Материал: Рекультивация земель

Рекультивация земель

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время антропогенное воздействие на окружающую среду достигло некоего предела, когда необходимо принимать серьезные меры по снижению отрицательного влияния человечества на природу.

Одним из наиболее негативно влияемых видов человеческой деятельности является промышленность. Ее воздействие на окружающую среду зависит от территориальных масштабов, используемого сырья, технологии его добычи, переработки и получения конечного продукта, а также образуемых отходов производства.

Чаще всего для добычи и переработки сырья используются «грубые» методы, которые наносят большой урон экологии и не приносят больше выгоды, чем она могла бы быть при использовании более эффективных и экологически безопасных методов. Например, в нефтяной промышленности при добыче, переработке, хранении, транспортировки добываемого сырья часто случаются разливы нефти и нефтепродуктов, как на землю, так и в водные объекты, что характеризуется нарушением экосистем и влечет за собой экологическую катастрофу при не устранении последствий.

Тема является актуальной, так как человечество зависит от сельского хозяйства в плане обеспечения продовольствием, которому требуются большие земельные участки, а также по той причине, что нужно стремиться к устойчивому развитию во благо человечества.

Цель работы: охарактеризовать и объяснить необходимость биологической рекультивации земель.

РАЗДЕЛ 1. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ

В отличие от процессов деградации почв, выражающихся в ухудшении их свойств, антропогенные факторы могут своим воздействием приводить к разрушению почв. Разрушение почв выражается в полном, или частичном уничтожении почвенного профиля. Это выражается в уничтожении почвенных горизонтов и удалении их с места образования. Особенно сильное разрушительное воздействие на почвы оказывают такие виды хозяйственной деятельности человека как горнорудная промышленность, дорожное строительство, строительство различных промышленных объектов, (включая города и другие поселения), а также прокладка трасс нефтепроводов, газопроводов, линий электропередач и т.п. [6, с. 13]

Возвращение земле былого плодородия позволяет вновь занимать под пашню многие тысячи гектаров плодородной земли [14, с. 152].

1.1 Основные понятия о рекультивации земель

Рекультивация земель - комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народно-хозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества [8, с. 9].

Объектами рекультивации являются нарушенные земли - территории, на которых нарушены, разрушены или полностью уничтожены компоненты природы: растительный и почвенный покров, грунты, подземные воды, местная гидрографическая сеть (ручьи, родники, малые реки, озера и т.д.), изменен рельеф местности. К нарушенным землям относятся также загрязненные земли, т.е. земли, на которых в компонентах природы произошло увеличение содержания веществ, вызывающее негативные токсико-экологические последствия для биоты [4, с. 49].

Нарушенные в результате промышленной деятельности человека земли должны восстанавливаться своевременно и с надлежащим качеством [13, с. 175].

Для проведения рекультивации разрабатывают проектно-сметную документацию. При этом обязательной является следующая документация:

исходный топографический план полигона на начало проведения работ по рекультивации;

генплан после рекультивации;

вертикальная планировка;

схема перемещения свалочного грунта в случае его удаления;

технология проведения рекультивации;

пояснительная записка, в которой отражают характеристику свалочного грунта на всю глубину почв и пород, завозимых для рекультивации, материалов и технических изделий, применяемых в системе дегазации;

качественный и количественный подбор ассортимента растений и удобрений;

сметы на проведение работ [12, с. 216].

Разработка проектов рекультивации нарушенных земель осуществляется гражданами и юридическими лицами, выполняющими землеустроительные работы (разработчик проекта) [5].

При разработке проектов рекультивации нарушенных земель должны быть учтены:

природные условия района (климат, почвенно-растительный покров, геологические и гидрологические условия);

перспективы развития района;

фактическое или прогнозируемое состояние нарушенных (нарушаемых) земель к моменту рекультивации (площади, формы рельефа местности, степень естественного зарастания, наличие плодородного и потенциально-плодородного слоев почв, подтопления, эрозионных процессов, уровня загрязнения);

показатели химического и гранулометрического состава, агрохимических и агрофизических свойств, инженерно-геологической характеристики вскрышных и вмещающих пород и их смесей в отвалах;

хозяйственно-экономические и санитарно-эпидемиологические условия района размещения нарушенных земель;

требования по охране окружающей среды [5].

