Результаты мониторинга рекультивированной второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А. К. Кортунова Донского государственного аграрного университета

Результаты мониторинга рекультивированной второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС

И. В. Гурина

Цель исследований заключалась в проведении мониторинга рекультивационного слоя золоотвала для оценки успешности биологической рекультивации. Объектом исследований являлся рекультивационный слой второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС. В соответствии с порядком мониторинга отбор образцов рекультивационного слоя осуществлялся каждые 3-5 лет после биологической рекультивации. Анализы выполнялись в сертифицированной лаборатории Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации. Биологическая рекультивация с использованием фитомелиорации проводилась на второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС в 2004 г. С 2005 г. на золоотвале осуществлялся мониторинг. Полученные результаты позволили отметить тенденцию к увеличению содержания в рекультивационном слое органического вещества, которое в 2014 г. в горизонте 0-20 см составило 6,25 % (что на 6,09, 6,18 и 6,24 % превысило показатели 2011, 2008 и 2003 гг.), в горизонте 20-40 см субстрата - 17,30 % (что на 14,07, 14,61 и 17,21 % превысило данные 2011, 2008 и 2003 гг.). Выявлено снижение значений рН в горизонтах 0-20 и 20-40 см рекультивационного слоя. Анализ приведенных данных показал, что в 2014 г. продолжилось снижение значений рН: в горизонте 0-20 см - на 0,10, 20-40 см - на 0,11. Отмечено уменьшение содержания тяжелых металлов в рекультивационном слое. Таким образом, результаты проведенного мониторинга выявили, что выполненная фитомелиорация оказала существенное влияние на состояние рекультивационного слоя золоотвала. Полученные результаты позволяют сделать заключение о протекающих положительных процессах, способствующих накоплению органического вещества в рекультивационном слое золоотвала в виде биомассы и корневой системы растений травосмеси «эспарцет + пырей + кострец», что достигнуто с помощью культур-фитомелиорантов.

Ключевые слова: мониторинг, показатели мониторинга, золоотвал, биологическая рекультивация, фитомелиорация, рекультивационный слой.

I. V. Gurina, A. I. Shchirenko, Yu. S. Rogozina

Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation

THE MONITORING RESULTS OF THE SECOND RECULTIVATED ASH DUMP SECTION OF NOVOCHERKASSK SDP

(STATE DISTRICT POWER STATION)

The purpose of research was to monitor the recultivated ash dump layer for assessment the biological recultivation success. The object of this research was the recultivation layer of the second ash dump section of Novocherkassk Power Station. In accordance with the monitoring procedure, the sampling of the recultivated layer was done every 3-5 years after biological recultivation. Analyses were carried out in a specialized laboratory of Russian Research Institute of Land Improvement Problems. Biological recultivation with phytomelioration was performed on the second ash dump section of State District Power station in Novocherkassk in 2004. The ash dump section has been monitored since 2005. The received results allowed us to notice the tendency towards the increase of organic matter content in recultivated layer which in horizon 0-20 cm was 6.25 % (which is 6.09; 6.18, 6.24 % more than in 2011, 2008 and 2003), in horizon 20-40 cm was 17.3 % in 2014 (which is 14.07 %, 14.61 %, 17.21 % more than in 2011, 2008 and 2003). A decrease in the pH values in horizons 0-20 and 20-40 cm of recultivation layer is noted. Analysis of the given data showed the pH decrease in 2014: in horizon 0-20 cm it was equal to 0.10, in horizon 20-40 cm it was equal - 0.11. A decrease in heavy metals content in recultivation layer is also mentioned. Thus, the results of the monitoring revealed that performed phytomelioration had a significant impact on the ash dump recultivation layer. The received results allow to make conclusion on proceeding positive processes contributing to the organic matter accumulation in recultivation layer of ash dump in the form of biomass and root system of plant mixtures “hungarian sainfoin + couch grass + awnless bromegrass” that is achieved by fitomeliorants.

Keywords: monitoring, monitoring results, ash dump, biological recultivation, phytomelioration, recultivated layer.

Мониторинг рекультивированных земель, в частности отработанных золоотвалов тепловых электростанций, позволяет не только оценить успешность проведенной биологической рекультивации, но и обосновать необходимость применения мелиоративных мероприятий для ускорения восстановления нарушенных компонентов геосистемы. Одной из проблем мониторинга является установление параметров наблюдений, которые должны проводиться в соответствии со стандартными методиками, общепринятыми критериями и оценками [1, 2].

