УДК 631.61: 502.654
Набор культур-освоителей для биологической рекультивации первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС
И.В. Гурина, Н.А. Иванова (ФГБОУ ВПО «НГМА»)
В статье изложены результаты лабораторных исследований в вегетационных сосудах по определению набора культур-освоителей для биологической рекультивации первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС. Исследования проводились с одновидовыми посевами многолетних трав (эспарцет, черноголовник, кострец, пырей и донник) и многолетними травосмесями (донник + кострец, донник + кострец + черноголовник, донник + кострец + черноголовник + эспарцет, донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет). Доза минеральных удобрений в опыте составляла N90P90K60 кг/га д. в. Среди использованных в опыте бобовых культур наилучшие показатели роста и развития были отмечены у эспарцета. Высота растений эспарцета в среднем составляла 28,9 см, что на 12,8 и 12,7 см превышало высоту растений черноголовника и донника. В многовидовых посевах наибольшая высота растений отмечалась у трехкомпонентной и четырехкомпонентной травосмесей. Наиболее развитую корневую систему в условиях лабораторного опыта сформировал черноголовник. Глубина проникновения его корневой системы достигала 8,5 см. Более низкие показатели были отмечены у растений костреца, пырея и эспарцета - 7,2 см, 7,0 см и 6,5 см соответственно, а самые низкие - у донника - 6,0 см. Наилучшие показатели нарастания сырой биомассы были установлены у эспарцета - 2,11 г, что на 0,02 и 0,15 г больше, чем биомасса пырея и костреца. Наименьшую сырую биомассу сформировал донник. Наибольшую массу сухого вещества 0,51 г сформировал кострец. На посевах эспарцета она была ниже на 0,04 г. Среди многовидовых посевов наилучшие показатели нарастания сырой биомассы были установлены у четырехкомпонентной травосмеси. Биомасса пятикомпонентной травосмеси составила 5,19 г, что на 0,23 г меньше, чем четырехкомпонентной. Аналогичная ситуация складывалась и по накоплению сухого вещества. Таким образом, для биологической рекультивации золоотвала была рекомендована четырехкомпонентная многолетняя травосмесь донник + кострец + черноголовник + эспарцет.
Ключевые слова: золоотвал, биологическая рекультивация, травосмесь, фитомелиорация, лабораторные исследования, многолетние травы.
Гурина Ирина Владимировна - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), профессор кафедры мелиораций земель.
Контактный телефон: 8-8635-22-27-29.
E-mail: i-gurina@mail.ru
Иванова Нина Анисимовна - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), проректор по науке.
Контактный телефон: 8-8635-22-27-29.
E-mail: ngma.nauka@yandex.ru
вегетационный освоитель золоотвал биомасса
I. V. Gurina, N. A. Ivanova (FSBEE HPE “NSMA”)
SET OF PRELIMINARY CROPS FOR BIOLOGICAL RECULTIVATION OF THE FIRST SECTION OF ASH DISPOSAL AREA OF novocherkasskaya sdpp
The article deals with the results of laboratory experiments in pots to determine a set of preliminary crops for biological recultivation of the first section of ash disposal area of Novocherkasskaya SDPP. The experiments were carried out with single-species crops of perennial grasses (sainfoin, burnet, awnless brome grass, couch grass, and melilot) and perennial grass mixtures (melilot + awnless brome grass, melilot + awnless brome grass + burnet, melilot + awnless brome grass + burnet + sainfoin, melilot + awnless brome grass + burnet + couch grass + sainfoin). Rate of mineral fertilizers in the experiments was N90P90К60 kg/ha a.s. Among the legumes sainfoin had the best indices of growth and development. The average height of sainfoin plants was 28.9 cm which exceeded by 12.8 and 12.7 cm the height of burnet and melilot. Among the multispecies crops the best indices of plant height had three-component and four-component grass mixtures. Under the conditions of the laboratory experiments burnet formed the most developed root system. The depth of its root penetration reached 8.5 cm. Awnless brome grass, couch grass, and sainfoin had lower indices - 7.2 cm, 7.0 cm, and 6.5 cm respectively. Melilot showed the least indices- 6.0 cm. The best indices for the raw biomass growth were established for sainfoin - 2.11 g which was by 0.02 and 0.15 g above the biomass of couch grass and awnless brome grass. Melilot formed the least biomass. The greatest mass of dry matter 0.51 g had awnless brome grass. It was by 0.04 g less for sainfoin crops. Among the multi-species crops, four-component grass mixture had the best indices of the raw biomass growth. The biomass of five-component grass mixture was 5.19 g which by 0.23 g lower than for four-component one. The same situation was for dry matter accumulation. Thus, for biological recultivation of ash disposal area we recommend the perennial grass mixture `melilot + awnless brome grass + burnet + sainfoin'.
