2VZE_s3_Recult

РЕКУЛЬТИВАЦІЯ ПОРУШЕНИХ ЗЕМЕЛЬ В ПІВДЕННО-СХІДНІЙ УКРАЇНІ

Кафедра екології та ґрунтознавства, Дніпропетровський державний аграрний університет

Актуальність проблеми n

У сучасних умовах кожні 15 років відбувається подвоєння загальносвітового видобутку корисних копалин із надр Землі

n

Потужний гірничодобувний комплекс призводить до величезних техногенних навантажень на довкілля.

n

Щорічно світова площа сільськогосподарських угідь зменшується на 0,5 %

n

Україна, займаючи менше 0,5 % світової площі, видобуває близько 5 % світового обсягу мінерально-сировинних ресурсів

n

Концепція поліпшення екологічного становища гірничодобувних регіонів України передбачає розробку комплексу заходів, спрямованих на стійке функціонування природних екосистем та приведення довкілля у стан, що гарантує безпеку життя і здоров’я людей

Актуальність проблеми

n

n

За даними Держкомзему України, на початок 2002 р. в степовій зоні зареєстровано 87,5 тис. га порушених земель, негативний вплив яких поширюється на значно більшу територію Рекультивація порушених земель передбачена Земельним кодексом України та Законом “Про охорону земель”

Стаціонари сільськогосподарської рекультивації ДДАУ

Камиш-Бурунський стаціонар (зліва) Орджонікідзевський стаціонар (справа)

Панорама марганцеворудного кар'єра

Видобуток корисних копалин відкритим способом призводить до повного руйнування ґрунтового покриву – основи біогеоценозу, а також знищує фіто-, зоо- та мікробоценотичний блоки біогеоценозу

Техногенний ландшафт, сформований відвалами гірських порід після видобутку марганцевої руди

Тільки у Нікопольському марганцеворудному басейні порушено гірничими розробками понад 14 тис. га чорноземів

Самовідновлення екосистем на порушених землях

Техногенний ландшафт через 40 років з початку самовідновлення (не сплановані відвали марганцевого кар'єра)

Самовідновлення фітоценозів та едафічного блоку екосистем відбувається досить повільними темпами (сплановані відвали марганцевого кар'єра 35-річного віку)

Панорама порушених земель

Стратиграфія марганцевого кар'єра

Верхня товща кар'єра представлена лесоподібними і червоно-бурими суглинками та глинами

Різноякісність геологічних відкладів

Панорама середньої частини кар'єра

Середня частина розкривних гірських порід представлена червоно-бурими, сіро-зеленими мергелистими, темно-сірими, різнокольоровими строкатими, яблучно-зеленими, сланцюватими та іншими геологічними відкладами різноманітного складу і властивостей

Нижній уступ кар'єра, де залягає пласт марганцевої руди, представлений олігоценовими відкладами

У процесі рекультивації цілеспрямовано конструюються грунтоподібні тіла (штучні едафотопи), які одержали назву техноземів

техноземи (техногенно створені едафічні системи)

педоземи – спланована поверхня відвалів покрита родючим шаром грунту

літоземи – без покриття спланованої поверхні шаром ґрунту

Багаторічні польові досліди проводились на спеціально створеному науковому стаціонарі

Вивчення параметрів моделей штучних едафотопів проводили у спеціальних модулях

Ефективність енергетичних дотацій у вигляді мінеральних, органічних та бактеріальних добрив досліджували у вегетаційних дослідах

Едафічні чинники, що визначають стійкість і стабільність функціонування системи “агрофітоценоз−едафотоп” на рекультивованих землях

Гранулометричний та хіміко-мінералогічний склад

Бонітет геологічних відкладів за гранулометричним складом (10-бальна класифікація Н.А. Качинського) Вміст “фізичної глини”, %

Бал бонітету

Товща лесоподібних відкладів

28,8-59,0

7,8-9,4

Червоно-бурі суглинки та глини

46,2-70,9

7,1-9,4

Сіро-зелені мергелисті глини

65,1-77,4

6,8-7,2

8,5-15,8

3,6-5,9

Геологічні відклади

Древньоалювіальний пісок

Гранулометричний показник структурності гірських порід (за Корчагіною, Вадюніною, 1975)

