Лекции по м / Лекция по деградации и рекультивации

Деградация и рекультивация нарушенных земель

Дополнительная литература: Методика определения размеров ущерба от деградации почв и земель

1. Деградация земель

Деградация почв и земель представляет собой совокупность природных и антропогенных процессов, приводящих к изменению функций почв, количественному и качественному ухудшению их состава и свойств, снижению природно-хозяйственной значимости земель.

Под степенью деградации (деградированности) почв и земель понимается характеристика их состояния, отражающая ухудшение состава и свойств. Крайней степенью деградации является уничтожение почвенного покрова и порча земель.

Выделяются следующие основные типы деградации почв и земель:

1) технологическая (эксплуатационная) деградация, в т.ч.: нарушение земель; физическая деградация; агроистощение;

2) эрозия, в т.ч.: водная; ветровая;

3) засоление, в т.ч.: собственно засоление; осолонцевание;

4) заболачивание.

Под технологической деградацией понимается ухудшение свойств почв, их физического состояния и агрономических характеристик, которое происходит в результате эксплуатационных нагрузок при всех видах землепользования.

Нарушение земель представляет собой механическое разрушение почвенного покрова и обусловлено открытыми и закрытыми разработками полезных ископаемых и торфа; строительными и геолого-разведочными работами и др. К нарушенным землям относятся все земли со снятым или перекрытым гумусовым горизонтом и непригодные для использования без предварительного восстановления плодородия, т.е. земли, утратившие в связи с их нарушением первоначальную ценность. Кроме нарушения почвенного покрова происходит и нарушение гидрологического режима местности, образование техногенного рельефа и другие качественные изменения состояния земель. Физическая деградация почв характеризуется нарушением (деформацией) сложения почв, ухудшением комплекса их физических свойств.

Агроистощение почв представляет собой потерю почвенного плодородия в результате сельскохозяйственной деятельности. Агроистощение почв, как правило, сопровождается физической деградацией почв вплоть до полного разрушения почвенного покрова.

Эрозия представляет собой разрушение почвенного покрова под действием поверхностного стока и ветра с последующим перемещением и переотложением почвенного материала.

Водная эрозия представляет собой разрушение почвенного покрова под действием поверхностного стока. Выделяется плоскостная и линейная эрозия.

Плоскостная эрозия проявляется в виде смытости поверхностных горизонтов (слоев) почв.

Линейная (овражная) эрозия представляет собой размыв почв и подстилающих пород, проявляющихся в виде формирования различного рода промоин и оврагов.

Под ветровой эрозией понимается захват и перенос частиц поверхностных слоев почв ветровыми потоками, приводящие к разрушению почвенного покрова.

Засоление почв и земель представляет собой процесс накопления водорастворимых солей, включая и накопление в почвенном поглощающем комплексе ионов натрия и магния.

Собственно засоление - это избыточное накопление водорастворимых солей и возможное изменение реакции среды вследствие изменения их катионно-анионного состава.

Осолонцевание представляет собой приобретение почвой специфических свойств, обусловленное вхождением ионов натрия и магния в почвенный поглощающий комплекс.

Под заболачиванием понимается изменение водного режима, выражающееся в длительном переувлажнении, подтоплении и затоплении почв и земель.

Территория Республики Башкортостан занимает 14294,7 тыс.га. В структуре земельного фонда преобладают земли сельскохозяйственного назначения (54,1%). За период земельной реформы с 1990 по 2007 гг. общая площадь земель сельскохозяйственного назначения сократилась с 8293,7 тыс.га до 7735,2 тыс.га., площадь сельскохозяйственных угодий - с 7379,1 тыс.га до 7342,9 тыс.га., а их распаханность с 65,6 до 50,1%.

Водной и ветровой эрозии подвержено 3997,8 тыс.га, в т.ч. в средней и сильной степени – 1163,3 тыс.га. Только по 39 из 54 районов, где было проведено повторное почвенное обследование, площадь эродированных земель за 20 -летний период между переобследованиями увеличилась на 420 тыс.га, мощность их гумусового горизонта уменьшилась на 6 см, а содержание гумуса в них снизилось на 1,5%. Среднегодовые потери почвы от эрозии в целом по республике составляют 43 млн. куб. м, что равнозначно потере пахотного слоя с площади 7 тыс.га.

Сельскохозяйственные угодья с повышенной кислотностью почв в республике занимают 1453,4 тыс.га, а засоленные, солонцеватые почвы и солонцовые комплексы – 57 тыс.га. Около 206 тыс.га сельскохозяйственных угодий расположено в зоне избыточного увлажнения, а 51,3 тыс.га - заболочены. В республике 995 тыс.га каменистых сельхозугодий.

Естественные сенокосы и пастбища занимают 2478,6 тыс.га, из них культурные и коренного улучшения только 207,9 тыс.га. Заросли кустарником и мелколесьем – 130,9 тыс. га. Около 80% всех пастбищ – сбитые.

Промышленные предприятия ежегодно производят около 11 млн. т различных отходов, в т.ч. около 4 млн. т токсичных. Площади нефтезагрязненных земель занимают более 10 тыс. га. Протяженность автомобильных дорог превышает 16 тыс.га и железных дорог – 1366 км. Всё это создает значительные помехи в использовании земель и способствует различным видам их деградации.