Keywords: ash disposal area, biological recultivation, grass mixture, phytoamelioration, laboratory research, perennial grasses.
Gurina Irina Vladimirovna - Candidate of Agricultural Science, Associate Professor, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education «Novocherkassk State Meliorative Academy» (FSBEE HPE “NSMA”), Professor of the Chair of Land Reclamation.
Contact telephone number: 8-8635-22-27-29.
E-mail: i-gurina@mail.ru
Ivanova Nina Anisimovna - Doctor of Agricultural Science, Professor, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education «Novocherkassk State Meliorative Academy» (FSBEE HPE “NSMA”), Pro-Rector for Science.
Contact telephone number: 8-8635-22-27-29.
E-mail: ngma.nauka@yandex.ru
В настоящее время на территории Российской Федерации электрическую и тепловую энергию вырабатывают 172 электростанции, работающие на угольном топливе. По данным Агентства по прогнозированию балансов в электроэнергетике к 2020 году объем накопленных золошлаковых отходов превысит 1,7 млрд тонн. Объем перерабатываемых золошлаков в нашей стране незначителен - не более 10-18 %, поэтому основное их количество складируется в золоотвалы, площадь которых к настоящему времени достигла 28 тыс. га [1]. В перспективе прогнозируется увеличение площадей, занятых золоотвалами, что связано с планируемым ростом выработки электроэнергии за счет сжигания твердого топлива [2]. Устранение ущерба, наносимого золоотвалами окружающей среде и населению, проживающему в районах их размещения, достигается применением научно обоснованных методов и средств рекультивации [3].
В настоящее время одним из основных способов биологической рекультивации нарушенных земель, и в частности, выведенных из эксплуатации золоотвалов тепловых электростанций, является фитомелиорация. Целью работ является создание устойчивых растительных сообществ с высокими защитными функциями, которые не только снизят проявление эрозионных процессов на рекультивируемой территории, но и ускорят процессы естественного восстановления уничтоженных компонентов нарушенной геосистемы. Успешность биологической рекультивации, реализуемой проведением фитомелиорации, определяется набором культур-освоителей для залужения рекультивируемого объекта [4].
В связи с этим, цель проводимых исследований заключалась в определении возможности произрастания на субстрате первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС многолетних трав и их смесей. Схема лабораторного опыта включала 9 вариантов:
Вариант 1 - «Эспарцет»;
Вариант 2 - «Черноголовник»;
Вариант 3 - «Кострец»;
Вариант 4 - «Пырей»;
Вариант 5 - «Донник»;
Вариант 6 - «Донник + кострец»;
Вариант 7 - «Донник + кострец + черноголовник»;
Вариант 8 - «Донник + кострец + черноголовник + эспарцет»;
Вариант 9 - «Донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет».
Доза минеральных удобрений в лабораторном опыте составляла N90P90K60 кг/га д. в.
Первая секция золоотвала Новочеркасской ГРЭС проектным объемом 17 млн м3 сдана в эксплуатацию в 1965 г. В рабочем режиме эксплуатировалась до 1987 г., затем была выведена из эксплуатации. С 2001 г. данная секция была расконсервирована, проведено наращивание ограждения дамбы до отметки 31,0 м. В апреле 2009 г. секция была выведена из эксплуатации. Площадь нижнего основания секции составляет 75 га, верхнего - 38 га [5].
Работы по рекультивации первой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС были начаты после ее вывода из эксплуатации в 2009 г. На техническом этапе на поверхность секции был нанесен рекультивационный слой из глиняного экрана и почвогрунта мощностью 15-30 см. Применение рекультивационного слоя такого состава позволило сократить пыление отработанной секции золоотвала [5].
Для проведения лабораторного опыта вегетационные сосуды были заполнены субстратом первой секции золоотвала. Для опыта были отобраны растения, биологические особенности которых позволят создать устойчивый фитоценоз на рекультивируемой территории. Их характеристики приведены в таблице 1 [6, 7].
Таблица 1 - Характеристика растений для биологической рекультивации первой секции золоотвала
|
Растение |
Характеристика |
|
|
Эспарцет |
Многолетняя бобовая культура. Обогащает почву биологическим азотом, устойчив к засухе, зимостоек, отличается долговечностью, способен усваивать труднорастворимые питательные вещества |
|
|
Черноголовник |
Многолетнее стержнекорневое растение семейства розоцветных. Зимостоек, холодостоек, засухоустойчив, влаголюбив. Развивает мощную корневую систему. Размножается семенами, сохраняющими всхожесть до 90 % 8-10 лет |
|
|
Кострец безостый |
Многолетняя злаковая культура, отличается хорошей зимостойкостью, засухоустойчивостью и быстрой акклиматизацией |
|
|
Пырей ползучий |
Корневищный злак, устойчивый к неблагоприятным климатическим условиям, отрицательным физическим и химическим свойствам грунта. В первый год жизни интенсивно формирует корневую систему и в меньшей степени надземную массу |
|
|
Донник |
Многолетнее бобовое растение, фитомелиорант. Зимостоек и засухоустойчив. Наращивает большую зеленую массу и развивает мощную корневую систему, поэтому часто используется в качестве сидеральной культуры |
Анализ приведенной в таблице 1 информации позволяет утверждать, что для проведения лабораторного опыта в вегетационных сосудах были отобраны растения, которые обладают быстрой акклиматизацией, высокой устойчивостью к отрицательным свойствам грунта, отличаются хорошей зимостойкостью и засухоустойчивостью, устойчивы к болезням, вредителям и обладают широкой экологической пластичностью.
