Инновации в рекультивации земель

Содержание

 

Введение           

1. Виды деградации земель         4

2. Рекультивация земельных  ресурсов        9

2.1. Способы рекультивации                10

2.1.1. Этапы рекультивации нарушенных земель            11

2.2. Направления рекультивации земель               13

3. Инновации в рекультивации  земель               15

Выводы                    18

Список использованных источников               20

 

Введение

 

Негативное антропогенное (техногенное) воздействие на почвы, которое является одной из острейших проблем современного общества, можно подразделить на:

Деградацию почв – устойчивое негативное изменение состава, строения и свойств почв, включая частичное или полное разрушение почв, в результате хозяйственной или иной деятельности, а также воздействие иных факторов природного и техногенного характера, приводящее к ухудшению или утрате способности почв выполнять свои функции. Крайней степень деградации является уничтожение почвенного покрова.

Загрязнение почв – поступление и накопление в почвах химических, радиоактивных, биологических веществ и микроорганизмов, а также отходов производства и потребления в количествах, которые могут представлять или представляют угрозу здоровью и жизни человека, животных, растений, жизнедеятельности почвенных организмов, приводящее к ухудшению или утрате способности почв выполнять свои функции.

Для преодоления негативного антропогенного воздействия на почво-грунты и экосистемы антропогенных ландшафтов используют метод рекультивации [И.Г. Ганеев, 2009].

 

1. Виды деградации земель

Все виды деградации почв можно условно разделить на три основные группы:

-       физическая деградация – ухудшение физических и водно-физических свойств почвы, нарушение почвенного профиля;

-       химическая деградация – ухудшение химических свойств почв;

-       биологическая деградация – сокращение численности видового разнообразия и оптимального соотношения различных видов микроорганизмов, загрязнение почвы патогенными микроорганизмами, ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей [Г.В. Добровольский, 2002].

Рисунок 1.

Виды воздействия на почвы

 

Физическая деградация почв

Физическая деградация почвы фиксируется как по уменьшению мощности органогенных горизонтов почв или уничтожению других почвенных горизонтов и всего профиля, так и по изменению конкретных физических свойств механически ненарушенного почвенного профиля (собственно физическая деградация). Нарушение почвы может быть связано и с поступлением на ее поверхность постороннего абиотического наноса, ухудшающего продукционную функцию почвы.

Механические нарушения почвы, приводящие к физическому разрушению почвенного профиля или его части, могут быть вызваны различными формами антропогенных воздействий.

Физическая деградация выражается в ухудшении почвенной структуры и всего комплекса физических свойств, т.е. в разрушении физической основы почвы, и развивается везде, где применяют избыточные нагрузки механического, химического, водного или биологического характера. Физическая деградация может быть обусловлена различными природными факторами и развиваться в условиях естественных биогеоценозов в результате изменения климатических условий, естественных процессов выветривания, эрозии, опустынивания и т.д. Причиной физической деградации почв могут явиться также различного рода катастрофические процессы природного и антропогенного характера.

Существуют два основных проявления деградации:

-       накопление деградационных признаков до критического состояния, когда процессы становятся необратимыми. Это изменение почв фактически представляет собой «медленную» катастрофу, обусловленную всей сложившейся системой эксплуатации природных ресурсов и почв в том числе, общей культурой природопользования. Такая «накопительная» деградация происходит в случае длительной интенсивной эксплуатации почв как постоянного технологического ресурса в технологиях сельского, лесного и некоторых других производств, где основным достоинством почвы считается ее плодородие;

-       частичное или полное разрушение почвы как неизбежный этап промышленных технологий природопользования, осуществляемы в течение короткого промежутка времени и приводящего к моментальному разрушению природных объектов и почв в том числе. Такое проявление деградации носит локальный характер и опасно быстротой и полнотой проявления [Рекультивация загрязненных земель, http://neftegaz.ru].

Химическая деградация почв

Химическая деградация почв включает: изменение многих почвенных свойств вследствие различных причин природного и антропогенного происхождения. Факторы и причины химической деградации можно разделить на две группы:

-       изменения, вызванные сельскохозяйственными процессами, связанные с потерей элементов минерального питания, гумуса, подкисления за счет высоких доз кислых удобрений и за счет окисления сульфидов в почвах, где они имеются;

-       изменения, вызванные загрязнением почв промышленными и коммунальными отходами, избыточными дозами навоза и пестицидов, кислотными дождями и разливами нефти.

