Рекультивация карьерных комплексов

1. Литературный обзор

1. Задачи и направления рекультивации

Рекультивация земель – (от латинского re – приставка, означающая повторность, возобновление и средне - вековое латинское cultivo –обрабатываю, возделываю). Комплекс работ по восстановлению продуктивности и народнохозяйственной ценности земель, улучшению условий окружающей среды. Нарушение земель происходит при разработке месторождений полезных ископаемых, выполнение геологоразведочных, изыскательских, строительных и других работ. При этом нарушается или уничтожается почвенный покров, изменяется гидрологический режим, образуется техногенный рельеф и др. В результате рекультивации на нарушенных землях создаются сельскохозяйственные и лесные угодья, водоемы различного назначения, рекреационные зоны, площади для застройки. Нарушенные земли, рекультивация которых для хозяйственного использования экономически не эффективна, подлежат консервации биологическими, техническими или химическими методами (Советский энциклопедический словарь).

Рекультивация земель обычно осуществляется в два этапа:

Технический (планировка поверхности, покрытие ее плодородным слоем или улучшением грунта, строительство дорог, гидротехнических и мелиоративных сооружений и другие работы в соответствии с проектом) и биологический (агротехнические и фитомелиоративные мероприятия по восстановлению плодородия, ускорению почвообразовательных процессов, возобновлению флоры и фауны на некультивированных землях) (Т.П. Федосеева, 1977).

Известно, что природные системы выполняют свои ландшафтно-экологические функции и одновременно несут нагрузку со стороны социально - экономических систем, обеспечивая их функционирование. Техногенные образования обычно не в состоянии выполнять экологические функции, которые несут естественные геосистемы. Это обстоятельство является первейшей предпосылкой диспропорций в развитии эколого-экономических систем.

Для предупреждения преодоления этих диспропорций чаще всего необходимо восстановить или восполнить природные компоненты в почвах, подвергшихся техногенному воздействию.

В связи с этим восстановление (восполнение) природных компонентов, т.е. рекультивация, рассматривается как основная часть нейтрализации последствий.

Как считает Л.В. Моторина. (1978), рекультивация – направление комплексное, находящиеся на стыке самых разнообразных специальных дисциплин: горного дела, геологии, географии, почвоведения, геоботаники, агрохимии, экономики, градостроительства и т.д. Объектами рекультивации являются земли, подвергшиеся разрушению и загрязнению в результате деятельности горнодобывающей, металлургической и перерабатывающей промышленности, строительство линейных и других инженерных сооружений, геологоразведочных работ и т.п.

Воздействие техники нарушает и уничтожает веками сложившиеся связи в природе, происходит коренная перестройка экологических систем. Процесс естественной эволюции идет чрезвычайно медленно. В связи с полным разрушением и преобразованием в процессе техногенеза растительности и почв формирующиеся естественным путем биогеоценозы малопродуктивны. Поэтому, исходя из слов Л.В. Моториной (1978), задача рекультивации состоит в том, чтобы ускорить процесс естественной эволюции, создать на месте нарушенных более продуктивные и устойчивые ландшафты с высокой хозяйственной, эстетической и природоохранной ценностью.

Рекультивация земель – сложная проблема. Ее решение в значительной мере зависит от конкретных экологических условий нарушенных территорий. Для проектирования рекультивационных работ нужны данные о физико-химическом составе грунта, особенностях гидрологического режима, форме отвалов, крутизне откосов и т.д. – А.Г. Банников (1999).

По словам Н.В. Симакова (1990), рекультивация земель, нарушенных промышленностью, в значительной мере обуславливается спецификой нарушения почвенного покрова. Для разработки мероприятий по рациональному восстановлению и последующему использованию земель все землепользователи области разделены на шесть групп.