Для оценки степени деградации почв и земель используются индикаторные показатели, по которым установлены пороговые значения для определения потери природно-хозяйственной значимости земель. При этом необходимо введение дополнительных показателей, более полно характеризующих деградацию почв и земель.

Деградация почв и земель по каждому индикаторному показателю характеризуется пятью степенями:

0 - недеградированные (ненарушенные);

1 - слабодеградированные;

2 - среднедеградированные;

3 - сильнодеградированные;

4 - очень сильнодеградированные (разрушенные).

2. Рекультивация земель, нарушенных геологическими и горными работами

При изъятии огромных по объему масс породы, вмещающих полезное ископаемое, будь то твердое или жидкое, меняется формировавшаяся миллионами лет геологическая среда, что приводит к последовательному развитию следующих событий:

• ослаблению горного давления внутри напряженного массива;

• формированию полостей окисления природных агентов;

• образованию провалов земли на дневной поверхности;

• активизации эрозии почв;

• нарушение первичных природных условий окружающей среды.

Следовательно, после геологических и горных работ нужно проводить рекультивацию земель.

Согласно ГОСТ 17.5.1.01-83 выделяются следующие направления рекультивации:

• сельскохозяйственное - с целью создания на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий;

• лесохозяйственное - с целью создания лесных насаждений различного типа;

• рыбохозяйственное - с целью создания в понижениях техногенного рельефа рыбоводческих водоемов;

• водохозяйственное - с целью создания в понижениях техногенной рельефа водоемов различного назначения;

• рекреационное - с целью создания на нарушенных землях объекта отдыха;

• санитарно-гигиенические - с целью биологической или технической консервации нарушенных земель, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве экономически неэффективна или нецелесообразна в связи с относительной кратковременностью существования и после дующей утилизацией этих объектов (техногенных образований);

• строительное - с целью приведения нарушенных земель в состояние пригодное для промышленного и гражданского строительства.

Выбор направления рекультивации земель осуществляется с учетом следующих факторов:

1. природных условий района (климат, почвы, геологические, гидрогеологические и гидрологические условия, растительность, рельеф, определяющие геосистемы или ландшафтные комплексы);

2. агрохимических и агрофизических свойств пород и их смесей в отвалах, гидроотвалах, хвостохранилищах;

3. хозяйственных, социально-экономических и санитарно-гигиенических условий в районе размещения нарушенных земель;

4. срока существования рекультивированных земель и возможности и повторных нарушений;

5. технологии производства комплекса горных и рекультивационных работ;

6. требований по охране окружающей среды;

7. планов перспективного развития территории района горных разработок;

8. состояния ранее нарушенных земель, т.е. состояния техногенных ландшафтов карьерно-отвального типа, степени и интенсивности их самозарастания.

В связи с необходимостью восполнения сельскохозяйственных угодий, особенно в густонаселенных районах, где производство сельскохозяйственной продукции имеет большое народнохозяйственное значение, предпочтение при прочих равных условиях отдается сельскохозяйственному направлению рекультивации нарушенных земель.

Лесохозяйственная рекультивация выполняется в тех случаях, где сельскохозяйственная рекультивация в силу природных или хозяйственных факторов нецелесообразна, где требуется воспроизводство леса, как из хозяйственных потребностей, так и по необходимости улучшения состояния окружающей среды, создания рекреационных зон в промышленных районах или защиты земель от эрозии.

Карьерные выемки, глубокие прогибы и провалы, засыпка которых технически невыполнима и экономически не оправдана, могут быть использованы под водоемы различного назначения, для создания рекреационных зон, а также размещения различных промышленных и гражданских объектов.

Санитарно-гигиеническая рекультивация биологическими или техническими методами выполняется при необходимости консервации нарушенных земель (техногенных образований - отвалов пустых пород, отходов обогащения и переработки, временных складов минерального сырья и пр.), оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, в следующих случаях:

• если приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для использования в народном хозяйстве, экономически неэффективно;

• если направление использования этих земель в народном хозяйстве временно не установлено;

• если породы, выполняющие эти техногенные образования, подлежат переработке или использованию в качестве вторичного ресурса;

• если эти техногенные объекты подлежат переформированию или перемещению.

Целесообразность использования нарушенных земель для промышленного и гражданского строительства устанавливается на основе региональных схем землеустройства и рекультивации земель, генеральных планов застройки территорий, результатов инженерно-геологических изысканий на территории нарушенных земель и соответствующих технико-экономических расчетов.

Горное предприятие выполняет технический этап рекультивации, который включает:

1. планировку поверхности нарушенных земель (грубую и чистовую);

2. выполаживание или террасирование откосов отвалов и бортов карьерных выемок;

3. ликвидацию последствий усадки отвалов;

4. противоэрозионные мероприятия;

5. снятие, транспортирование, складирование (при необходимости) и нанесение на рекультивируемые земельные участки почвенно-растительного слоя и (или) пригодных (плодородных и потенциально плодородных) пород;

6. комплекс мелиоративных мероприятий (при необходимости), направленных на улучшение химических и физических свойств пород и их смесей, слагающих поверхностный слой рекультивируемых земель;

7. строительство гидротехнических и мелиоративных сооружений дорог, прокладку прочих инженерных коммуникаций.

