Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химико-биологический факультет

Кафедра биологии и почвоведения

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Почвоведение»

Биологический этап рекультивации земель

Руководитель доцент, канд. биолог. наук

Л.В. Галактионова

Студентка группы 16Био(ба)-БОП

Д. А. Бегмуратов

Оренбург 2020



Аннотация

Данная курсовая работу на тему «Биологический этап рекультивации земель» нацелена на изучение данного процесса и основных аспектов проведения данного процесса.

Работа содержит 30 страниц печатного текста и 27 использованных источников



Annotation

This course work on the topic "Biological stage of reclamation earth" is aimed at studying this process and the main aspects of this process. The work contains 30 pages of printed text and 27 sources used.



Содержание

рекультивация земля биологический загрязнение

Введение

1. Теоретически-практическая часть

1.1 Правовые основы рекультивации земель

1.2 Рекультивация лесохозяйственного назначения

1.3 Основные задачи биологической рекультивации

2. Методы исследования

3. Системная индикация. Мониторинг

4. Рекультивация нарушенных земель при нефти загрязнении

Заключение

Список литературы



Введение

Постоянная деятельность человека приводит к необратимому изменению окружающей природной среды. При этом уничтожаются созданные веками экотопы, существенно изменяется флора и фауна прилегающих территорий. Из хозяйственного оборота выпадают значительные площади, используемые ранее как сельскохозяйственные угодья (пашни, сенокосы, и пастбища). Все горнорудные предприятия, ведущие разработку и переработку полезных ископаемых, проводят рекультивацию на нарушенной территории создают вновь продуктивные и экологически сбалансированные биоценозы, которые играть хозяйственную и природоохранную роль [24]. При проведении строительных работ по постройке объектов инфраструктуры. Привели к изменению рельефа и растительности; значительно изменился почвенный покров, что в результате привело к формированию явлению антропогенных форм почв и почвоподобных тел [15].Современные темпы разработки полезных ископаемых, часто противоречат проблеме сохранения почвенного покрова и охраны природы. В близи крупных с развитой появляются «индустриальные и технологические пустыни», которые занимают большие площади и пагубно влияют на качество среды обитания человека. Особенно велик вред при открытых разработках полезных ископаемых - угля, руд черных и цветных металлов, строительных материалов и др. [21]. Активная добыча природных ресурсов увеличила нагрузку на природные территории. Добыча в карьере резко разрушает флору и фауну, тем самым снижая разнообразие живых организмов, нарушая основные экологические связи. Хотя современный арсенал человечества не могут восстановить природные системы, зато ее можно применять для улучшения природопользования реставрации нарушенных экосистем за счет внесения различных видов растений и животных в экосистемы для естественной эволюции и восстановления экосистем. Из этого следует, что многие карьеры используют реабилитационные или рекультивационные мероприятия, направленные на сохранение разнообразия живых организмов [11].

В данной работе рассматриваются следующие задачи:

1. Теоретически-правовая часть.

1.1 Правовые основы рекультивации земель

1.2 Рекультивация лесохозяйственного назначения

1.3 Основные задачи биологической рекультивации

2. Методы исследования

3. Система индексов и Мониторинг

4. Рекультивация при нефти загрязнении



1. Теоретически-практическая часть

1.1 Правовые основы рекультивации земель

Вопросы оценки антропогенного воздействия на окружающую среду при разработке сухопутных проектов имеют первоочередное значение, как для успешного прохождения государственной экологической экспертизы, на которую подаются материалы ПМООС, так и при обучении специалистов, в том числе с глобализацией экологических проблем в нынешнее время, например. Вопросы оценки воздействия на почвенно-растительный покров на прямую связаны с вопросом рекультивации.

Вопросы охраны земель и растительного покрова также могут возникать при проведении экологического аудита, инженерно-экологических изысканий и ликвидации накопленного экологического ущерба, в том числе от проектов нефтегазовой отрасли, а также при оценке накопленного экологического ущерба и разработке проектов в рамках «зеленой экономики»[3].

Проведения мероприятий по рекультивации нарушенных и загрязненных земель является обязательным в соответствии Постановлением Правительства РФ от 16 февраля 2008 года №87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию», статья 25, раздел 8. В постановлении сказано, что необходимо проводить мероприятия по охране и рациональному использованию земельных ресурсов и почвенного покрова, в том числе мероприятия по рекультивации нарушенных или загрязненных земельных участков и почвенного покрова[1].

Мероприятия по рациональному использованию и охране земель проводят в соответствии с требованиями следующих законодательных и нормативно-правовых документов:

Земельный кодекс РФ от 25.10.2001 № 136-ФЗ;

Федеральный закон от 21.12.2004 г. № 172-ФЗ «О переводе земель или земельных участков из одной категории в другую»;

Лесной кодекс Российской Федерации от 04.12.2006 г. № 200-ФЗ;

Федеральный закон РФ № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»;

Постановление Правительства РФ от 23.02.94 г. № 140 «О рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы»;

Основные положения по рекультивации земель, снятию, хранению и рациональному использованию плодородного слоя почвы (утв. Приказом Минприроды России и Роскомзема от 22.12.95 г. № 525/67);

ГОСТ 17.5.1.01-83. Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и определения;

ГОСТ 17.4.2.02-83. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей пригодности нарушенного плодородного слоя почв для землевания;

ГОСТ 17.5.3.04-83. Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель;

ГОСТ 17.5.3.05-84. Охрана природы. Рекультивация земель. Общие требования к землеванию;

ГОСТ 17.4.3.02-85. Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ;

ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ;

ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации;

ГОСТ17.4.2.01-81. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния[1].

Данные нормативно-правовые документы служат подспорьем для проведения научной части.