1.2 Этапы рекультивации земель

Рекультивация (восстановление) осуществляется последовательно, по этапам. Различают техническую, биологическую и строительную рекультивации [3, с. 150] (рис. 1).

Рис. 1 - Этапы рекультивации земель

Технические мероприятия по рекультивации нарушенных земель подразделяются на следующие виды:

структурно-проективные: создание новых проектных поверхностей и форм рельефа (профилирование, террасирование, вертикальная планировка), землевание, торфование, кольматаж, создание экранов, удаление ненужной древесно-кустарниковой растительности, пней, камней, разделка кочек;

химические: известкование, гипсование, кислование, внесение сорбентов, органических и минеральных удобрений;

водные (гидротехнические): осушение, орошение, регулирование сроков затопления поверхностными водами;

теплотехнические: мульчирование, грядование, обогрев, применение утеплителей [4, с. 53].

Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность нарушенных земель, формируют зеленый ландшафт, создают условия для обитания животных, растений, микроорганизмов, укрепляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветровой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и т.д. Работы по биологической рекультивации ведут на основе знания развития сукцессионных процессов [3, с. 150]. При благоприятных условиях рекультивацию нарушенных земель осуществляют не по всем этапам, а выбирают какое-либо одно преимущественное направление рекультивации: водохозяйственное, рекреационное и др [3, с. 152] (табл.1).

Таблица 1. Основные направления рекультивации и виды последующего использования рекультивируемых земель

Общая продолжительность биологического этапа рекультивации может колебаться от 1 до 10 лет. Продолжительность биологического этапа сокращается при нанесении при землевании мощного слоя плодородной почвы и хороших свойствах подстилающих пород и, наоборот, увеличивается при уменьшении мощности гумусового слоя или при его замене потенциально-плодородной породой, при наличии в корнеобитаемом слое почвогрунтов пород с неблагоприятными химическими и физическими свойствами [10, с. 33].

Например, при нанесении плодородного слоя почвы в 30-35 см и использовании рекультивированных земель под пашню продолжительность мелиоративного периода составляет в среднем 4-6 лет. При снижении мощности нанесенного плодородного слоя почвы до 10-20 см и использовании земель под кормовые угодья продолжительность биологической рекультивации увеличивается до 5-6 лет, а на землях с нанесенной потенциально-плодородной породой (лессовидным или покровным суглинками) - до 6-8 лет. Для засоленных субстратов продолжительность мелиоративного периода увеличивается от 6 до 10 лет [10, с. 33].

РАЗДЕЛ 2. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ

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 пионерные (предварительные, авангардные) культуры, умеющие адаптироваться к существующим условиям 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 (биодеструктуров), а затем включают в хозяйственное использование под жестким контролем со стороны санитарно-эпидемиологических служб [4, с. 54].

2.1 Биологическая рекультивация земель загрязненных нефтью и нефтепродуктами

В период интенсивного развития промышленности и транспорта, повысилось производство и использование нефтепродуктов. Нефтепродукты транспортируются на огромные расстояния.

Нефтепродукты попадают в почвы, в природные воды, загрязняя их.В настоящее время теряется до 1,5% объема добытой нефти. Эти потери попадают в почвы, в реки и другие водоемы, приводя к их загрязнению. Загрязненность почв нефтепродуктами нередко достигает 10 кг/м2 (при ПДК= о.1 мг/кг почвы), а в водоемах - до 20 мг/л (при ПДК = 0,05 мг/л). При содержании в почве нефтепродуктов около 300 мг/кг, она становится субстратом, на котором биота или угнетается, или погибает.

Разлив сырой нефти приводит к образованию на поверхности почв битуминозных солончаков, к цементации поверхности почв, их гудронизации, к отакыриванию.

Нефть и нефтепродукты вызывают подщелачивание почв, их осолонцевание, гибель почвенной мезофауны.

Загрязнение почв сырой нефтью и нефтепродуктами происходит в зоне действия нефтепромыслов, на территориях нефтехранилищ, на заправочных станциях, а также в зоне производственных предприятий, сжигающих нефтепродукты. Последние выбрасывают в атмосферу большое количество сажи, сернистых соединений, которые в итоге попадают в почву и в природные воды, загрязняя их [6, с. 25].