При выборе схемы и структуры механизации рекультивационных работ в первую очередь учитываются направление освоения восстанавливаемых земель, технология отвальных и вскрышных работ, состояние нарушенных участков и свойства вскрышных пород.

Основное требование рекультивации к технологии вскрышных отвальных пород сводится к созданию на отработанных землях биогеоценозов и форм рельефа, благоприятных для последующего освоения.

Технология горных работ должна обеспечить:

• селективную выемку пород, пригодных для биологической рекультивации, их транспортирование, хранение или непосредственное использование для рекультивации нарушенных земель;

• размещение непригодных и малопригодных пород в нижней части отвалов;

• компактную укладку вскрышных пород в отвалы для снижения объема горно-планировочных работ;

• выполаживание откосов отвалов и бортов остаточных карьерных выемок;

• формирование оптимальных по геометрическим параметрам, негорящих и устойчивых отвалов;

• оптимальное изъятие и минимальные сроки использования земель в технологическом процессе;

• сокращение отрицательного влияния на окружающую среду, сохранение в зоне открытых разработок благоприятных экологических условий для растений и животных.

3. Рекультивация земель, загрязненности нефтью

Нефть и нефтепродукты, поступая в окружающую среду, оказывают негативное влияния на природные компоненты экосистемы. Они являются постоянным источником канцерогенного и мутагенного загрязнения. Поэтому проведение рекультивационных работ является одним из важнейших природоохранных мероприятий, направленных на восстановление прежнего плодородия загрязненных земель.

Попадая на земную поверхность, нефть из анаэробной обстановки с очень замедленными темпами геохимических процессов переносится в кислородную среду, где помимо абиотических (АБИОТИЧЕСКИЙ - abiotic - не относящийся к живым организмам процесс, явление, фактор, объект и т.д.) большую роль играют биохимические факторы. Сырая нефть, содержащая до 50% легких (с температурами кипения до 250 градусов) наиболее токсичных фракций, подвергается физико-химическому воздействию: испарению, вымыванию, ультрафиолетовому облучению и т. п., вследствии чего легкие и водорастворимые углеводороды, разлагаясь, мигрируют с места разлива. Остаточный тяжелый битумизированый нефтепродукт подвергается биохимической деградации. Решающее значение играют микроорганизмы, осуществляющие внутриклеточное окисление углеводородов.

Комплекс мероприятий по очистке почвы от нефтяного загрязнения включают два момента: первый- активизация абиотических физико-химических процессов деградации свежей нефти; второй- стимуляция почвенной углеводоокисляющей микрофлоры и фитомелиорация.

Подготовительный этап рекультивации земель. Основной целью подготовительного этапа является расчистка участка от усыхающего и мертвого древостоя, завалов из срубленной ранее и сваленной в кучи древесины, строительного и бытового мусора и обваловка со стороны возможного повторного загрязнения нефтью и минерализованными водами, при условии, если она не была сделана в ходе ликвидации аварии. Не допускается выжигание и засыпание нефтяных пятен песком. Самой большой и опасной ошибкой, допускаемой при рекультивации земель, является засыпка разлитой нефти привозным грунтом – песком и торфом. При этом разлитая нефть выводится из процесса микробиологического окисления, а «рекультивированный» подобным образом участок на многие годы становится источником постоянного загрязнения грунтовых и подземных вод.

Агротехнический этап. Основная цель создать слой почвы со свойствами, благоприятными для биологической рекультивации. Выполняют следующие работы:

-рыхление почвенного горизонта для ускорения физико-химических и биохимических процессов деградации нефти с использованием мульчирующих грунтов (на сильнозагрязненных лесных почвах);

-создание искусственного микрорельефа из чередующихся продольных микроповышений (бугров) и микропонижений (канавок) на болотных почвах с избыточным увлажнением;

Стимуляция почвенной микрофлоры должна начинаться только при снижении концентрации общего нефтепродукта до 23-25% в органогенных или 15-18% минеральных почвенных горизонтах в среднем по участку. Это же условие касается и использования бактериальных препаратов.

При снижении концентрации остаточных нефтепродуктов в рекультивировационном слое в среднем по всему участку до значений безопасных для фитомелиорантов (15% в органогенных и 8% в минеральных и смешанных грунтах) можно приступать к биологическому этапу рекультивации.

Биологический этап. Включает в себя комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, проводимых с целью восстановления плодородия нарушенных земель.

-фитомелиорационное и агротехническое стимулирование почвенной углеводоокисляющей микрофлоры;

-формирование устойчивых травостоев или всходов(подроста) древесных пород.

Рекультивацию можно считать завершенной после создания густого и устойчивого травостоя, при этом концентрация остаточных нефтепродуктов со значениями коэффициента окисления нефти более 90% не должна превышать в среднем по участку 8,0% в органогенных и 1,5% в минеральных и смешанных грунтах.