1.2 Рекультивация лесохозяйственного назначения

Рекультивация лесохозяйственного назначения проводится для создания на нарушенных землях лесных насаждений промышленного, защитного, водорегулирующего, водо-охранного и рекреационного назначения. Начинается она с подбора древесных и кустарниковых растений в соответствии с пригодностью нарушенных земель для биологической рекультивации и исходя из природно-климатических условий. Например, в степной зоне для рекультивации отвалов, насыпей, карьерных выемок, создания защитных лесных полос рекомендуются следующие породы деревьев и кустарников: вяз, клен ясенелистный, акация белая, тополь черный, дуб красный, дуб черешчатый, акация желтая, смородина золотистая, тамарикс ветвистый, лох узколистный. [5]

Наиболее эффективным приемом биологической рекультивации на нарушенных землях является создание многовидового растительного покрова с участием многолетних трав и устойчивых пород кустарников и деревьев. При такой многоярусной структуре нарушенные земли хорошо защищены от эрозии и дефляции, а благодаря листовому опаду и корневым системам получают большой прирост органических веществ.

На землях, загрязненных техногенными продуктами, главной задачей биологической рекультивации является повышение самоочищающей способности почвы. Решение этой задачи возможно с помощью совместного функционирования технических и биологических систем, оперирующих широким набором мероприятий, в том числе с использованием специально выращенных микроорганизмов.

Рекультивация (очистка) почв от техногенных продуктов с помощью микроорганизмов основан на разложении этих продуктов в течение регламентированного времени. На практике этот способ применяется для очистки почв, загрязненных нефтью, нефтепродуктами и пестицидами. Технология биодеструктирование включает создание благоприятных водно-воздушных, тепловых и питательных условий микроорганизмам и регулярного контроля численности применяемой популяции. Поэтому эффективность такого вида рекультивации зависит от управляемости регулирующих факторов и качества штаммов.

Данный раздел является главным аспектом проведения биологического этапа рекультивации карьеров. На нем строиться вся техническая и биологическая часть. Так - как данный процесс нацелен на восстановление почвенного покрова без нанесения вреда окружающей среде, необходимо придерживаться жестких правил, норм и законов. Тем более все зависит от местности, климатических условий и т.д.

Для начало нужно понять что из себя представляет данный этап. Биологический этап рекультивации включает в себя посев многолетних трав, посадку древесных и кустарниковых видов, уход за ними[13].

В ходе длительных экспериментов, выяснилось возможность улучшения свойств субстратов с помощью различных приемов. Исходя из местных особенностей расположения отвалов возможны следующие основные приемы обогащения их поверхности необходимыми для роста и развития растений питательными веществами.

1. Прием «землевания» - нанесение на поверхность отвалов почвы, торфа или потенциально плодородного грунта, толщина слоя которых может колебаться от 2-4 см (на золоотвалах) до 20- 50 см и более (на породных отвалах). При землевании поверхность отвалов может покрываться как равномерно по всей площади, так и полосами, причем полосы с покрытием шириной 6-10 м каждая чередуются с такими же по размеру полосами без покрытия. Оба типа полос располагаются поперек направления ветров. С покрытием засеваются многолетними травами, также практикуются посадки деревьев и кустарников. Такой способ покрытия дает экономию как посевного и посадочного материала, так и наносимого покрытия.

2. Внесение полного минерального удобрения с учетом имеющегося содержания питательных веществ в субстрате, которое делится на два этапа: осенью вносятся фосфорные и калийные удобрения из расчета 60-90 кг действующего начала на гектар; весной вносятся азотные удобрения - 90 - 120 кг/га из расчета 30-45 кг действующего начала на гектар. Ежегодная подкормка посевов способствует лучшему развитию культур.

3. Полив поверхности отвалов, в частности золоотвалов, в течение вегетационного периода сточными водами (после прохождения их через очистные сооружения). Полив следует проводить как до посева, так и после, начиная с 10-го дня после посева, в течение всего вегетационного периода (с мая по сентябрь) из расчета 200-500 м3/га за раз, согласуя его с фазами развития растений. Состав применяемых сточных вод должен соответствовать нормам санитарно-эпидемиологической службы на содержание вредных веществ[13].

Агротехника посева растений состоит из 4 этапов:

1) Предпосевная обработка подготовленных площадей в зависимости от вида освоения, свойств субстрата может включать как безотвальную вспашку с почвоуглубителем, так и дискование или боронование тяжелыми боронами в 2--4 следа.

2) Подготовка семян. Семена злаковых трав не требуют предварительной обработки, но для улучшения всхожести их можно подвергнуть воздушно-тепловому обогреву. Семена бобовых по правилам следует подвергать скарификации. Но, как показал наш опыт, при посеве на отвалах этот прием можно не проводить, т. к. семена, не проросшие в первый год, пополняют количество растений в последующие годы. Хорошие результаты дает обработка семян бобовых бактериальными удобрениями, в частности нитрагином, из расчета 1 кг на рекомендуемую гектарную норму высева семян.

3) Сроки посева. Посев семян проводится или рано весной - с 25 апреля до 15 мая, или летом - с 20 июля по 10 августа, т.е. в период выпадения осадков. Посев семян можно проводить как вручную, так и механическим способом с использованием зернотравяной или овощной сеялки с последующим боронованием и прикатыванием гладким катком.

4) Глубина засевания семян. Мелкие семена заделываются на глубину 1-2 см, крупные - 3-4 см[13].

В основном используют для сельскохозяйственной (создание сенокосов) и рекреационной деятельности при озеленении отвалов и бортов карьеров. Активные мероприятия по биологической рекультивации нарушенных территорий -- единственный реальный способ в относительно короткое время вернуть землям, утраченное плодородие и экономическую ценность[12].

1.3 Основные задачи биологической рекультивации

Основными задачами биологической рекультивации является возобновление процесса почвообразования, повышение самоочищающей способности почвы и воспроизводство биоценозов. Биологическим этапом заканчивается формирование культурного ландшафта на нарушенных землях.