ле со по дібні суглинки

47

че р во но -бур і суглинки

75

че р во но -бур і глини

10 9

во хр исто -зе ле ні глини

226

сір о -зе ле ні ме р ге листі глини

298

те мно -сір і сланцюваті глини

307

0

50

100

150

200

250

300

350

За гранулометричним складом придатність геологічних відкладів як субстратів для сільськогосподарського використання має такий ряд (у порядку зниження бонітету): лесоподібні суглинки червоно-бурі суглинки червоно-бурі глини зелені, зеленувато-сірі, мергелисті відклади темно-сірі, вохристо-зелені та чорні сланцюваті відклади Древньоалювіальні піски

Співвідношення між глинистими мінералами в мулистій фракції зонального ґрунту та гірських порід, % Глинисті мінерали Субстрат

каолініт

гідрослюда

монтморилоніт

Ґрунтова маса чорнозему південного

28,1

43,8

28,1

Лесоподібний суглинок

33,5

38,5

28,0

Червоно-бура глина

26,1

66,1

7,8

Сіро-зелені міоценові та олігоценові глини

8,2

25,0

66,8

Темно-сіра глина

12,8

83,0

4,2

Древньоалювіальний пісок

61,1

22,9

15,4

Водно-фізичні та агрохімічні властивості літоземів

Гідрологічна характеристика техноземів

Показники найменшої вологоємності та вологості в'янення рослин 50

44,2

1 - чорнозем південний

40 27,7

25,2

22

%

30

34,5

20 10

14,7 8,2

2 - лесоподібні суглинки

8,9

3 - суміш червоно-бурих 0

глин і суглинків 1

2

3

субстрати

Вологість вянення рослин, %

4

Найменша вологоємність, %

4 - сіро-зелені мергелисті глини

Загальні та продуктивні запаси вологи у метровому шарі техноземів при найменшій вологоємності (НВ), мм

запаси вологи, мм

600 500 400 300

1 - чорнозем південний

530 438 332

327 211

200

244

289

2 - лесоподібний суглинок (-23 мм)

188

100

3 - суміш червоно-бурих

0

глин і суглинків (+33 мм) 1

2

3

субстрати загальні

продуктивні

4

4 - сіро-зелені мергелисті глини (+78 мм)

Проблема фосфору у літоземах

Співвідношення фракцій фосфатів у техноземах 100%

79,9 мг-екв.

80,2

66,9

мг-екв

мг-екв.

24,3

24,3

25,2

12,4

6,3 8,3

6,5

80%

60%

8,3

40%

29,7

48

73,7 мг-екв.

1 – ґрунтова маса чорнозему

32,3

11,6

2 6,9

44,7

47,7

2 - лесоподібний суглинок 3 - суміш червоно-бурих

20%

глин і суглинків

25,3 13,1

12

11,1

0% 1

Са-РI

2

3 субстрати

Са-РII

Al-Р

Fe-Р

4

Са-РІІІ

4 - сіро-зелені мергелисті глини

Гідроакумулятивна модель штучного едафотопу дозволяє накопичувати у кореневміщуючому шарі додатково 50-70 мм вологи 50 см шар ґрунтової маси

50 см прошарок лесоподібного суглинку

25-30 см прошарок піску (водовміщуючий шар)

Водоупір з глин важкого гранулометричного складу

Моделі рекультивованих земель

Гумусоутворення та гумусонакопичення у літоземах

Розподіл гумусу по профілю літоземів через 25 років з початку сільськогосподарського освоєння

Лесоподібні суглинки

гумус, % 0,4

0,6

0,8

1

0,5

40-50 50-60

0,53 0,4

0,6

0,8

1

50-60

0,52 0,39

0,77 0,52

30-40

0,48

40-50

0,44

50-60 60-70

0,31

70-80

0,32

70-80

80-90

0,46

80-90

0,32

80-90

0,19

90-100

0,33

90-100

0,2

0,44

1

1,2

1,02

0,47

90-100

0,8

1,14

70-80

0,44

0,6

20-30

0,49 0,56

0,4

10-20

0,72

40-50

0,2

0-10

0,84

30-40

60-70

0

0,95

20-30

0,63

30-40

0,4

10-20

0,85

20-30

0,2

0-10

0,98

10-20

гли б и н а , с м

0

1,11

0-10

60-70

1,2

гл и б и н а , с м

0,2

гумус, %

гумус, %

гли би н а, с м

0

Сіро-зелені мергелисті глини

Суміш червоно-бурих глин і суглинків

Едафічна оцінка складу і властивостей гірських порід та можливості її оптимізації 1 практично неможливо змінити Визначають основні (конституційні) едафічні властивості

