Биологическая рекультивация и ремедиация техногенно
нарушенных земель
Чекасина Е.В., Егоров И.В.
В России, из хозяйственного оборота ежегодно выпадает
тысячи и тысячи гектар плодородной земли. Виной тому – отходы после сжигания
углей в топках ТЭЦ и ГРЭС, шламоотвалы и хвостохранилища предприятий
горнорудной и угольной промышленности, черной и цветной металлургии. В
перспективе, проблема может усугубиться переходом выработки электроэнергии с
газа на уголь с высокой зольностью. Как это не прискорбно, но большая часть
площадей интенсивнее всего отчуждается в центре и на юге европейской части, а
также на юге Западной Сибири. То есть там, где природой созданы наиболее
благоприятные условия для сельскохозяйственного производства и проживания
человека. Ухудшение экологических условий имеет особенно глубокий резонанс
из-за высокой плотности населения. К сожалению, видимого прогресса по решению
проблем рекультивации и ремедиации нарушенных земель за последние годы
наблюдать не приходится. К тому же, все эти техногенные и антропогенные
нарушения изменяют санитарное состояние в месте их образования. Ухудшают
условия жизнеобитания людей, подчас вызывая аллергии или респираторные
заболевания.
Так, зола после сжигания каменных углей в топках ГРЭС
и ТЭЦ, представляет собой бесструктурную, однородную тёмно-серую, рассыпчатую,
сильно пылящую массу, Она является причиной пыльных бурь в районах размещения
зольников. Плотность твёрдой фазы золы 1,80 г/см3, объёмная масса 0,68 г/см3.
По химическому составу – это сложное вещество, содержащее оксиды кремния,
алюминия, железа, тяжелые металлы. Было установлено, что почвенная микрофлора в
субстратах загрязнителях насчитывает, не более нескольких тысяч КОЕ на 100
граммов субстрата. Данные микробиологического анализа также показывают, что
почвенная микрофлора золоотвала представлена аммонифицирующими,
денитрофицирующими, масляно-кислыми бактериями. В образцах обнаружено малое
количество олигонитрофильных нитрифицирующих, а также бактерий, разлагающих
клетчатку, грибов и актиномицетов. Содержание подвижного калия (К2О) –7,0 мг на
100 г субстрата, нитратного азота менее 1,7 мг на 100 г субстрата, рНсол 9,3.
Самозаростание отвалов идет крайне медленно. Это связано с небольшим
содержанием азота в субстрате и неустойчивостью водного режима. Поэтому,
применительно к каждому субстрату загрязнителю была разработана композиция
биопрепаратов на основе бактерий - диазотрофов фосфат растворяющих бактерий Azotobacter
chroococcum, Bacillus mucilaginosus, а также консорциумов микроорганизмов,
продуцирующих фитогормоны и регуляторы роста. Такой способ рекультивации
оказался очень эффективным. Его можно рассматривать как интродукцию комплекса
отселектированных почвенных микроорганизмов в субстрат, которые приживаются в
почвогрунте уже через 2-3 месяца.
Способ биологической рекультивации, разработанный и
запатентованный нами, в течение нескольких лет применялся на зольниках ТЭЦ в
Павлодарской области (Северный Казахстан), на хвостохранилищах и шламоотвалах
Качканарского горно-обогатительного комбината, угольных отвалах Приморского
края. Он включал: 1.Отбор проб субстрата для микробиологического и химического
анализа. 2. Составление технологической карты рекультивации (рекомендуемый
набор биопрепаратов и минеральных добавок, норма расхода и последовательность
их применения, способы высева семян и обработок биопрепаратами и т. д.). 3.
Обработка рекультивируемой площади биопрепаратами в соответствии с
технологической картой. 4. Обработка растений биопрепаратами. 5. Фенологические
наблюдения и почвенные анализы. 6.Оценка эффективности обработки. 7. Отбор
пробы растений для анализа на вынос вредных веществ и тяжелых металлов. Чтобы
воссоздать плодородие почв рекультивируемого грунта, вначале высевают травы,
которые не предъявляют высоких требований к почвенным условиям. По мере
восстановления плодородия на рекультивируемых землях возделываются более ценные
с/х культуры.
На рекультивируемую площадь вносились минеральные удобрения
(нитроаммофос), а непосредственно перед посевом семян – активатор почвенной
микрофлоры. Предпосевную обработку, семян многолетних трав эндемиков (люцерна,
эспарцет, житняк, волосенец, донник белый и желтый, эспарцет), проводили
активатором прорастания семян, азотовитом, ризоком-плексом и бактофосфином.
Через месяц после появления всходов посевы обрабатывали активатором
фотосинтеза. Визуальная оценка рекультиви-руемой площадки на второй год
рекультивации выявила 80-85% зелёного покрова от проектного. Высота травостоя в
среднем составляла 50-70 см. Кроме того, появились дикорастущие травы, семена
которых были занесены ветром. Определён их ботанический состав – это полынь
горькая, вейник, пырей ползучий, бескильница, кохия и др. С помощью трав происходит
также очищение рекультивируемого грунта от тяжелых металлов, которые через
корневую систему попадают в листья и стебли. После скашивания трава сжигается в
герметичных печах, а из золы выделяются металлы. Данные выноса тяжелых металлов
представлены в таблице.