Организационно биологическая рекультивация проводится в две стадии. На первой выращиваются предварительные культуры, умеющие адаптироваться в существующих условиях и обладающие высокой восстановительной способностью. На второй - переходят к целевому использованию. Земли, загрязненные тяжелыми металлами, органическими веществами или продуктами промышленной переработки, на первой стадии подвергают очистке с помощью сорбентов, растений или микроорганизмов, а затем включают в хозяйственное использование под жестким контролем со стороны санитарно - эпидемиологических служб.

Для разработки эффективных способов биологической рекультивации большое значение имеет изучение процессов эволюции растительного покрова в различных природных зонах и техногенных условиях.

Формирование растительного покрова на отвалах вскрышных пород идет очень медленно из-за сложного изменяющегося во времени рельефа поверхности отвала, бедности горных пород питательными веществами, неустойчивости водного и теплового режимов. Продолжительность естественного формирования растительного покрова в лесной и лесостепной зоне характеризуется тремя периодами:

- в первые 5-6 лет от начала образования нарушенных земель появляется мозаичный несомкнутый растительный покров, состоящий из растений с широким диапазоном толерантности;

- в последующие 5-6 лет формируются многовидовое сообщество растений (30-40 видов), в котором заметно проявляются зональные черты и складывается многоярусная структура биоценозов;

- после 10-12 лет начинает преобладать дифференциация видового состава, господство переходит к многолетникам, создается устойчивый растительный покров с выраженной ярусностью, хорошо прослеживается сезонная динамика.

В сложных условиях сроки формирования растительного покрова значительно увеличиваются, например: на отвалах Подмосковного буроугольного бассейна с большой долей сульфидсодержащих пород к 20 годам растительный покров находится еще в начале второго периода.

На песчаных карьерах в степной зоне растительность появляется через 5-7 лет, к 10-12 годам может насчитывать 5-10 видов самых устойчивых растений: умин песчаный, полынь полевая, ястребинка волосистая и др.

На гравийных карьерах отдельные растения видны на 3-4 год. Первыми из них поселяются мать-и-мачеха, полынь обыкновенная. К 5-6 годам это уже 8-10 видов трав: овсяница овечья, ястребинка волосистая, кошачья лапка и др. К 15 годам насчитывается около 30 видов: сон-трава, тысячелистник обыкновенный, клевер полевой, ежа сборная, мятлик луговой; из древесно-кустарниковых растений: сосна обыкновенная, ива.

На выработанных торфяных карьерах при достаточном количестве влаги и питательных веществ растительность появляется уже в первый год. Вначале появляются редкие растения: мать-и-мачеха, овсяница, зеленый мох, крапива, осока. Через 2-3 года образуется сплошной травяной покров: овсяница, крапива, осока, череда, тростник, хвощ, ситник, гусиная лапка, кислица. Через 5-6 лет поселяются древесно-кустарниковые: ольха черная, ива, калина, лоза, ольха серая, клен, береза, осина, тополь.

Зарастание нарушенных земель создает в молодых почвах запас органических веществ, который в результате биохимических процессов улучшает питательный режим этих почв и способствует образованию устойчивого растительного покрова.

Скорость почвообразования и формирование почвенных горизонтов зависят от свойств почвообразующих пород, их водного и теплового режимов, рельефа, природно-климатических условий данного района, от видового состава растительности и продолжительности природного восстановления земель.

Отвалы и насыпи вскрышных пород быстрее зарастают с северной и северо-западной стороны, поскольку здесь наблюдаются устойчивый водный и тепловой режимы. Южные склоны, испытывающие наибольшие перепады температур и значительную эрозию, покрываться растительностью лишь в нижних частях склона, где накапливается смытый мелкозем.

На 25-летних суглинистых отвалах Подмосковного угольного бассейна под лесным покровом скорость почвообразования составляет 2,4…3,6 мм/год, под травами - 4 мм/год. Там же на молодых 9-летних отвалах под травами - 6,7 мм/год. На песчаных отвалах, поросших травой, скорость почвообразования близка к скорости в лесу - 3,5мм/год.

Интенсивное накопление гумуса на нарушенных землях наблюдается в период от 5 до 20 лет, далее скорость почвообразования снижается, что обуславливается устойчивостью биогеохимических процессов под определенными сообществами растений (рис. 2). В результате этих процессов в конкретных природно-климатических зонах формируются молодые почвы близкие по генезису к зональным почвам, но отличающиеся от современных почв в силу ряда причин:

- процесс формирования почв - это очень длительный процесс;

- нарушенные земли имеют другие по генезису почвообразующие породы;

- факторы почвообразования претерпели изменения.

Поэтому на нарушенных землях, особенно в тех местах, где целевое использование затруднено в силу организационных, технологических, социальных и природно-климатических условий, необходимо стремиться, прежде всего, к стимулированию растительного покрова. Для этой цели можно использовать приуроченность отдельных видов растений к определенным типам и свойствам почв, грунтов и горных пород. Такие растения выявляются в ходе ботанического и видового анализа растительных образцов, взятых на нарушенных землях, и могут быть рекомендованы в качестве пионерных (предварительных, авангардных) культур.

Приуроченность растений к вскрышным породам Курской магнитной аномалии (зона лесостепей) представлена в таблице 4.

На 24-летнем отвале Тишинского месторождения полиметаллических руд, отсыпанного серицито-хлорито-кварцевыми породами, алевролитами, порфиритами, встречаются донник белый и желтый, синяк обыкновенный, иван-чай, мышиный горошек, горец птичий, полынь обыкновенная и горькая, ежа сборная, кострец безостый, овсяница, вейник наземный, мать-и-мачеха и др., из древесно-кустарниковых пород - береза бородавчатая, осина, тополь, клен, шиповник, бузина и др.