Первая группа – предприятия, ведущие открытым способом добычу полезных ископаемых, находящихся на больших глубинах. Добыча полезных ископаемых на таких предприятиях ведется посредством создания карьеров, вскрывающих всю или почти всю толщу осадочных пород. При этом создаются такие техногенные формы, как отвалы и карьеры, оказывающие влияние на всю окружающую территорию. Карьеры дренируют местность, нарушая сложившийся водный баланс территории. Отвалы занимают значительные площади сельскохозяйственных угодий, и является источником загрязнения окружающей среды, очагами водной и ветровой эрозии.

Вторая группа – предприятия, ведущие добычу сырья открытым способом с небольших глубин. Сюда входят карьеры кирпичных заводов, песчаные и меловые карьеры. При добыче минерального сырья происходит нарушение почв и нижележащих толщ пород, формируются отрицательные формы рельефа (овраги, балки).

Третья группа объединяет предприятия, ведущие добычу торфа. После отработки на месте залежей остаются котловины 1.5 – 2.5 –метровой глубины. После расчистки и выравнивания дна могут использоваться под рыбоводческие пруды.

Четвертая группа включает организации, ведущие работы, связанные с прокладкой коммуникаций. При строительстве наземных коммуникаций – автомобильных и железных дорог, дамб и д.р. – необходимо предусмотреть предварительное снятие, хранение и использование гумусированного слоя почв по завершению работ.

Пятая группа объединяет предприятия, которые имеют промышленные отстойники различного назначения. Сюда входят предприятия черной и цветной металлургии, железорудной, пищевой промышленности и т.д.

Шестая группа – включает предприятия, занимающие значительные площади земель под постоянные отводы, такие как водохранилища (Н.М. Чернова, 1985).

Во всем мире прилагают немалые усилия для окультуривания нарушенных промышленностью земель. В России особая необходимость в рекультивации стала ощущаться примерно с 50-х годов.

По мнению Л.П. Астанина (1984), различают несколько направлений рекультивации нарушенных земель в зависимости от последующего использования:

1. Сельскохозяйственное – под пашню, луга, пастбища, многолетние насаждения.
2. Лесохозяйственное – лесопосадки эксплутационного и специального назначения (почвозащитные, санитарно - защитные, водо-охранные т.д.).
3. Водохозяйственное – водоемы различного назначения (водохранилища, пруды для разведения рыбы, дичи и т.д.).
4. Рекреационное – парки, спортивные бассейны, пляжи и т.д.
5. Архитектурно – планировочное – лесонасаждения, посевы луговых трав (газоны), обводнение пониженных участков вокруг жилых построек.

Традиционно понимаемая рекультивация включает в себя два направления: техническое – планировка поверхности, укрепление бортов карьерных выемок и откосов отвалов, снятие и нанесение на отдельные участки потенциально исходных пород плодородного слоя почвы, строительство съездов и дорог; биологическое – агротехнические мероприятия (вспашка, боронование, дискование), внесение удобрений, подбор ассортимента растений, посадка древесно-кустарниковых насаждений и посев многолетних трав (Л.В. Моторина, 1978).

Рекультивация нарушенной территории позволяет решить сразу несколько очень важных задач:

• нейтрализовать вредное воздействие нарушенной территории на окружающую среды и в первую очередь на здоровье человека;
• рационально использовать восстановленную территорию для нужд городского, сельского и лесного хозяйства;
• улучшить микроклимат на восстановленной территории по сравнению с зональными характеристиками путем формирования техногенного рельефа с заданными геометрическими параметрами (В.Д.Оленьков 1988).

