкале оп­ределяют тип грунтов по кислотности, что необходимо для более точного объема мелиоративных работ. Шкала грунтов по типам кислотности:

- сильно кислый тип. Уровень рН = 4 и ниже, занимает более 70%

территории;

- умеренно кислый тип — рН около 4 (50—75% территории);

- кислый тип (слабо и среднекислый) — рН = 4, 0—6, 9 (более 50% тер­ритории);

- известковый (щелочной) — рН = 7, 0 и выше (до 50% территории);

- смешанный тип.

Окисление сульфидсодержащих пород может идти многие годы. По­этому кроме актуальной кислотности (показания рН) дополнительно из­меряют потенциальную кислотность, т. е. возможность достижения оп­ределенного уровня кислотности по мере окисления различных серосодержащих соединений. Чаще всего это делают путем определения в породах количества общей серы в форме подвижных солей (сульфидов) и сульфосодержащих пород.

На грунтах всех типов кислотности дополнительно определяют со­держание известковых и мелосодержащих пород (по окиси кальция). Это нужно для определения возможности самомелиорации грунтов, а также для установления необходимости искусственного внесения химических мелиорантов (для понижения рН на щелочных породах или повышения рН на кислых породах).

К числу химических мелиорантов для кислых пород (рН = 4 и ниже) относятся: известь, мел, буроугольная зола с содержанием окиси кальция не меньше 10%, бытовые отходы, сточные промышленные воды. Наибо­лее эффективны известь, буроугольная зола. Для химической мелиора­ции щелочных пород используют гипс. Твердые, тонко размолотые мелиоранты разбрасывают на выровнен­ной поверхности отвалов, тромбов, провалов. Их заделывают на глубину 50—60 см плантажным плугом¹;

- физическая мелиорация пород:

• нанесение на поверхность выровненных пород гумусового слоя толщиной не менее 30—40 см. Это возможно сделать, если до на­чала вскрышных работ верхний культивированный слой снимается отдельно, затем складируется и хранится. Но обычно верхний слой сразу вывозят на прилегающие малоплодородные земли;

• пескование — применяется на глинистых породах, которые имеют плохие физические свойства (плохую водо- и воздухопроницаемость, высокую связность). Насыпают слой песка до 20 см и заделывают плантажным плугом;

• глинование — применяется в целях увеличения связности и влаго- емкости песчаных и супесчаных пород. Насыпают глину слоем до 20 см и заделывают плантажным плугом.

4 этап. Основные виды биологической рекультивации:

- санитарно-гигеническая;

- рекреационная;

- восстановительная.

Основная цель биологической рекультивации — консервирование и обез­вреживание нарушенных земель биологическими средствами для предот­вращения или значительного уменьшения отрицательного влияния земель на экологическое состояние окружающей природной среды и на исполь­зование прилегающих земель в народном хозяйстве. Такая рекультивация наиболее распространена в многоземельных странах, как в высокоразви­тых (США, Канада), так и в слаборазвитых. В настоящее время для Рос­сии это наиболее перспективное направление рекультивации.

Суть санитарно-гигиенической рекультивации состоит в том, что путем проведения минимально необходимых инженерных и технических работ создают благоприятные внешние условия для естественного зарастания нарушенных земель травянисто-древесной, кустарниковой и смешанной растительностью.

Под санитарно-гигиеническую рекультивация отводят:

- места хранения отходов горно-обогатительных и металлургических предприятий: хранилища хвостов, шламов с высоким содержанием тяжелых металлов и других токсикантов, хранилища шлаков и камен­ноугольной смолы;

- шахты, карьеры и отвалы, где горные породы характеризуются высо­ким содержанием тяжелых металлов, радиоактивных веществ и других токсикантов; отвалы из песка, глины, мела, известняков, щебня и кристаллических пород (гранит, гнейсы), а также отвалы других, пород, которые в бу­дущем могут быть использованы в качестве строительных материалов.

Рекреационная рекультивация — это создание на нарушенных землях культурно-оздоровительных комплексов, спортивных сооружений и ле­сопарковых зон отдыха с включением декоративных культур.

Рекреация оправдана в пригородных зонах и в местах с высокой плотностью населения при нецелесообразности использования нарушен­ных земель в сельском хозяйстве в связи с их небольшими площадями.

Главное условие пригодности нарушенных земель для рекреационной рекультивации — отсутствие горных пород, загрязненных токсикантами, опасных для жизни и здоровья людей и животных (прежде всего, отсут­ствие ртути, хрома, мышьяка и радиоактивных веществ).

Для лесопарковых зон рекомендуется использовать различные древесно-парковые породы, в зависимости от качества горных пород:

- для потенциально плодородных вскрышных горных пород:

• древесные культуры (береза бородавчатая, сосна обыкновенная, тополь, клен, вишня, липа, рябина);

• кустарники (смородина золотистая, шиповник, ольха серая, лох узколистый, облепиха обыкновенная, жимолость татарская);

- для пород со значительной остаточной фитотоксичностью без проведения химической мелиорации — древесные культуры (те же, кроме сосны, ли­пы, рябины).

Восстановительная рекультивация. Этот вид рекультивации (биологи­ческая восстановительная рекультивация — БВР) оправдан только на на­рушенных землях, которые в последующем можно использовать для эф­фективного ведения сельскохозяйственного производства. Поэтому под такую рекультивацию отводят нарушенные земли 1 и 2-й категории, т. к. они состоят из потенциально плодородных пород с достаточно бла­гоприятными физико-химическими свойствами.