Таблица 1

Видовой состав растений, приуроченный к отвалам вскрышных пород

Породы	Видовой состав растений
левриты юры Пески Мело-мергели Глина	Кострец японский, синяк обыкновенный, вейник наземный, вика яровая Клевер ползучий, одуванчик поздний, мятлик узколистный, овсяница луговая Подорожник ланцетолистный, полынь горькая, полынь обыкновенная, цикорий обыкновенный, клевер луговой, лядвинец рогатый Мать-и-мачеха, тысячелистник, клевер белый

С помощью растений можно определить преимущественное содержание отдельных металлов в почве. Это свойство растений для целей горного дела начали специально изучать еще в XYI веке. В 1763г. М.В. Ломоносов отмечал: «На горах, в которых руда и другие минералы родятся, растущие деревья бывают обыкновенно нездоровы, то есть листья их бледны, а сами низки, кривлеваты и до совершенной старости своей подсыхают, а трава, под жилами растущая, бывает обыкновенно мельче и бледнее».

Таблица 2

Видовой состав растений, приуроченный к землям, содержащим в избытке соли тяжелых металлов

Соли металлов	Видовой состав растений
Медь, железо Медь Цинк Цинк, свинец, кадмий Свинец, хром Цинк, кадмий Кобальт Никель	Шиповник Качим (растение семейства гвоздичных) Фиалка, ярутка Горец большой Горчица индийская Альпийский хеллеркраут Греческий ибискус Гречиха

На землях, где проведение технической рекультивации затруднено, или возможно повторное их использование (например: повторное использование отвалов, содержащих породы с малой концентрацией редких металлов) создают растительный покров разбрасыванием дражированных семян травосмесей и кустарников. Семена растений с учетом их приуроченности к горным породам разбрасывают самолетом ранней весной вместе с небольшими дозами минеральных удобрений.

Способность растения приживаться используется при рекультивации отвалов нетоксичных вскрышных породах без предварительного нанесения почвенного слоя. Для этого разрабатывается специальная технология культивирования растений, например:

- выращивание бобовых трав в течение 3…4 лет с запашкой на глубину 25…30 см;

- выращивание злаково-бобовой травосмеси с внесением небольшой дозой минеральных удобрений в течение 3…4 лет с последующей запашкой трав на глубину 20…25 см;

- посев трав (викоовсяная смесь, донник) с последующей запашкой.

Применение такой технологии на отвалах Курской магнитной аномалии позволило создать в слое 0…20 см запас гумуса 1.5 % и получить урожай ржи и ячменя около 20 ц/га. Если нарушенные земли предназначены для сельскохозяйственного использования, то общий состав работ биологической рекультивации должен быть следующим:

- планировка поверхности земли и нанесение на нее почвенного слоя, особенно на субстраты, содержащие малопригодные породы (заключительные работы технической рекультивации);

- выращивание пионерных культур (однолетних или многолетних) для активизации процессов почвообразования;

- введение специальных севооборотов для восстановления и формирования почвенного слоя;

- применение приемов почвозащитного земледелия для повышения плодородия почвы и ее устойчивости против эрозии и дефляции;

- мониторинг почв природоохранными и санитарно- эпидемиологическими службами.

Для организации сельскохозяйственных угодий на отвалах, содержащих мергелистые глины, по рекомендациям Днепропетровского СХИ, желательно выращивать в качестве начальной культуры укоснокормовой горох, а затем переходить к посеву яровых, например: ячменя.

В Германии на отвалах буроугольных отвалах применяются севообороты, содержащие около 70% бобовых культур.

По исследованиям кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП выращивание викоовсяной смеси на пойменных луговых почвах, загрязненных нефтепродуктами, ускоряет процесс разложения углеводородов. Как показывает опыт, наилучшими пионерными культурами при проведении сельскохозяйственной рекультивации являются бобовые и бобово-злаковые травосмеси, обладающие высокой фиторекультивационной способностью по сравнению с другими растениями.

В формировании новых почв при проведении рекультивации для лесохозяйственных целей в качестве пионерных используют бобовые, бобово-злаковые травы, кустарники и некоторые породы деревьев.



2. Методы исследования

В процессе проведения данного этапа происходят различные реакции в почве, для которых необходимо различное оборудование и хим. вещества. Данные реакции важны для процесса рекультивации т.к по их результату можно сказать какая почва в том или ином случае насколько она засалена, можно ли её восстановить или же все потерянно и не стоит даже браться за это дело. Именно для выяснения данных вопрос необходимы методы исследований почв или грунтов. Как пример используются методы на выяснение фитотоксичности, на содержание тяжелых металлов. Метод фитотоксичности можно использовать как на сому почву так и на влияние различных элементов.

Фитотоксичность почв - это свойство почвы, обусловленное наличием загрязняющих веществ и токсинов подавлять рост и развитие высших растений. Необходимость определения этого показателя возникает при мониторинге химически загрязненных почв или при оценке возможности использования в качестве удобрений или мелиорантов различных отходов: осадков сточных вод, компостов, гидролизного лигнина.

При оценке токсичности почвы в качестве биотестов обычно используются растения. Известно, что устойчивость растения к неблагоприятным факторам среды зависит от его возраста, а точнее от фазы индивидуального развития. Прорастание семян - наиболее уязвимый этап индивидуального развития высших растений, когда наблюдается минимальная устойчивость к неблагоприятным факторам и, соответственно, максимальная чувствительность к их воздействию. В связи с этим растения в эту фазу развития представляют собой наиболее привлекательный объект тестирования и различные параметры прорастания являются показателями при проведении экологических экспериментов.

Основными параметрами, изучаемыми в процессе биотестирования на фитотоксичность, являются всхожесть и энергия прорастания семян.

Например для исследования фитотоксичности свинца был использован модельный эксперемент. Была использована каштановая почва, которую отобрали из верхнего слоя почвы.

Рисунок 1 Физико-химические свойства каштановой почвы

После отбора почву помещают в пластиковые сосуды, внося свинец в виде водного раствора уксуснокислой соли (Pb(CH?COO)?*3H?O). Биотесторами участвовали семена пшеницы (сорт «Бурятская-79»). В сосуды помещают по 16 семян в каждый (предварительно замоченных в воде и погруженных на глубину 1см). Наблюдение проходит в течении 14 дней основными признаками служат изменение длинны и массы корней и зеленных проростков после проращивания[24].