Как правило, на рекультивированных землях целью мониторинга фиторазнообразия является наблюдение за формированием биоты, поскольку развивающиеся фитоценозы считаются наиболее информативным компонентом ландшафта [3-7]. золоотвал фитомелиорация биологический

Однако помимо формирующихся растительных сообществ к средообразующим компонентам восстанавливаемой геосистемы относят и почвенный покров, который складывается в результате почвообразовательного процесса. Поэтому система показателей мониторинга рекультивированных земель, в частности золоотвалов тепловых электростанций, включает также и наблюдения за трансформациями рекультивационного слоя.

В связи с этим цель исследований заключалась в проведении мониторинга рекультивационного слоя золоотвала для оценки успешности биологической рекультивации.

Материалы и методы. Объектом исследований являлся рекультивационный слой второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС, состоящий из супесчаного и суглинистого субстратов толщиной 30-40 см.

В соответствии с порядком проведения мониторинга отбор образцов рекультивационного слоя на содержание нитратного азота, подвижного фосфора, обменного калия, поглощенных натрия, кальция и магния, рН водной вытяжки, солевого состава в водной вытяжке, органического вещества, тяжелых металлов, а также для определения гранулометрического и микроагрегатного состава осуществлялся каждые 3-5 лет после биологической рекультивации. Образцы отбирались на рекультивированной второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС в 2008, 2011 и 2014 гг. Анализы выполнялись в сертифицированной лаборатории ФГБНУ «РосНИИПМ».

Результаты и обсуждение. Исследования проводились на второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС, находящегося на юге Европейской части Российской Федерации, в западной провинции недостаточного увлажнения с умеренно-континентальным климатом. Его расположение в степной зоне Ростовской области определяет достаточное обеспечение теплом, но недостаточную влагообеспеченность. Согласно агроклиматическому районированию Ростовской области [8, 9] данная территория по условиям тепло- и влагообеспеченности относится к засушливой, с недостаточно жарким летом и умеренно холодной зимой.

До проведения биологической рекультивации на второй секции были отобраны образцы рекультивационного слоя и представлены в аналитическую лабораторию ФГБНУ «РосНИИПМ».

Результаты выполненных анализов показали, что исследуемые образцы характеризовались крайне низким содержанием органического вещества, высокой щелочностью, а также имели низкую обеспеченность питательными элементами (таблица 1).

Таблица 1 - Результаты агрохимического анализа образцов рекультивационного слоя второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС (2003 г.)

Содержание поглощенного натрия в горизонте 0-20 см в среднем составляло 0,32 ммоль/100 г субстрата, в горизонте 20-40 см он отсутствовал. Содержание кальция в рассматриваемых горизонтах рекультивационного слоя было равно 3,90 и 5,02 ммоль/100 г соответственно, а магния - 1,32 и 2,46 ммоль/100 г субстрата. Анализ солевого состава водной вытяжки позволил установить, что сумма ионов в горизонте 0-20 см рекультивационного слоя составила 0,101 г, сухой остаток - 0,096 г, в горизонте 0-40 см - 0,087 и 0,100 г соответственно.

По результатам выполненного анализа образцов рекультивационного слоя было выявлено наличие в них тяжелых металлов 1-го (Pb, Zn, Cd) и

2-го (Cu, Ni) классов опасности (рисунок 1).

Рисунок 1 - Содержание тяжелых металлов в образцах рекультивационного слоя второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС (2003 г.)

В образцах, отобранных с горизонта 20-40 см, содержалось в два раза больше тяжелых металлов, чем в образцах, которые отбирались с горизонта 0-20 см. Однако образцы характеризовались умеренным (не превышающим фона) уровнем содержания тяжелых металлов, что позволяло считать сформированный на техническом этапе рекультивационный слой пригодным для проведения биологической рекультивации.

Биологическая рекультивация с использованием фитомелиорации выполнялась на второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС в 2004 г.

Поверхность второй секции золоотвала была залужена многолетней травосмесью «эспарцет + пырей + кострец». Посев выбранной для залужения травосмеси проводили после внесения минеральных удобрений дозой N30P30K30 кг/га д. в. Высеянные сельскохозяйственные культуры произрастали при естественной влагообеспеченности, улучшение условий их обитания достигалось только за счет применения сбалансированного минерального питания.

В последующие годы в период вегетации травосмеси осуществлялись уходные работы, поскольку травосмесь «эспарцет + пырей + кострец» является многолетней. Ранней весной выполнялось боронование посевов с целью удаления растительных остатков и рыхления верхнего слоя. При появлении в посевах многолетних корнеотпрысковых сорняков проводили скашивание травостоя, не допуская осеменения сорных растений. В начале вегетации ежегодно производилась подкормка растений травосмеси азотными удобрениями расчетной дозой N60 кг/га д. в., а в конце вегетации в виде подкормки вносились фосфорные и калийные удобрения дозой Р90К60 кг/га д. в.