Нарушенные земли 3 и 4-й категорий могут быть пригодны для БВР только при содержании в горных породах и промышленных отходах ток­сичных тяжелых металлов (ртуть, свинец, хром, кадмий, ванадий, медь и радионуклиды) ниже ПДК. При неблагоприятных для высших растений физико-химических свойствах эти земли могут быть использованы при БВР только после проведения коренной мелиорации, прежде всего хи­мической.

Главная цель БВР — восстановление до экономически целесообразного уровня биологической продуктивности нарушенных земель путем созда­ния преимущественно биологическими средствами в корнеобитаемом слое растений благоприятных условий для возникновения процессов почвооб­разования, появления у техногенных почв способности к самосохране­нию и самоочищению.

5 этап. Сельскохозяйственная рекультивация нарушенных земель. Сель­ское хозяйство основано на использовании биологических объектов — поч­вы, растений и животных, поэтому сельскохозяйственная рекультивация по своему содержанию и осуществлению является биологической рекуль­тивацией на основе неиспользования агробиотехнологий.

Главная особенность этой рекультивации заключается в том, что она осуществляется в процессе сельскохозяйственного использования нару­шенных земель при их обработке и возделывании культурных растений.

Основная цель сельскохозяйственной рекультивации — непрерывное поддержание биоэнергетического потенциала (плодородия) нарушенных земель на экологически оправданном уровне инженерными, мелиоратив­ными и агротехническими средствами.

Инженерные средства. После окончания формирования рельефа ре­культивируемых земель (разравнивание отвалов и т. д.), в последующие 15—20 лет идет медленная усадка и уплотнение пород с образованием отрицательных элементов макро- и микрорельефа (провалы, прогибы). Возможно и проявление вертикальной поверхностной эрозии с образова­нием глубоких промоин под действием талых и ливневых вод, поэтому требуется периодическое проведение инженерных работ по выравнива­нию поверхности рекультивируемых земель с перемещением грунта при засыпке отрицательных элементов земли. Мелиоративные средства:

- химическая мелиорация. В России отвалы вскрышных сопутствующих пород при добыче металлических руд и каменного угля чаще всего ха­рактеризуются высоким содержанием сульфидсодержащих минералов и поэтому имеют высокую потенциальную кислотность. Высокую ки­слотность имеют также почвы выработанных торфяников на моховых болотах. При добыче некоторых строительных материалов (известня­ков, мела, ракушечников, каменных и поваренных солей) вскрышные и сопутствующие породы характеризуются сильной щелочностью. Для достижения на таких землях стабильной и экономически целесооб­разной продуктивности культур необходима периодическая химиче­ская мелиорация в целях сохранения показателя рН на благоприятном для растений уровне (рН нейтральная, слабокислая или слабощелочная). Химические мелиоранты обычно применяют не чаще одного раза за ротацию в севооборотах в соответствии с рекомендациями и проекта­ми агрохимической службы;

- водная мелиорация. Это прежде всего текущий и капитальный ремонт дренажной сети и водоотводных каналов на карьерах и выработанных торфяниках для предотвращения их вторичного заболачивания. На вы­ровненных отвалах горных пород даже с минимальным уклоном до 2— 5° и особенно на более крутых уклонах, необходимо создавать поперек склонов валы, валики плугами с удлиненным отвалом на последнем корпусе, создавать систему буферных полос. Эти рубежи гасят ско­рость передвигающихся по склонам талых и ливневых вод, переводят часть стока воды с поверхностного во внутренний сток почвогрунтов.

Все это уменьшает потери воды на сток, следовательно, уменьшает

потери мелкозема на сток, увеличивает глубину промачивания почвогрунтов, что ведет к увеличению запаса воды в корнеобитаемом слое.

Агротехнические средства — многопольные полевые фитомелиоративные севообороты. На землях, нарушенных промышленностью и при до­быче полезных ископаемых, главная цель введения фитомелиоративных севооборотов с многолетними травами — создать условия для более ин­тенсивного накопления в корнеобитаемом слое горных пород органиче­ского вещества, что создает материальную основу для непрерывного ку­мулятивного (накопительного) гумусообразовательного процесса.

6 этап. Лесохозяйственная рекультивация. Ее осуществляют на нару­шенных землях, которые по каким-либо причинам нецелесообразно ис­пользовать для возделывания сельскохозяйственных культур. К таким землям относятся:

|- малоплодородные и неплодородные земли, требующие больших за­трат, средств и времени на восстановление их биологической продук­тивности;

- земли, удаленные от поселений или находящиеся в сильно пересе­ченный местности и т. д.

Главная цель лесной рекультивации — оздоровление территорий по­врежденных земель с разнообразным рельефом, уничтоженным расти­тельным и почвенным покровом.

Экологически благоприятное воздействие лесонасаждений:

- они приостанавливают или сдерживают развитие эрозионных процессов;

- улучшают гидрологический режим путем понижения уровня стояния грунтовых вод;

- переводят поверхностный сток во внутренний;

- снижают интенсивность загрязнения территорий пылью и газами;

- на техногенных землях, окружающих города и поселки, лесонасажде­ния выполняют роль рекреационных угодий;

- леса промышленного назначения являются дополнительным источни­ком получения древесины.

Таким образом, созданные на рекультивированных техногенных зем­лях лесонасаждения могут иметь несколько целевых назначений:

- противоэрозионное — на склоновых землях и равнинных землях легко­го механического состава, т. е. на землях, которые более податливы смыву, разливу и развеиванию;

- санитарно-гигеническое — для уменьшения загрязнения населенных территорий пылью и газами;

- рекреационное (лесопарковые насаждения) — вблизи населенных пунктов;

- водоохранное — для защиты прибрежных земель от разламывания и смывания в водоемы.

- лесохозяйственное — для получения высокопродуктивных лесонасаж­дений.