Рисунок 2 Всхожесть и энергия прорастания семян 7-30 суток

Примечания: данные, приведенные без скобок, соответствуют 7 сут. компостирования, в скобках-30сут.; *растения погибли через 8-9 сут. после всходов

Тяжелые металлы (ТМ) являются одним из приоритетных видов загрязнения почв. Распространение тяжелых металлов обусловлено добычей, транспортировкой и переработкой полезных ископаемых, выбросами автотранспорта, а также геохимическими и гидрогеохимическими условиями, кроме того, токсические металлы могут присутствовать в минеральных удобрениях. Нахождение тяжелых металлов в почве может приводить к снижению продуктивности культур, их накопление в продукции растениеводства, способствовать загрязнению продуктов питания, что представляет особую опасность, так как многие из них являются экотоксикантами. Одними из методов определения является лабораторный метод с использованием вытяжки и азотной кислоты или использование атомно-эмиссионной микроскопии.

Как пример можно привести работу которую проводили на Иваньковском водохранилища. Иваньковское Водохранилище - верхнее в каскаде Волжских водохранилищ, является источником водоснабжения г. Москвы. Данное исследование несло комплексный характер по этогу которого были получены следующие результаты. Почвы содержат сравнительно высокие концентрации легкоподвижных форм ТМ, доля которых достигает 50%. Все это свидетельствует о возможности вымывания ТМ из почв и вторичного их поступления в воды водохранилища. Таким образом, почвы с одной стороны способствуют очистке воды водохранилища, а с другой стороны могут являться источником его повторного загрязнения как за счет жидкого, так и твердого стока.



3. Системная индикация и Мониторинг

Добыча в карьере резко разрушает флора и фауна, тем самым снижая биоразнообразие и нарушая основополагающие экологические отношения. Кроме того, он наносит значительный ущерб почве, изменяя первоначальный рельеф местности и истощая ее и изменение почвенных микробных сообществ. Потому что деградация экосистем усилилась в тяжести, срочно необходимы исследования по восстановлению экосистем. Хотя технология человека не может восстановить природные системы, ее можно применять для улучшения природопользования реставрации путем внесения важных растений и животных в экосистемы для создания основной среды обитания и способствовать естественной эволюции и восстановлению экосистем. Таким образом, многие карьеры используют реабилитационные или рекультивационные мероприятия, способствующие сохранению биоразнообразия. Реабилитация направлена на восстановление одного из них или более экосистемных атрибутов, процессов или услуг. С другой стороны, мелиорация включает в себя и земельные участки стабилизация, гарантии общественной безопасности, эстетическое улучшение и, как правило, возвращение экосистемы.

Однако вопрос о том, происходит ли восстановление в процессе восстановления, может быть неясным в силу следующих причин отсутствие соответствующих докладов и исследований. Для оценки экологического восстановления требуется определенная цель и Устойчивое развитие. В качестве справочной системы и оценивает изменения в структуре, функциях, качестве, здоровье и безопасности, и исследования показали, что оценки экологического восстановления играют важную роль в поощрении восстановление экологии как области научных исследований. Таким образом, набор общепринятых критериев должны быть определены для использования экологами и инженерами-проектировщиками, чтобы они могли оценить успешность проекта экологические реставрации в проектах реставрации, как набор руководящих критериев, будут в значительной степени способствовать оценка проектов по восстановлению и представление отчетности о результатах восстановления

Ключом к оценке экологического восстановления является выбор оценочного показателя и построение системы индикаторов. Методы комплексного и объективного выбора оценка индикатора и научное проектирование системы индикаторов является актуальной темой в данной области. экологической рекультивации и оценки[11].

Положение внешней границы зоны влияния в целом и ее внутренняя структура определяются случайностью сочетания объектов техногенной инфраструктуры, типов геосистем, воспринимающих нагрузки, и их устойчивости. Поэтому практическое определение положения реальных границ зоны влияния, особенно на стадии проектирования, является сложной задачей. Наиболее верные результаты могут быть получены в итоге прямого обследования территории путем проведения мониторинга и анализа данных о состоянии окружающей среды в зонах влияния объектов- аналогов проектируемых сооружений или проведения наблюдений непосредственно в районе строительства. Это длительный, трудоемкий и дорогостоящий путь.[27]

В таких случаях, правомерно использование геоэкологического подхода, а также применение метода экспертных оценок, который, несмотря на его недостатки, позволяет в интегрированной форме учесть нарушения, возникающие в результате множества разнородных воздействий. Один из способов основан на расчете интегрального количественного индекса антропогенной нарушенности Иар[27].

На примере территории одного из нефтяных месторождений севера Республики Коми нами была опробована возможность применения индексов Иар, для выявления положения внешних границ зоны влияния и ее внутренней структуры. В качестве исходной была принята гипотеза о постепенном, условно равномерном снижении интенсивности воздействий и интегральной степени нарушенности территории по направлению к периферии зоны освоения. Изолинии значений индексов Иар показали характер изменения величины индекса в пределах зоны влияния, градиенты изменения их значений, а также очертили контур самой зоны влияния[27].