Проведенная фитомелиорация позволила устранить пыление выведенной из эксплуатации секции золоотвала и «вписать» техногенную геосистему в прилегающий ландшафт. С 2005 г. на золоотвале осуществлялся мониторинг [10]. Результаты микроагрегатного анализа образцов рекультивационного слоя приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Микроагрегатный состав образцов рекультивационного слоя второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС

Анализ результатов 2008 г. позволил установить преобладание в образцах физического песка (98,44 % в горизонте 0-20 см и 78,28 % в горизонте 20-40 см), содержание физической глины составило 1,56 и 21,27 %. Выявлено повышенное содержание фракций размером 0,25-0,05 и

0,05-0,01 мм. Анализ данных 2011 г. показал, что в исследуемых образцах преобладает физический песок. В горизонте 0-20 см рекультивационного слоя его содержание составило 95,26 %, горизонте 20-40 см - 77,12 %.

По сравнению с показателями микроагрегатного анализа, выполненного в 2008 г., произошло снижение содержания физического песка в горизонтах 0-20 и 20-40 см на 3,18 и 1,16 % соответственно. Доля физической глины в образцах, напротив, увеличилась: в горизонте 0-20 см - на 3,18 %, горизонте 20-40 см - на 1,61 %. Данная тенденция наблюдалась и в 2014 г. Результаты проведенного анализа позволили выявить сокращение содержания физического песка в горизонте 0-20 см рекультивационного слоя на 3,28 %, горизонте 20-40 см - на 1,66 %. Почти в 2 раза возросла доля физической глины в горизонте 0-20 см рекультивационного слоя по сравнению с данными 2011 г. В горизонте 20-40 см также установлено увеличение ее содержания на 1,66 % по сравнению с показателями 2011 г.

Результаты содержания подвижных форм питательных элементов в рекультивационном слое в динамике приведены на рисунках 2 и 3. В 2014 г. в горизонте 0-20 см увеличилось содержание нитратного азота и подвижного фосфора по сравнению с 2011 г. Установлено снижение доли обменного калия по сравнению с данными 2011 г., что объясняется его использованием растениями травосмеси. В 2014 г. в слое 20-40 см возросло содержание нитратного азота и подвижного фосфора по сравнению с результатами анализов, выполненных в 2011 г. Выявлено снижение обменного калия на 48 мг/кг по сравнению с 2011 г., как видно на рисунке 3.

Рисунок 2 - Содержание подвижных форм питательных элементов в слое 0-20 см субстрата второй секции золоотвала

Рисунок 3 - Содержание подвижных форм питательных элементов в слое 20-40 см субстрата второй секции золоотвала

Однако в целом, по сравнению с первоначальными результатами анализов, выполненными в 2003 г., наблюдается увеличение содержания питательных веществ в рекультивационном слое золоотвала, что произошло за счет внесения минеральных удобрений.

Проведенные анализы показали, что на рекультивированной секции золоотвала сохранилась тенденция к увеличению содержания органического вещества в субстрате (рисунок 4).

Рисунок 4 - Содержание органического вещества в субстрате второй секции золоотвала

В 2014 г. содержание органического вещества в горизонте 0-20 см составило 6,25 % (что на 6,09, 6,18 и 6,24 % превысило показатели 2011, 2008 и 2003 гг.), в горизонте 20-40 см субстрата - 17,30 % (что на 14,07, 14,61 и 17,21 % превысило данные 2011, 2008 и 2003 гг.). Сравнение результатов анализов, выполненных в 2014 г., с первоначальными данными, полученными в 2003 г., до проведения биологической рекультивации с использованием фитомелиорации показало существенное увеличение содержания органического вещества в субстрате, что свидетельствует о положительных процессах, происходящих на рекультивированной секции золоотвала.

На рисунке 5 представлены результаты анализов образцов рекультивационного слоя второй секции золоотвала на определение уровня рН. Анализ приведенных данных показал, что в 2014 г. продолжилось снижение значений рН: в горизонте 0-20 см рекультивационного слоя - на 0,10, 20-40 см - на 0,11. В целом за период, прошедший с момента первоначального отбора образцов, выполненного до проведения биологической рекультивации золоотвала с использованием технологии фитомелиорации, одним из элементов которой было внесение минеральных удобрений N60P120K90 кг/га д. в., произошло уменьшение щелочности рекультивационного слоя.