По литературным данным, рекультивацию нарушенных земель проводят с целью их применения для сельскохозяйственных, лесохозяйственных, водохозяйственных, строительных, рекреационных, природоохранных и санитарно – оздоровительных видов деятельности. Рекультивации подлежат земли, нарушенные в результате:

• разработки месторождений полезных ископаемых, а также добыче торфа;
• прокладки трубопроводов, проведение строительных, мелиоративных, лесозаготовительных, геологоразведочных работ, переработки сырья, проектирование изыскательских и иных работ, связанных с нарушением почвенного слоя;
• ликвидация промышленных, военных, гражданских и иных объектов и сооружений;
• складирование и захоронение промышленных, бытовых и других отходов;
• строительство, эксплуатация и консервирование подземных объектов и коммуникаций;
• ликвидация последствий загрязнения земель, требующих снятие плодородного верхнего слоя почвы;
• проведение войсковых учений за пределами специально отведенных для этих целей полигонов.

В соответствии с требованием ГОСТ 17.5.3.04 – 83 «Охрана природы земли. Общие требования к рекультивации земель» в проекте рекультивации нарушенных земель предусматривается выполнение следующих работ:

В техническом этапе рекультивации:

• мероприятия по снятию, складированию, хранению плодородного слоя почвы, определение объема земляных работ, технологии снятия, используемой техники, а также формы и площади отвалов и карьеров;
• грубая и чистая планировка поверхности рекультивируемого участка, засыпка водоотводящих и водоподводящих коммуникаций;
• выполнение бортов и откосов: проектное заложения, объем земляных работ и применяемая технология;
• террасирование откосов, засыпка и планировка провалов и выработок;
• освобождение рекультивируемой поверхности от крупногабаритных обломков пород, производственных конструкций, строительного мусора и промышленных отходов с последующим их захоронением или организованным складированием или переработкой;
• вертикальная и горизонтальная планировка рекультивируемой поверхности, устройство дна бортов карьеров и планировка освобождаемой от отходов территории;
• строительство подъездных путей и дорог с учетом прохода сельскохозяйственной, лесохозяйственной и другой техники;
• устройство, при необходимости, дренажной, водоотводящей и оросительной сети и ликвидация или использование плотин, дамб, насыпей и т.д.;
• противоэрозионные и водоотводящие мероприятия;
• мелиорация токсичных пород и загрязненных почв, если невозможна их засыпка слоем потенциально плодородных пород;
• нанесение плодородного слоя почвы, потенциально плодородных пород, последующая вспашка или рыхление территории;

В биологическом этапе рекультивации:

• комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы;
• агротехнические мероприятия: подбор состава травосмеси, пород лесных культур (или кустарников), нормы высева или посадки с учетом почвенно-грунтовых условий рекультивируемой территории;
• определение нормы и периодичности внесения удобрений;
• обоснование мероприятий технологических карт по обработке территории со сроками их выполнения;
• определение продолжительности мелиоративного периода;
• разработка рекомендаций по использованию рекультивируемого участка.

По словам Н.Е. Бекаревича, (1987), биологическое восстановление земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, в значительной мере определяется составом и свойствами пород, физико-георафическими условиями среды, характером дальнейшего использования рекультивационных участков. В зависимости от указанных условий в настоящее время нарушенные земли можно восстановить тремя способами:

1. Путем возврата почвенного гумусового слоя на прежнее место после добычи полезных ископаемых или окончания других видов работ.
2. Путем использования пород в качестве среды для размещения растений.
3. Смешение пород и почв с последующим выращиванием на смесях сельскохозяйственных и лесных культур.

Исходя из требований сельскохозяйственных культур к условиям произрастания почвы и породы, нарушаемые хозяйственной деятельностью, подразделены на четыре группы:

1. Безусловно, пригодные.
2. Пригодные.
3. Условно пригодные (пригодные после улучшения).
4. Непригодные.

К первой категории (безусловно, пригодные) отнесены гумусовые горизонты почв с содержанием более одного процента органического вещества. Гумусовые горизонты черноземов, темно-серых лесных, лугово-черноземных и луговых почв.

Ко второй категории пригодности отнесены лессовидные отложения и лессы различного механического состава. Лесс и лессовидные суглинки можно использовать непосредственно для выращивания растений и в качестве основы для размещения гумусового слоя.