Так же особую роль занимает химико-биологический мониторинг почв. Данный мониторинг особо важен в сельском хозяйстве т.к именно в данной отрасли использую пестициды и другие ядовитые химикаты. За частую большая часть данных веществ складируется на долгое время и используется повторно. Данную ситуацию можно рассмотреть на примере Кильмезскова района Кировской области на водоразделе рек Икма и Осиновка, на южном, обращенном к реке Осиновка. В средине 70-х годов 20 века было оборудовано захоронение химических веществ 70 наименований, общей массой на 590 тонн, из них 52 тонны первого и второго класса опастности. По итогу Экологическая обстановка в районе объекта изучается сотрудниками лаборатории биомониторинга ИБ Коми НЦ УрО РАН и ВятГГУ с 2006 года. Для оценки состояния окружающей среды было заложено 8 площадок мониторинга (ПМ). Возможные пути загрязнения связаны с переносом поллютантов грунтовыми водами, разгружающимися в ближайшие ручьи и р. Осиновка, поэтому половина площадок сети мониторинга приурочена к берегам водотоков (ПМ 2К, 4К, 6К и 7К). Почвенный покров на них представлен аллювиальными перегнойно-глеевыми почвами. Условно фоновой площадкой для гидроморфных почв можно считать ПМ 2К, расположенную выше по течению реки Осиновка. Одна из ПМ находится на территории ядомогильника (1К), почвенный покров на ней формируется из песчано-галечникового материала с небольшой примесью глины, изъятого из карьера, расположенного в сотне метров от объекта. Две ПМ (5К и 3К) находятся ниже по склону от объекта в 50 и 200м, соответственно. На ПМ 5К распространены нарушенные подзолистые песчаные почвы. Фоновая площадка (8К) находится примерно в 5 км к востоку от захоронения. На этой площадке, также как и на 5К, под посадками соснового леса распространены подзолистые песчаные почвы, верхняя часть профиля которых была нарушена при посадочных работах 30-40 лет назад. В связи с этим слой подстилки маломощный, всего 1,5-2см, нижележащий горизонт (до 15см) представлен однородной буровато-желтой песчаной массой. Площадка 3К заложена на заброшенной пашне в урочище Орехово, образцы почв отобраны из дернины и гумусового горизонта. Состояние почв на ней отслеживается без учета фона, так как аналогичной площадки в окрестностях объекта найти невозможно. В смешанных почвенных образцах определяли агрохимические свойства, содержание пестицидов (ГХЦГ, гексахлорбензол, ДДТ, 2,4Д), тяжелых металлов и мышьяка, входящих в состав ядохимикатов. Параллельно с химическим проводили альго-микологический анализ почв. Методом прямого микроскопирования на мазках определяли следующие параметры состояния микробных комплексов: численность клеток водорослей и цианобактерий (ЦБ), длину мицелия микромицетов, соотношение форм с бесцветным и окрашенным мицелием, количество фрагментов этих же форм. На участках преобладают кислые почвы. Возможно, накопление в органогенных горизонтах на ПМ 3К и 6К, расположенных ниже по склону к юго-востоку от объекта в 200 и 300м, соответственно, связано с процессами плоскостного смыва и эрозии. Ни в одном из образцов не обнаружены пестициды (ГХЦГ, гексахлорбензол, ДДТ и 2,4 Д), однако на ПМ 5

К,6Ки7 К по результатам хроматографического анализа выявлены неидентифицируемые соединения, которые, возможно, являются продуктами разложения пестицидов.



Таблица 3

Свойства почв на площадке мониторинга

В итоге проделанной работы были получены следующие данные

1. Свинец в зависимости от его концентрации в почве стимулировал, проявлял нейтральное действие или угнетал прорастание семян и рост проростков пшеницы. Стимулирующее влияние свинца проявилось при дозах 50-100 мг/кг почвы. Увеличение доз до 200-800 мг/кг привело к угнетению показателей. Концентрации 1600-3200 мг/кг оказали пагубное воздействие на семена и всходы, создавая условия, невозможные для жизни растений.

2. Увеличение срока компостирования почвы с 7 до 30 дней усилило стимулирующий эффект небольших доз свинца и снизило токсичное действие более высоких.

3. Самыми информативными показателями при изучении фитотоксичности возрастающих доз свинца при различных сроках компостирования почвы, оказались продолжительность прорастания семян, а также длина и биомасса проростков пшеницы.



4. Рекультивация нарушенных земель при нефти загрязнении

Рекультивация земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Мероприятия по рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, необходимо назначать с учетом критериев оценки экологической обстановки территорий. Однако сложность этой оценки определяется отсутствием в нашей стране обоснованных ПДК нефтепродуктов в почве.

В Нидерландах для оценки загрязнения почв применяют три уровня: 1 - фоновый с содержанием нефтепродуктов 50 мг/кг сухой почвы; 2 - повышенное загрязнение - 1000мг/кг, при котором выявляются и устраняются причины загрязнения, организовывается мониторинг; 3 - высокое загрязнение - 5000 мг/кг, при котором назначается рекультивация почв и грунтовых вод.

В Инструкции по рекультивации земель, введенной на предприятиях Миннефтепрома в 1987 г., ориентировочный уровень сильного загрязнения почв нефтепродуктами равен 5000-10000мг/кг для мерзлотно-тундровых районов, и свыше 60000 мг/кг - для степных районов.

Для оценки загрязнения предлагается считать нижним пределом такое содержание нефтепродуктов, при котором за счет самоочищающей способности почвы в течение одного года восстанавливается продуктивность или нормализуются микробиологические процессы.

Исходя из этих посылок, норматив содержания нефти и нефтепродуктов для целей рекультивации должен определяться с учетом характера регионального загрязнения и природных условий, обуславливающих самоочищающую способность компонентов геосистем.

Организация рекультивационных работ на землях, загрязненными нефтью и нефтепродуктами, должна проводится по уровненной схеме, сформулированной выше.

Состав работ первого уровня направлен на активизацию почвенных микроорганизмов по деструкции углеводородов. Сюда входит рыхление почвы, внесение извести, гипса, органических и минеральных удобрений с последующей запашкой, создание мульчированной поверхности из высоко питательных смесей, посев повышенными нормами нефтетолерантных растений; возможны варианты применения сложных комплексов: NPK + навоз; NPK + известь; NPK + известь + навоз.

В качестве устойчивых культур при сильном загрязнении можно выращивать ежу сборную и полевицу белую; при среднем загрязнении, кроме указанных, тимофеевку, овсяницу красную, кострец безостый, люпин многолетний, бекманнию восточную, канареечник, лядвенец рогатый, клевер и люцерну. Использование этих растений для корма животных должно строго контролироваться, поскольку в них могут накапливаться такие канцерогены, как полициклические ароматические углеводороды.