В большинстве случаев для пахотных почв характерна потеря гумуса, что, как правило, можно считать негативным явлением. При хорошо спланированном земледелии и высоких урожаях в почве иногда наблюдается и накопление органического вещества. Качественный состав гумуса может изменяться в любую сторону. Изменения предсказать трудно, поскольку они зависят как от набора возделываемых культур, так и от химизации земледелия и применяемых мелиоративных приемов.

Гипсование и известкование почв, направленное на регулирование степени почвенной реакции не всегда оказывают только хорошее воздействие на почву. В почву могут попадать нежелательные компоненты, усиливаться вертикальная миграция почвенных компонентов, повышаться растворимость веществ.

Щелочные и кислотные дожди – антропогенное явление, обусловленное накоплением в атмосфере оксидов азота, серы, ионов хлора или фтора, и пылевидных выбросов заводов. При взаимодействии таких выбросов с парами воды накапливаются кислоты, которые вместе с осадками поступают на поверхность почвы и затем просачиваются вниз по почвенному профилю. Кислые осадки, как правило, усиливают почвенную кислотность, вызывая деградационные процессы [М.С. Кузнецов, 1996].

Добыча и переработка различных полезных ископаемых характеризуется различными химическими процессами, которые сопровождаются выбросами в атмосферу различных газов. Они воздействуют на почвы или непосредственно в газовой форме (поглощаясь почвенным покровом) или предварительно взаимодействуют с парами воды и выпадают на поверхность Земли в виде дождя и снега.

При загрязнении почв нефтью в них возрастает доля углеводородов, снижаются подвижность и доступность многих элементов питания растений, изменяется химический состав почвенного воздуха.

В заключение можно отметить, что химическая деградация почв неизбежно происходит даже при их обычном сельскохозяйственном использовании. При развитии и расширении различных видов производства, городских поселений, транспорта, нарушения почвенного покрова могут приобретать огромные размеры [Э.П. Романова, 1993].

Биологическая деградация

Изучение процессов биологической деградации связано с ролью биоты в функционировании почв. Почвенные организмы обеспечивают осуществление многих экологических функций почв. При любых видах деградации почв первыми на них реагируют именно организмы. В первую очередь нарушается биоразнообразие, происходит его обеднение, изменяются доминирующие виды, некоторые виды вообще исчезают. При воздействии деградационных факторов различают четыре зоны со сдвигами в составе биоты:

-       зона гомеостаза с нормальным составом организмов;

-       зона стресса с перестройкой в количественных соотношениях видов, но без изменения качественного состава;

-       зона развития резистентных организмов;

-       зона репрессии.

Почвенные организмы страдают от всех видов деградации. При ветровой или водной эрозии почв организмы частично или почти полностью уносятся, причем для восстановления биоты требуется восстановление самой почвы [Т.С. Чибрик, 2002].

Почвенные организмы резко реагируют на деградацию химического состояния почв. Любые изменения ведут к изменению биоты. Однако организмы являются фактором борьбы с химической деградацией почв, так как они могут очищать почву от нефти и пестицидов, способствовать образованию минеральных соединений, разрушать вредные природные органические соединения [Р. К. Андерсон, 1980].

Таким образом, деградация биологических свойств почв наносит опасный и многосторонний вред как для почв, так и для биосферы в целом [Виды деградации почвы, http://biofile.ru].

 

 

 

2. Рекультивация земельных  ресурсов

 

Рекультивация загрязненных земель - это важнейшая часть природообустройства, которая заключается в восстановлении свойств компонентов природы и самих компонентов, нарушенных человеком или загрязненных в процессе природопользования, функционирования техноприродных систем и другой антропогенной деятельности для последующего их использования и улучшения экологического состояния окружающей среды [Рекультивация земель, http://cawater-info.net; Н.Ф. Реймерсб 1990].

С древних лет рекультивация земель является обязательным видом сельскохозяйственных работ. В общем случае она включает комплекс горных, мелиоративных, гидротехнических и сельскохозяйственных работ [Рекультивация земельных ресурсов, http://refsru.com].

Первые попытки восстановления продуктивности и озеленения земель, нарушенных и загрязненных в процессе промышленного производства, были предприняты в конце 19 в. Однако широкие масштабы рекультивация приобрела в связи с внедрением открытого способа добычи полезных ископаемых [Г.В. Добровольский, 2008].

