Введение к работе
Актуальность темы исследований. Развитие научно-технического прогресса в XX веке сопровождалось значительными трансформациями природных ландшафтов. Бурный рост производства, резкое увеличение численности городского населения привели к формированию урбанизированных территорий, занятых производственными, транспортными и другими инженерными сооружениями. В результате функционирования энергетических и промышленных объектов образовались золоотвалы, шламонакопители и другие виды нарушенных земель.
В настоящее время отработанные золоотвалы занимают значительные территории. В Российской Федерации общая площадь занятых золоотвалами земель превышает 28 тыс. га, на которых складировано более 1,4 млрд. тонн золошлаков. Прогнозируется, что площади под золоотвалами будут увеличиваться из-за планируемого роста выработки электроэнергии на угольных энергоблоках. Огромные площади также отчуждаются для размещения накопителей коммунальных и промышленных шламов. В настоящее время на территории России в них находится около 8 млрд. м шламов различных классов опасности. Размещаемые в золоотва-лах и шламонакопителях материалы - ценное техногенное сырьё, которое можно применять в различных отраслях народного хозяйства. Однако, уровень их использования незначителен, поэтому основные объёмы складируют в золо- и шла-мохранилищах, которые оказывают комплексное негативное воздействие на окружающую природную среду и население. Для ускорения процесса восстановления нарушенных объектов необходимо проведение биологической рекультивации, что будет способствовать улучшению условий в районах их размещения. В связи с этим, особую актуальность приобретают исследования, направленные на теоретическое и экспериментальное обоснование и разработку технологий биологической рекультивации нарушенных земель урбанизированных территорий.
Степень разработанности темы. Одним из основных направлений рекультивации нарушенных земель урбанизированных территорий является их биологическая консервация, так как они являются объектами, которые оказывают отрицательное влияние на окружающую природную среду и здоровье населения, проживающего в зоне их воздействия, в связи с чем, их использование для нужд народного хозяйства страны экономически и экологически нецелесообразно. В настоящее время основным способом их биологической рекультивации является фито-мелиорация. Многочисленными исследованиями, проведёнными в нашей стране и за рубежом, установлено, что восстановление нарушенных земель урбанизированных территорий, и в частности золо- и шламонакопителеи, путём создания на них фитоценозов позволяет практически полностью прекратить пыление и водную эрозию их поверхности. Изучение опыта проведения биологической рекуль-
тивации показало, что в качестве культур-освоителей применяются многолетние злаковые и бобовые травы, поскольку они толерантны к комплексу неблагоприятных экологических условий, способны формировать густую дернину, препятствующую развитию эрозионных процессов. Виды трав и нормы их высева были установлены на основании изучения опытных и производственных посевов на рекультивируемых территориях.
Большое влияние на рост и развитие растений оказывают климатические и эдафические условия рекультивируемой территории. Поскольку размещаемые в золо- и шламохранилищах отходы неблагоприятны для произрастания растений при создании устойчивого растительного покрова рекомендуется не только подбор ассортимента толерантных видов, но также проведение специальных мероприятий по улучшению условий их обитания: нанесение рекультивационного слоя, использование органических и (или) минеральных удобрений, полив, применение микробиологических препаратов для стимуляции роста растений и активации микрофлоры, а также закрепление вяжущими веществами для стабилизации поверхности и прекращения пыления. Необходима разработка эффективных технологий биологической рекультивации выведенных из эксплуатации золоотва-лов и шламонакопителей с использованием методов и способов мелиорации для ускорения их восстановления, поскольку саморекультивация таких объектов происходит очень медленными темпами.
Цель исследований. Теоретическое обоснование, разработка и экспериментальная апробация технологий фитомелиорации нарушенных земель при биологической рекультивации, обеспечивающих снижение их негативного воздействия на окружающую среду при рациональном использовании ресурсов.
Задачи исследований:
обобщить существующий опыт и выявить особенности технологий биологической рекультивации нарушенных земель урбанизированных территорий;
разработать классификацию мелиорации, применяемых при биологической рекультивации нарушенных земель;
теоретически обосновать и разработать этапы создания искусственного фитоценоза на нарушенных землях при их биологической рекультивации;
разработать методику биологической рекультивации нарушенных земель;
определить особенности технологии биологического этапа при санитарно-гигиеническом направлении рекультивации и установить набор операций технологического процесса;
обосновать необходимость совершенствования технологий биологической консервации на основе функционально-стоимостного анализа (ФСА);
изучить методологические основы мониторинга рекультивированных земель и разработать систему показателей для его проведения;
- выполнить эколого-экономическую оценку эффективности разработанных
технологий фитомелиорации при биологической рекультивации нарушенных зе
мель урбанизированных территорий.