Рекультивацию земель, соответствующих уровню чрезвычайно экологической ситуации и экологического бедствия, проводят как систему мероприятий в составе инженерно-экологической системы. Создание такой системы обусловлено высокой подвижностью нефтепродуктов в компонентах почвы, особенно при длительном загрязнении почв, и образованием больших ареалов свободных и связанных нефтепродуктов на границе раздела зоны аэрации и подземных вод. Подобные антропогенные залежи нефтепродуктов формируются вблизи складов топливно-смазочных материалов, нефтебаз и нефтеперерабатывающих заводов. Сам факт существования антропогенных залежей вызывает опасность загрязнения не только почв на сопредельных к источнику территориях, но и гидравлически связанных с ней подземных и поверхностных вод. Поэтому, удаление подвижных нефтепродуктов, рекультивация почв, защита рек и водозаборов от загрязнения нефтепродуктами с одновременной локализацией очагов загрязнения подземных вод, является главной задачей инжинеро-экологической системы.

Управляемая система в течение нескольких десятков лет остановка распространение не извлекаемой части нефтепродуктов из залежи в городские водозаборы и в реки, регулирует концентрацию легких углеводородов в зоне аэрации и снижает пожароопасную опасность, обеспечивает на основе экологического мониторинга управление гидрохимическими и биологическими режимами почв, грунтов подземных и поверхностных вод.

Основу системы составляют такие инженерные сооружения, как дамбы обвалования, стена в грунте, нагнетательные скважины, горизонтальный и вертикальный дренаж, добывающие скважины, а также мероприятия по технической и биологической рекультивации загрязненных земель.

Состав мероприятий и функции управляемой системы:

- дамба обвалования и мероприятия по организации поверхностного стока предназначены для защиты загрязненной территории от затопления во время паводка и предотвращения поверхностного смыва нефтепродуктов, аккумулированный поверхностный сток должен направляться после предварительного биодеструктирования и доочистки в водооборотные системы промышленных предприятий;

- стена в грунте, представляющая собой противофильтрационную завесу и устраиваемая по контуру нефтяной залежи;

- нагнетательные скважины обеспечивают подъем и вытеснение подвижных нефтепродуктов к добывающим скважинам;

- добывающие скважины, в пределах контура нефтяной залежи в регулируемом режиме откачивают нефтепродукты и загрязненные подземные воды, которые направляются на очистные сооружения;

- рекультивация загрязненных земель в условиях регулирования гидрохимического режима почв обеспечивает восстановление их продуктивности и создает условия для получения качественной растительной продукции на приусадебных участках и сельскохозяйственных угодьях;

Управление инженерно-экологической системой должно осуществляться на основе мониторинга, проводимого на рекультивируемой территории.

Состав рекультивационных работ определяется с учетом содержания нефтепродуктов, включает мероприятия по рекультивации на слабо загрязненных почвах и использование биодеструкторов, таких как «Валентес», «Лидер», «Аллегро», «Биоприн», «Торнадо», «Руден», «Путидойл», «Дизойл», на сильно загрязненных почвах. Результативность биодеструкторов обеспечивается активностью микроорганизмов по отношению к углеводородам, особенно в условиях хорошей аэрации, благоприятного водного, температурного (+5-+30 градусов), питательного режимов почвы. Примером эффективности работы биодеструкторов может служить препарат «Дизойл», благодаря действию которого за 10 суток происходит снижение содержания нефти в поверхностном слое почвы снижается до 30% исходного.

В составе рекультивационных работ второго уровня проводится замена загрязненного слоя путем удаления или создание рекультивационного слоя способом смешения замазученных и чистых слоев почвы с внесением органоминеральных и бактериальных активаторов (керамзитовых окатышей, навоза, биодеструктуров), устройство поглотительно-экранирующих слоев под загрязненным слоем из минеральных грунтов и извести.

Одной из комплексных схем рекультивационных работ может быть следующая:

1 год - рыхление загрязненной почвы для ее дегазации и стимулирования биохимических процессов;

2 год - применение микроорганизмов (биодеструкторов) и регулирование для этой цели питательного и водного режимов почв;

3 и последующие годы - выращивание устойчивых культур до получения качественной продукции. Почвы с высоким уровнем загрязнения могут направляться на переработку с целью добычи извлекаемой части нефтепродуктов, после чего их рекультивируют в стационарных или полевых условиях.

Данный случай можно рассмотреть на примере Опыта работ в области рекультивации загрязненных нефтью земель в НАО практически нет. Перенять опыт республики Коми или Западной Сибири можно и нужно. Но как показывает опыт работ в этих регионах - природно-климатические условия, состав и свойства нефти, добываемых на разных месторождениях, определяют многоплановую специфику производства работ по рекультивации земель даже в пределах одной нефтеносной провинции. Большая часть территории НАО относится к лесотундровой, тундровой и приморской зонам с суровым климатом, длинной холодной зимой и очень коротким прохладным летом. Характерной особенностью почв является слабо выраженный и прижатый к самой поверхности органогенный горизонт с низким уровнем биологической активности. Это определяет низкую скорость протекания биологических процессов, разложения органического вещества, слабый самовосстановительный потенциал почв. Для определения типовых объектов рекультивации и выделения оптимальных приемов восстановления загрязненных земель в различающихся субстратных условиях исследовали геоботанические характеристики участков нефтедобычи, агробиологические характеристики почв, состав нефти на разных месторождениях. В лабораторных условиях вели подбор штаммов нефтеокисляющих бактерий, субстратспецифичных к углеводородам добываемой нефти. Лабораторные исследования выполнены на базе лаборатории биохимии и биотехнологии Института биологии.