Широкомасштабное развитие добычи полезных ископаемых, ряда других областей народного хозяйства приводит к изъятию из сельскохозяйственного пользования и значительному уменьшению площадей плодородных земель. В связи с этим возникает проблема рекультивации, т.е. восстановления продуктивности нарушенных территорий. В общем случае она включает комплекс горных, мелиоративных, гидротехнических и сельскохозяйственных работ [Загрязнение и …, http://revolution.allbest.ru].

Первоначально рекультивация развивалась как составная часть мелиорации земель и была направлена на восстановление продуктивности нарушенных земель в результате открытого и отчасти закрытого способа добычи ископаемых. Нарушенные земли делились на две группы. Первая - земли с насыпанным грунтом (промышленные отходы, отвалы подземных горных разработок). Вторая - земли, разрушенные в результате добычи ископаемых открытым способом (карьеры, отвалы при открытых работах, провалы на месте разработок). Основная часть разрушенных земель приходилась на выработки полезных ископаемых открытым способом[М.С. Кузнецов, 1996].

Научные исследования по рекультивации земель сформировались в самостоятельную отрасль научных знаний, объектом изучения которых является сложная эколого-хозяйственная система «человек - землеразрушающие технологии - природа» [Рекультивация земельных ресурсов, http://refsru.com].

 

2.1. Способы рекультивации

 

Механические. Обваловка загрязнения, откачка нефти в емкости насосами и вакуумными сборщиками. Проблема очистки при просачивании нефти в грунт не решается, замена почвы. Вывоз почвы на свалку для естественного разложения.

Физико-химические. Сжигание. При сжигании из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефти. Землю после сжигания необходимо вывозить на свалку;

Промывка почвы. Проводится в промывочных барабанах с применением ПАВ;

Термическая десорбция. Применяется при наличии соответствующего оборудования. [Stalford Technology, http://cs2.a5.ru; Т.Н. Боковикова, 2010].

Биологические. Биоремидиация. Применение нефтеразлагающих бактерии; необходима запашка культуры в почву, периодические подкормки растворами удобрений; ограничения по глубине обработки, температуре почвы; процесс занимает 1-3 сезона [Экология. Цифры и факты, 1998].

Фитомелиорация. Устранение остатков нефти путем высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока), активизирующих почвенную микрофлору; является окончательной стадией рекультивации загрязненных почв [Stalford Technology, http://cs2.a5.ru; Т.Н. Боковикова, 2010].

 

2.1.1. Этапы рекультивации нарушенных земель

 

Различают два этапа рекультивации: технический и биологический.

Техническая рекультивация предполагает подготовку земель для последующего целевого использования и включает планировку, формирование откосов, снятие, транспортирование и нанесение почвенного слоя. На техническом этапе проводится корректировка ландшафта (засыпка рвов, траншей, ям, впадин, провалов грунта, разравнивание и террасирование промышленных терриконов), создаются гидротехнические и мелиоративные сооружения, осуществляется захоронение токсичных отходов, производится нанесение плодородного слоя почвы.

Биологическая рекультивация предусматривает восстановление плодородия технически рекультивированных земель и состоит из комплекса агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на возобновление биоты [Н.Ф. Реймерс, 1990 ].

Общие требования к обоим типам: тщательное разравнивание поверхности нарушенных земель; нанесение плодородных и потенциально плодородных пород (гумусированных почвенных слоев, лессов и лессовидных суглинков) мощностью до 1,0 м.; регулирование водного режима и баланса питательных веществ с применением глубокой обработки поверхностного слоя, внесением минеральных и органических удобрений; правильный подбор культур и мелиоративных севооборотов в сочетании с различными агротехническими приемами [Т.С. Хачатуров, 1991].

Работа по технической рекультивации требует наибольших затрат. Ее эффективность значительно увеличивается при включении в качестве обязательного этапа в технологический процесс предприятия. Обычно полагают, что на этой стадии предприятия должны снять с отведенных под обработку участков плодородный слой для дальнейшего его использовании в восстановительных мероприятиях. Выемка плодородного слоя должна опережать вскрышные работы не менее чем на 1 год. Его высота определяется содержанием гумуса, которое рекомендуется не ниже чем 1-2%. Гумусированный слой хранят сроком до 20 лет в буртах или штабелях высотой 10-15 м. Для предохранения от эрозии штабели подвергают планировке и засевают травой [М.Н. Заславский, 1983].