Перед закладкой опыта определялась в многократной повторности всхожесть семян исследуемых культур. Показатели всхожести семян многолетних трав представлены на рисунке 1. Анализ представленных данных позволил установить, что наибольший процент всхожести семян (90 %) был отмечен у таких трав, как эспарцет и черноголовник. У семян пырея и костреца всхожесть была более низкой и, в среднем, составила соответственно 60 и 58 %.
Рисунок 1 - Показатели всхожести семян изучаемых растений
Посев исследуемых культур и их смесей проводился 7 мая 2010 г. Глубина заделки семян в сосудах составляла 2-3 см. Минеральные удобрения (азофоска (N16 %; P16 %; К15 %) вносились дозой N90P90К60 кг/га д. в. Первые всходы исследуемых трав были отмечены через 5-7 дней, а через 12 дней наблюдались полные всходы на всех вариантах лабораторного опыта. Подсчет густоты стояния растений 20 мая позволил установить, что наибольший процент всхожести отмечался у растений травосмесей донник + кострец (99 %), донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет (95 %), донник + кострец + черноголовник (89 %), донник + кострец + черноголовник + эспарцет (89 %) и в одновидовом посеве эспарцета (82 %).
Результаты исследований динамики роста и развития растений, представленные на рисунке 2, позволили установить, что среди использованных в опыте бобовых культур наилучшие показатели были отмечены у эспарцета. В августе высота растений эспарцета в среднем составляла 28,9 см, что на 12,8 и 12,7 см превышало высоту растений черноголовника и донника. Злаки также хорошо развивались в одновидовых посевах: высота растений пырея, определенная 10 августа, составила в среднем 27,6 см, а костреца - 26,2 см.
В многовидовых посевах наилучшие показатели роста растений отмечались у трехкомпонентной травосмеси донник + кострец + черноголовник и четырехкомпонентной донник + кострец + черноголовник + эспарцет. Более низкие показатели были установлены у пятикомпонентной травосмеси донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет. Худшие показатели роста и развития имела двухкомпонентная травосмесь донник + кострец. В августе высота растений этой травосмеси в среднем составила 18,3 см, что на 7,5; 7,1 и 4,2 см меньше, чем средняя высота растений трех-, четырех- и пятикомпонентной травосмесей.
В лабораторном опыте также изучалось развитие корневой системы растений. Результаты исследования глубины проникновения корневой системы приведены на рисунке 3.
Анализ представленных данных позволил установить, что наиболее развитую корневую систему сформировал черноголовник. Глубина проникновения корневой системы этой бобовой культуры, определенная 10 августа, достигала 8,5 см. Более низкие показатели были отмечены у растений костреца, пырея и эспарцета. У этих культур глубина проникновения корневой системы составила 7,2 см, 7,0 см и 6,5 см соответственно. Самые низкие показатели имели растения донника - в среднем по повторностям опыта глубина проникновения корневой системы составила 6,0 см.
Рисунок 2 - Динамика линейного роста изучаемых культур по вариантам лабораторного опыта
Рисунок 3 - Глубина проникновения корневой системы изучаемых культур в лабораторном опыте
В лабораторном опыте было изучено нарастание сырой биомассы и накопление сухого вещества в одновидовых посевах эспарцета, черноголовника, костреца, пырея и донника и травосмесями донник + кострец, донник + кострец + черноголовник, донник + кострец + черноголовник + эспарцет, донник + кострец + черноголовник + пырей + эспарцет (рисунки 4-7).
В одновидовых посевах многолетних трав наилучшие показатели нарастания сырой биомассы (mб.с.) были установлены у эспарцета (рисунок 4). Замеры, проведенные 10 августа, показали, что биомасса эспарцета составила 2,11 г, что на 0,02 и 0,15 г больше, чем биомасса пырея и костреца. Изучение нарастания сырой биомассы на посевах черноголовника позволило установить, что к 10 августа она была вдвое меньше, чем эспарцета. Наименьшую сырую биомассу сформировал донник.