Рисунок 5 - Результаты анализов образцов рекультивационного слоя второй секции золоотвала на рН

Результаты анализа солевого состава водной вытяжки образцов рекультивационного слоя приведены в таблице 3. Анализ, выполненный в 2014 г., показал снижение содержания ионов в горизонте 0-20 см рекультивационного слоя: сумма ионов составила 0,058 г, сухой остаток - 0,076 г, что на 0,043 и 0,020 г меньше в сравнении с данными 2003 г.

По результатам анализа обменных оснований (таблица 4) выявлено, что в 2014 г. в слое 0-20 см по сравнению с показателями 2003, 2008 и 2011 гг. увеличилось содержание поглощенных натрия, кальция и магния. В слое 20-40 см также установлено возрастание доли натрия и кальция, что объясняется расположением основной массы корневой системы растений травосмеси в золошлаковом субстрате.

Таблица 3 - Результаты анализа солевого состава водной вытяжки образцов рекультивационного слоя

Таблица 4 - Результаты анализа обменных оснований

Результаты анализов образцов на содержание тяжелых металлов приведены на рисунках 6 и 7.

Рисунок 6 - Содержание тяжелых металлов в горизонте 0-20 см

Рисунок 7 - Содержание тяжелых металлов в горизонте 20-40 см

Выводы

Изучение особенностей мониторинга рекультивированных земель, в частности золоотвалов тепловых электростанций, позволило отметить, что помимо наблюдений за развивающимися растительными сообществами, необходимо осуществлять мониторинг рекультивационного слоя, поскольку он является одним из средообразующих компонентов формирующейся геосистемы.

Результаты мониторинга рекультивированной второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС выявили, что выполненная фитомелиорация оказала существенное влияние на состояние рекультивационного слоя золоотвала. После проведения фитомелиорации на рассматриваемой территории установлена тенденция к увеличению содержания органического вещества в рекультивационном слое. Полученные результаты позволяют сделать заключение о протекающих положительных процессах, способствующих накоплению органического вещества в рекультивационном слое золоотвала в виде биомассы и корневой системы растений травосмеси «эспарцет + пырей + кострец», что достигнуто с помощью культур-фитомелиорантов. Отмечено снижение значений рН в горизонтах 0-20 и 20-40 см рекультивационного слоя, что произошло в результате внесения комплексных минеральных удобрений дозой N60P120K90 кг/га д. в. Выявлено уменьшение содержания тяжелых металлов в рекультивационном слое, что также достигнуто путем проведения фитомелиорации.

Список использованных источников

1 Дюкарев, А. Г. Мониторинг и оценка состояния лесных экосистем / А. Г. Дюкарев, Н. Н. Пологова // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. - 2008. - № 4. - С. 390-399.

2 Израэль, Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю. А. Израэль. - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.

3 Чибрик, Т. С. Формирование фитоценозов на нарушенных промышленностью землях (биологическая рекультивация) / Т. С. Чибрик, Ю. А. Елькин. - Свердловск: УрГУ, 1991. - 220 с.

4 Экологические основы и опыт биологической рекультивации нарушенных промышленностью земель / Т. С. Чибрик, Н. В. Лукина, Е. И. Филимонова, М. А. Глазырина. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2011. - 286 с.

5 Чибрик, Т. С. Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных промышленностью земель / Т. С. Чибрик, М. А. Глазырина. - Екатеринбург, 2008. - 195 с.

6 Экологические основы и методы биологической рекультивации золоотвалов тепловых электростанций на Урале / А. К. Махнев [и др.]. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - 356 с.

7 Динамика фитоценозов техногенных ландшафтов / Т. С. Чибрик, Н. В. Лукина, М. А. Глазырина, Е. И. Филимонова // Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель: материалы Междунар. науч. конф., г. Екатеринбург, 4-8 июня 2007 г. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2007. - С. 762-779.

8 Климат и агроклиматические ресурсы Ростовской области / Ю. П. Хрусталев [и др.]. - Ростов н/Д.: Батайское книжное изд-во, 2002. - 184 с.

9 Агроклиматические ресурсы Ростовской области: справочник / Гл. упр. гидрометеорол. службы при Совете Министров СССР. Сев.-Кавк. упр. гидрометеорол. службы. Рост. гидрометеорол. обсерватория. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 251 с.

10 Гурина, И. В. Влияние фитомелиорации на агрохимические свойства рекультивационного слоя второй отработанной секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС / И. В. Гурина // Труды Кубанского государственного аграрного университета: научный журнал / КубГАУ, 2009. - № 6(21). - С. 241-243.

Размещено на Allbest.ru