Введение к работе
Актуальность. Деятельность металлургической промышленности приводит к деградации наземных экосистем вблизи предприятий и возникновению техногенных пустошей (Лукина, Никонов, 1998; Remon et al., 2005; Kozlov, Zvereva, 2007). Одной из них является территория около г. Мончегорска (Мурманская область, РФ). Техногенная пустошь здесь является заключительной стадией техногенно-пирогенных дигрессий сосновых и еловых лесов (Ганичева и др., 2004). Естественные восстановительные сукцессии такой территории особенно затруднены в условиях Субарктики. Постоянные выбросом экотоксикантов (соединения тяжелых металлов и S02), поступление их в грунт, накопление в близлежащих наземных экосистемах и миграция в водную среду (Проблемы..., 2005; Кашулина, Салтан, 2008) служат причинами низкой интенсивности самовосстановления наряду с недостатком органического вещества почв и питательных веществ и отсутствием банка семян и подземных вегетативных органов (Ганичева и др., 2004). Стандартные подходы к рекультивации земель, разработанные в целом для России, на Севере зачастую оказываются нерезультативными (Арче-гова, Лиханова, 2012; Капелькина, 2012; Андроханов, 2012). Традиционный метод восстановления растительного покрова (нанесение плодородного слоя) является малодоступным из-за дефицита почвенных ресурсов в регионе и их быстрой деградации в условиях действующего предприятия.
Для реабилитации территории Мончегорской пустоши требуется разработка особой технологии, учитывающей вышеуказанную специфику. Одним из подходов является использование удобрений пролонгированного действия (Лукина и др., 2001). В Мурманской области, благодаря наличию высокоразвитого горнопромышленного комплекса, в отвалах вскрышных пород и хво-стохранилищах заскладированы минеральные отходы, содержащие карбонаты и силикаты Са и Mg. Их большие запасы и недостаточная изученность возможности применения при проведении фиторекультивационных работ предопределили направление исследований.
Цель работы - разработать научные основы фиторекультивации территории техногенной пустоши с применением минеральных субстратов из отходов горнопромышленного комплекса в условиях Субарктики.
Задачи исследования
1. Выявить возможности использования минеральных отходов в качестве субстратов (мелиорантов) для фиторекультивации техногенно-трансформированного грунта пустоши;
-
Исследовать особенности роста и развития травостоя злаковых растений в искусственном фитоценозе в зависимости от типа грунта и вида использованного мелиоранта;
-
Разработать инновационный подход к фиторекультивации территории техногенной пустоши в зоне влияния медно-никелевого производства;
-
Оценить экономическую эффективность разработанной технологии.
Основные положения, выносимые на защиту. Минеральные субстраты из горнопромыпшенных отходов, содержащие карбонаты и силикаты Са и Mg, являются эффективными мелиорантами, способствующими созданию благоприятных для произрастания растений эдафических условий на территории техногенной пустоши. Травостой из злаковых растений, сформированный на вермикулитовом субстрате по разработанной запатентованной технологии без использования дефицитных в регионе почвы и торфа, устойчив к аэротехногенной нагрузке, способен к самостоятельному существованию и обеспечивает начальный этап восстановительной сукцессии. Разработанная технология, основанная на комплексном использовании минеральных субстратов (ковдорского вермикулита, мелиорантов из горнопромышленных отходов) и устойчивых к аэротехногенной нагрузке многолетних травянистых злаковых растений является эффективным, экономически обоснованным способом фиторекультивации техногенно-нарушенных земель в зоне аэротехногенного воздействия медно-никелевых производств в условиях Субарктики.
Научная новизна. Разработан новый подход к фиторекультивации территории техногенной пустоши в условиях Субарктики, способствующий снижению токсичности грунтов, предотвращению миграции ТМ в окружающие природные объекты и обеспечивающий процессы ускоренного формирования высококачественного растительного покрова. Впервые в качестве мелиорантов для реабилитации техногенных пустошей в Субарктике применены отходы предприятий горнопромышленного комплекса.
Теоретическая значимость. Сформулирована концепция ускоренного формирования фитоценозов из злаковых растений в условиях Субарктики. Обоснованы и установлены закономерности роста и развития растительных сообществ в зависимости от типа техногенного грунта и наличия мелиоративного слоя. Выдвинута и подтверждена гипотеза о высокой мелиоративной способности отходов горнопромышленного комплекса, содержащих карбонаты, силикаты Са и Mg, и возможности их использования для восстановления техногенно-нарушенных экосистем в условиях Субарктики.
Практическая значимость. Разработана, прошла комплексные опытно-промышленные испытания и предложена производству инновационная технология для реабилитации техногенных пустошей с использованием минеральных субстратов из отходов горнопромышленного комплекса. Дано экономическое обоснование технологии фиторекультивации техногенной пустоши в условиях действующего медно-никелевого комбината. Проведенные исследования были поддержаны хозяйственными договорами с ОАО «Кольская горно-металлургическая компания» № 3097, № 3091 и № 3099. По результатам работы получен акт об испытаниях и запатентованы 3 технологии (патенты на изобретения № 2484613, № 2477946, № 2477947).
Личный вклад автора состоит в участии в составе исследовательской группы в разработке программы и определении основных направлений исследования, организации и личном участии во всех блоках экспериментов, анализе и обобщении полученных результатов, разработке технологии фиторекультивации и ее апробации в укрупненных опытно-промышленных испытаниях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: «Ломоносов» (Москва, 2009); «Биология: от молекулы до биосферы» (Харьков, 2009); «61-я и 62-я студенческие конференции» (Петрозаводск, 2009, 2010); «Гармония Севера: человек и природа. Взгляд молодых» (Петрозаводск, 2010); «IX Ферсмановская научная сессия» (Апатиты, 2012); «Сахаровские чтения: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2012); VI съезд Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Петрозаводск, 2012); «Почвоведение на Кольском полуострове и соседних территориях» (Апатиты, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 4 статьи в рекомендованных ВАК изданиях, 3 патента, 16 статей в Материалах международных и всероссийских конференций, а также в 1 коллективной монографии, изданной за рубежом.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы и 3 приложений. Она изложена на 150 стр., включает 15 табл., 25 рис. Список литературы составляют 170 источников, среди которых 60 иностранных.