Вынос растениями тяжелых металлов из рекультивируемого
грунта
1-й год рекультивации
Элементы
Массовая доля элементов
мг/кг
В высушенной траве
В золе
Норма в кормах
Бор
342,0
219,0
-
Марганец
52,0
239,0
20
Цинк
20,0
8,8
20
Никель
11,5
11,0
-
Хром
6,8,0
3,8
-
Ртуть
0,23
0,05
0,02
Свинец
3,0
6,3
0,5
Медь
3,7
91,0
3-12
Кадмий
0,2
0,5
0,1
Кобальт
1,0
3,2
0,25
Микробиологический анализ проб почвогрунта к концу
вегетационного периода (осенью) подтвердил начало процесса активного развития
почвенной микрофлоры. Проведено определение состава микробиоценоза золоотвала в
первый и второй годы рекультивации.
Состав микробиоценоза золоотвала Ермаковской ГРЭС
Группа микроорганизмов
До рекультивации
1-й год рекультивации
2-й год рекультивации
Сапрофиты
2,3х106
20,3х106
9,4 х106
Актиномицеты
0,2х106
0,26 х106
0,41 х106
Грибы
2,5х106
3,5х103
2,5 х103
Олигонитрофилы в т.ч.
азотобактер и клубеньковые бактерии
4,8 х106
83,2 х106
442,3 х106
Бактерии, разлагающие
клетчатку
0,3х103
0,3 х103
1,3 х103
Аммонификаторы
2,5 х103
25 х103
25 х103
Денитрификаторы
0,25 х103
0
60 х103
Масляно-кислые
2,5 х103
2,5 х104
1,1 х106
Анаэробные фиксаторы х103
азота
0,25 х103
0,6 х103
0,6 х103
Итого
7,3 х106
103,81 х106
454,94 х106
Данные представлены в таблице показали, что
биопрепараты, внесённые в золоотвал, значительно активизировали в нём процессы
почвообразования и биологическую активность. Так, например, численность
актиномицетов и олигонитрофилов повысилась на три порядка, численность
бактерий, разлагающих клетчатку – на несколько порядков, рН достигало 7,5 – 7,6
по сравнению с 9,3 начальным значением. Отмечено начало накопления
органического вещества. Обработка почвы биопрепаратами проводилась на
протяжении трех лет, и к концу этого периода сформировались основные группы
почвенной микрофлоры. Каталазная активность составляла 5-7,5 мл О2, в то время
как в начальной пробе, до начала обработки биопрепаратами, определить величину
каталазной активности не удавалось. Содержание гумуса составляло 0,15-0,2% ,что
свидетельствовало о протекании активного процесса почвообразования.
Отличие разработанной нами технологии рекультивации
нарушенных земель от известных, заключается в том, что в момент высева семян
эндемиков в рекультивируемый грунт, каждый проросток получает достаточное
количество питательных веществ и микроорганизмов. При этом, углерод и азот
растения получают из воздуха, за счёт фотосинтеза и азотфиксирующих бактерий.
Фосфор и калий выщелачиваются из алюмосиликатов и рекультивируемого субстрата.
Благодаря этому при прорастании семян вокруг корешка формируется свой
микроагроценоз. Предварительные и последующие внесения агрополезных
микроорганизмов способствует объединению между собой множества отдельных
агробиоценозов развивающихся растений в сплошной тонкий слой гумуса, с которого
и начинается восстановление нормального плодородного слоя.
Предлагаемый способ биологической рекультивации имеет
высокую экологическую и социальную значимость так как направлен на решение
таких проблем как:
Восстановление плодородия пахотных земель без
нанесения плодородного слоя.
Ликвидация операций по технической рекультивации.
Возвращение в землепользование техногенно и
антропогенно нарушенных земель, использование их под кормовые угодия.
Ликвидация пыльных бурь.
Оздоровление санитарной и экологической обстановки в
районе его применения.
Полная механизация процесса.
Использование комплекса экологически чистых
биопрепаратов.
Увеличение занятости населения.
Биопрепараты обеспечивают ускоренный рост и развитие
растений благодаря активации почвенной микрофлоры, улучшению азотного и
фосфорного питания. Это приводит к образованию дернины до глубины 18-20 см.
Активный травостой, высокая приживаемость микроорганизмов уже в первый год
позволяет снизить затраты в 5-8 раз по сравнению с известными. Применение
данного способа рекультивации не только ускоряет процесс почвообразования, но и
улучшает экологические условия в районе применения. Способствует созданию
зеленого ландшафта, оздоровлению воздушной среды и возврату нарушенных земель в
землепользование в течение 3-4 лет.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы
материалы с сайта http://www.ecoguild.ru/