2

можливо змінити цілеспрямованими енерговитратними багаторічними заходами

3 можливо змінити одноразовими заходами на незначний період часу

Мінералогічний склад Гранулометричний склад Геохімічний склад

гумусонакопичення розсолення підвищення біологічної активності

забезпечення поживними елементами вологонакопичення та вологозбереження оптимізація повітряного режиму

Обмежувальні чинники сільськогосподарського освоєння літоземів Низький вміст гумусу

1 загальні для всіх гірських порід

2 специфічні

Лесоподібні суглинки

Низький вміст азоту Недостатня забезпеченість доступним фосфором

низька агрегатованість та утворення ґрунтової кірки

Червоно-бурі глини

підвищений вміст легкорозчинних солей

Сіро-зелені глини

важкий гранулометричний склад

Можливості фітоіндикації рівня родючості літоземів бобово-злаковими агроценозами Співвідношення компонентів бобово-злакового агрофітоценозу другого року життя залежно від терміну біологічного освоєння літоземів (узагальнені показники по трьох літоземах)

злакові Через 11-14 років з початку освоєння

30%

5%

Через 25-26 років з початку освоєння 10%

Інші види

11%

85%

бобові 59%

Елементи технології створення і використання багаторічних бобово-злакових агрофітоценозів на літоземах

Підбір компонентів

Стійкість агрофітоценозу забезпечують різні вимоги до екологічних чинників окремих його компонентів відношенням до: Мезофіти: люцерна, стоколос

вологи

Ксерофіт: еспарцет Ксеромезофіт: житняк Мегатрофи: стоколос, житняк

живлення

Еврітрофи: люцерна, еспарцет Геліофіти: стоколос, люцерна, житняк

світла Тіньовитривалий: еспарцет

аерації грунту

здатні переносити несприятливі умови зимівлі і посухи

Аерофіти: люцерна, стоколос, еспарцет Здатний переносити умови ущільнення: житняк Гемікриптофіти: люцерна, еспарцет Геофіт: стоколос Хамефіт: житняк

Багаторічні бобово-злакові агрофітоценози на літоземах

На лесоподібних суглинках

На суміші червоно-бурих глин

На сіро-зелених мергелистих глинах

Удосконалення технології рекультивації

На першому етапі стабілізаційно-фітомеліоративного періоду рекультивації порушених земель доцільно створювати одновидові агрофітоценози з багаторічних бобових трав

Люцерна синьогібридна та еспарцет піщаний на літоземах глинистого та суглинистого гранскладу забезпечують щорічну продуктивність надземної сухої маси до 35-42 ц/га

Рекультивація шламосховищ

Обезводнена частина шламосховища – екологічно небезпечний об’єкт

Тільки у Кривбасі під шламосховищами зайнято 7.5 тис.га, у яких заскладовано 1,2 млрд. т відходів збагачення залізної руди

Рекультивація шламосховищ

Моделі техноземів для рекультивації шламосховища

шлам

насипний шар родючого грунту (30, 50 та 80 см)

50-см прошарок із лесоподібного суглинку

Середньорічні показники врожайності сільськогосподарських культур на різних варіантах рекультивації шламосховища, ц/га Товщина нанесеного шару ґрунту, см

Озима пшениця

Ярий ячмінь

Кукурудза на зерно

Урожайність у варіантах без прошарку лесоподібного суглинку

30 50 80

24,6 33,5 41,2

21,7 27,7 33,5

25,7 34,7 45,5

Урожайність у варіантах з прошарком лесоподібного суглинку

30 50 80

30,3 37,6 41,7

27,8 32,4 33,5

34,1 40,9 47,1

Висновки

Основним критерієм оптимальності технологій сільськогосподарської рекультивації земель має бути створення екологічно збалансованих, оптимально організованих високопродуктивних агроекосистем, які забезпечують досягнення максимального природоохоронного, господарського і соціального ефекту при мінімальних матеріально-фінансових затратах

Дякую за увагу!