Обследовали 28 участков на территории тринадцати месторождений. Основной задачей было определить степень уязвимости и устойчивости почв исследованных участков для техногенных воздействий, связанных с нефтеразливами и условиями проведения рекультивационных работ. Основными факторами устойчивости почв здесь будут такие их свойства, как сорбционная емкость, которая определяется наличием и количеством органики и обуславливает характер миграции углеводородов в вертикальном и горизонтальном направлении, потенциальная активность естественных микробоценозов, от которой зависит скорость самоочищения почв от нефтяного загрязнения, глубина залегания мерзлоты, определяющая интенсивность допустимого механического воздействия на почвы в процессе выполнения рекультивационных работ. Дело в том, что в практике рекультивации часто фигурирует такой прием, как снятие загрязненного слоя почвы и вывоз его для очистки в шламонакопители. Здесь использование такого приема невозможно или неприемлемо. По силе отрицательного техногенного воздействия уничтожение верхнего слоя почвы в условиях вечной мерзлоты перекроет негативный эффект воздействия на компоненты экосистему самого нефтяного загрязнения. По этой же причине в основном будет неприемлемо применение тяжелой и вездеходной техники на загрязненных участках.

Среди обследованных было выделено 4 основных типа участков, отличающихся мощностью торфяного или органогенного горизонтов, характером увлажненности, глубиной залегания мерзлоты, составом минерального слоя. Первая группа участков - пушицево-сфагновые болота, представляющие собой заболоченные территории с моховым покровом, под которым формируются торфяно-глеевые почвы, с мощностью торфяного слоя до 30-50 см (торфа средней степени мощности). Залегание мерзлоты здесь очень близко к поверхности -- на обследованных объектах оно колебалась от 40 до 80 см. Эта группа участков отличается высоким сорбционным потенциалом, моховый растительный слой и торфяная масса способны удерживать нефть, определяя ограниченность распространения нефтяного пятна за пределы аварийного разлива. Потенциальная способность микробоценозов для процессов самоочищения здесь может быть высокой, и главной причиной является режим избыточного увлажнения.

Следующая, вторая группа участков представлена кустарничково-пушицевой сфагново- лишайниковой тундрой, почвы здесь преимущественно торфяно-глеевые, торф хорошей степени разложенности, глубина торфяного горизонта небольшая до 10 см, т.е. маломощные торфа. Почвенный слой на таких участках характеризуется средним сорбционным потенциалом в отношении нефти. Для почв этой группы участков характерен и средний уровень микробиологической активности (в первую очередь из-за непостоянной влажности субстрата). Глубина залегания мерзлоты достигает 1 метра и более, что определяет относительно высокую степень устойчивости почв к механическим нарушениям. Третья группа, которую мы выделяем -- это участки мохово-лишайниковой тундры. Преобладают глеевые или глееподзолистые почвы, органогенный горизонт маломощный, глубиной до 2-3 см. Сорбционный потенциал в отношении нефти очень слабый. Увлажнение умеренное. Залегание мерзлоты от 60 см и глубже. Микробиологическая активность и потенциальная способность почв к самоочищению слабые. Четвертая группа - кустарничково-осоковая лишайниковая тундра, преобладают песчаные почвы, глубина залегания мерзлоты 40-70 см, почвы слабоустойчивы к механическому воздействию.

Влажность почв колеблется в зависимости от сезонных осадков от умеренной до слабой. Почвы на этих участках обладают крайне низким сорбционным потенциалом, характеризуются практически нулевым уровнем самоочищающейся способности Для всех исследованных участков характерной особенностью было то, что биологически- активный слой почвы ограничивался глубиной от 2 до 7 см. Численность гетеротрофной и сапротрофной микробиоты резко снижалась в нижних слоях почв (на 3-4 порядка). Это связано скорее всего с тем, что прогреваемый и аэрируемый слой почвы прижат к самой поверхности и основные биологические процессы с резким снижением температуры субстрата замедляются. В летний период при температуре воздуха 15-20 градусов на глубине 10-15 см температура почвы не превышала 2-4 градусов. Кислотность исследованных почв находится в слабокислом интервале от 3,2 до 5,5, и наиболее кислыми являются гидроморфные почвы, формирующиеся под моховыми растительными сообществами. Известно, процессы нефтеокисления наиболее эффективно протекают в почвах при рН в диапазоне 6,5-7,5. Содержание основных биогенных элементов низкое. Содержание органического углерода высокое только в торфяном слое почвы, гидролизуемого азота от 15 мг/100 г в органогенном слое до 0,5 в минеральной толще. Содержание поглощенного Са и Mg достигает 40-50 мг-экв/100 г в органогенных горизонтах, а в подстилающих их глинах и суглинках снижается до 5-8. Содержание подвижного фосфора, низкое (4-15 мг/100 г), а калий активно накапливается в органогенных горизонтах (до 50-120 мг/100 г почвы).

Таким образом, почвы в целом характеризуются, как малопродуктивные, бедные органикой и основными биогенными элементами, кислые. Для процессов нефтеокисления такие субстратные условия с учетом низких среднесуточных температур летнего периода и короткого вегетационного периода считаются неблагоприятными. В опытах определяли потенциальную скорость биоразложения нефти при отличающихся уровнях нефтяной нагрузки, для примерной оценки продолжительности рекультивационных работ на этапе биорекультивации. Для опыта было взято 3 вида почвенных субстратов: торфяные, песчаные, глинистые.

Субстраты загрязняли нефтью в диапазоне от 5 до 100 мг/г. Минеральные удобрения вносили в соответствующие варианты опыта из расчета 60 кг/га д.в. по азоту, фосфору и калию. Полная обработка предполагала внесение минеральных удобрений из расчета 60 кг/га д.в. по азоту, фосфору и калию и биопрепарата Универсал, который использован согласно технологической инструкции). Контрольные варианты не обрабатывали. Водный режим во всех вариантах поддерживали постоянным в течение всего опыта поливом. Высев трав вели в контрольный вариант -- сразу после начала опыта. В обрабатываемые через 2, 4 и 6 недель в зависимости от начальной дозы загрязнения.

...