Состав работ зависит от степени загрязнения. При незначительном загрязнении активизируют деятельность почвенных микроорганизмов по деструкции углеводородов. Сюда входит рыхление почвы, внесение извести, гипса, высоких доз 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. Высевают устойчивые кормовые растения, использование которых должно строго контролироваться, поскольку в них могут накапливаться такие канцерогены, как полициклические ароматические углеводороды.

При сильном загрязнении сооружают инженерно-экологические системы. Создание таких системы обусловлено высокой подвижностью нефтепродуктов в компонентах геосистем, 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. Они вызывает опасность загрязнения не только почв но и подземных и поверхностных вод. Поэтому задачами инженерно-экологической системы являются удаление подвижных нефтепродуктов, рекультивация почв, защита рек и водозаборов от загрязнения нефтепродуктами с одновременной локализацией очагов загрязнения [4, с. 60-61].

Рыхление снижает дефицит кислорода и разрушает гидрофобную пленку поверхностных нефтяных компонентов, улучшает аэрацию почвы. Известкование или гипсование применяется для нейтрализации почвенной кислотности или щелочности. При нефтяном загрязнении снижается количество поглощённого кальция и магния, а внесение извести улучшает агрохимические свойства почв и ускоряет разложение метанонафтеновых структур. На почвах, имеющих показатель рН солевой вытяжки меньше 5,4, проводится известкование, а при содержании обменного натрия в составе поглощающего компонента почвы более 10% требуется гипсование. Нормы извести и гипса следует рассчитывать по рекомендациям агрохимических служб.

Для увеличения активности природной микрофлоры в почву вносят минеральные и органические удобрения. Например, торф является наиболее доступным субстратом, запасы которого достаточно велики, а затраты на добычу сравнительно низкие. В торф целесообразно добавлять азот и фосфор в виде удобрений.

Применяются также жидкие рекультиванты (молочная сыворотка, дрожжевая бражка), которые вносят через месяц после механической обработки территории. Полив почвы молочной сывороткой производится из расчета 5л/м2. Затем вносится навоз с помощью разбрасывателя. Норма внесения 3-5кг/м2. После этого производится запахивание навоза отвальными плугами, рыхление культиватором или боронование. Обработанная почва подвергается выдержке - 3 зимних и 2 летних сезона - для придания первозданного состояния.

Для получения биопрепаратов используют также специальные бактерии, дрожжи, грибы. Получают биомассу жизнеспособных клеток углеводородоокисляющих микроорганизмов с особенными физико-биохимическими свойствами. Микроорганизмы утилизируют нефть, создают благоприятные условия для образования органических соединений гумусоподобного характера, влияющих на почвенное плодородие [9, с. 259].

Нефтезагрязненные почвы обрабатывают Acinetobacter sp., Alcalgenes sp., Pseudomonas sp., одновременно вносят растворы фосфорных и аммонийных солей. Нефтепродукты на поверхности почвы уничтожают бактерии видов Actinomycor elegans и Geotrichum marinum. Использование Actinebacter sp. дает 80%-ный эффект очистки от ароматических соединений по истечении 5 недель. Для деструкции нефти и нефтепродуктов выделены штаммы галотолерантных и галофильных архебактерий. В условиях высоких температур могут быть использованы бактерии вида Bacillus albiaxialis. Бактерия рода Desulfobacterium осуществляет деградацию салицилата в условиях сульфатредукции. Streptomyces albiaxialis разлагает углеводороды нефти при содержании соли до 30%; эффективность при оптимальной температуре 28-30°С достигает 50% [1].

На рис.3 представлена блок-схема рекультивационных мероприятий нефтезагрязненных земель при помощи биопрепаратов.

Рис. 3 - Блок-схема рекультивационных мероприятий

рекультивация земля полигон отвал

Принцип организации системы биологической очистки грунта на месте загрязнения (in situ) представлена на рис.4.

Рис. 4 - Схема процесса очистки почвы от нефтепродуктов с внесением нефтеокисляющих микроорганизмов

В таблице 2 показана характеристика некоторых биопрепаратов, применяемых для очистки нефтезагрязненных земель.

Таблица 2 - Характеристика некоторых биопрепаратов деструкторов нефти