Научная новизна исследований заключается в том, что: - теоретически обоснована целесообразность применения различных видов мелиорации при биологической рекультивации нарушенных земель;
разработаны и теоретически обоснованы этапы создания искусственного фитоценоза на нарушенных землях при их биологической рекультивации;
разработана методика биологической рекультивации нарушенных земель в виде структурно-функциональной схемы;
разработан технологический процесс биологической консервации нарушенных земель с применением фитомелиорации;
- обоснован и впервые использован для совершенствования технологий
биологической рекультивации нарушенных земель метод ФСА;
- разработана система показателей мониторинга биологической рекультива
ции нарушенных земель.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость работы заключается в научном обосновании необходимости применения различных мелиоративных мероприятий как методов, обеспечивающих проведение биологической рекультивации нарушенных земель урбанизированных территорий. Теоретически обоснованы и разработаны этапы создания искусственного фитоценоза на нарушенных землях при их биологической рекультивации. Составлена схема формирования искусственного фитоценоза, на основании которой определён и обоснован состав операций технологии биологической рекультивации. Разработана методика биологической рекультивации нарушенных земель, представленная в виде структурно-функциональной схемы. Разработаны технологические схемы возделывания многолетних травосмесей на нарушенных землях урбанизированных территорий, определён состав технологических операций уходных работ за посевами многолетних травосмесей. Разработаны технологические требования к проведению биологической рекультивации нарушенных земель урбанизированных территорий. На основе ФСА установлены направления дальнейшего совершенствования технологий биологической рекультивации с целью снижения затрат. Разработана система показателей мониторинга биологической рекультивации нарушенных земель.
Практическая значимость работы заключается в том, что проведённые исследования завершены разработкой технологий биологической консервации нарушенных земель урбанизированных территорий с использованием фитомелиорации, которые внедрены на первой и второй секциях золоотвала Новочеркасской ГРЭС и на шламонакопителе БОС Стерлитамакского ОАО «Каустик», что
подтверждается актами внедрения. Суммарный предотвращённый экологический ущерб составил 13,179 млн. руб./ год.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием методов системного анализа, методологической основой исследований являлся ландшафтный (геосистемный) подход.
Лабораторные и полевые исследования проводились в соответствии с общепринятыми методическими указаниями. Наблюдения и учёты выполнялись с использованием стандартных методик, приборов, оборудования и прикладных программ на персональном компьютере. Обработка полученных экспериментальных данных осуществлялась методами математической статистики.
Положения, выносимые на защиту:
этапы создания искусственного фитоценоза при биологической рекультивации нарушенных земель урбанизированных территорий;
классификация мелиорации, используемых на биологическом этапе рекультивации;
методика биологической рекультивации нарушенных земель в виде структурно-функциональной схемы;
экспериментальное обоснование технологий биологической рекультивации с применением фитомелиорации;
научно обоснованные технологические схемы возделывания многолетних травосмесей на нарушенных землях, состав уходных работ за посевами;
технологические требования к проведению фитомелиорации при биологической рекультивации нарушенных земель;
- система показателей мониторинга биологической рекультивации нару
шенных земель урбанизированных территорий.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследований подтверждается большим объёмом экспериментальных данных, полученных в результате лабораторных и многолетних полевых опытов, выполненных в многократной повторности; достаточным объёмом расчётных данных; высокой степенью точности результатов теоретических и экспериментальных исследований, обосновывающих технологии биологической рекультивации нарушенных земель с использованием методов и способов мелиорации; положительными результатами опытно-производственной проверки.
Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на международных и всероссийских научно-практических конференциях, симпозиумах и семинарах ЮРГТУ (НПИ) (2005 г.), Российский НИИ проблем мелиорации (2005-2009 гг.), ВНИИ «Радуга» (2006 г.), Дніпропетровський ДАУ (2006, 2010 гг.), Московский ГУЛ (2008-2009 гг.), Кубанский ГАУ (2009 г.), Белорусская ГСХА (2009 г.), Воронежская ГЛТА (2009 г.), Рязанский ГАТУ им. П. А. Косты-
чева (2009 г.), Волгоградская ГСХА (2010 г.), МЭИ (2010, 2012 гг.), Белгородский ГУ (2010 г.), Вологодский ГТУ (2010 г.), Мещерский филиал ВНИИГиМ (2010 г.), ЮФУ (2011 г.), Азово-Черноморская ГАА (2012 г.), НГМА (2004-2012 гг.). Результаты исследований обсуждались и оценивались положительно на совещаниях в 2010-2012 гг., посвященных экологической политике, проводимой ОАО «ОГК-2» Новочеркасской ГРЭС.
В 2005 г. на инновационном форуме «ИННОВ 2005» научная работа «Биологический этап рекультивации золоотвала Новочеркасской ГРЭС» была отмечена дипломом I степени. В 2006 г. на III конференции молодых учёных «Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации» присуждена I премия за доклад «Особенности интеграции отработанных золоотвалов в природные ландшафты». В 2007 г. за активную работу по сохранению природы Дона получена грамота от Комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов Администрации Ростовской области. В 2010 г. на III Международном научно-практическом семинаре «Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование» поощрена дипломом за разработку и успешное внедрение технологии биологической рекультивации золоотвалов на Новочеркасской ГРЭС.
По материалам исследований опубликованы 62 научные работы общим объёмом 34,13 п.л., личное участие автора - 23,57 п.л., в том числе 1 монография, 1 патент на изобретение, 15 статей - в журналах, рекомендованных ВАК Мино-брнауки РФ.
