Введение к работе
Актуальность исследования и степень разработанности проблемы.
В результате работы тепловых электростанций Российской Федерации ежегодно образуется более 60 млн. т. золы и шлаков, основное количество которых размещается в золоотвалах. Только в Ростовской области общая площадь отработанных золоотвалов составляет 250 га, в которых размещено более 40 млн. т золы, и в перспективе площади под золоотвалами будут увеличиваться, что связано с планируемым ростом выработки электрической и тепловой энергии на твёрдом топливе.
Для устройства золоотвалов из хозяйственного оборота отчуждаются плодородные земли, пригодные для сельскохозяйственного производства. При этом создаются новые техноприродные геосистемы, нуждающиеся в рекультивации и мелиорации.
Пыление золоотвалов наносит огромный вред окружающей среде и вызывает появление различных заболеваний у населения. Золоотвалы обладают повышенной потенциальной опасностью, так как являются объектами, приводящими к чрезвычайным ситуациям в случае их повреждения.
Предотвращение и устранение ущерба, наносимого ландшафтам золоотвалами, достигается: обоснованным выбором места размещения и соответствующим их обустройством с учётом возможности последующего использования; обеспечением устойчивости склонов при формировании отвалов; проведением работ по их рекультивации, и последующему улучшению (окультуриванию) с использованием технологий растительных (фито-) мелиорации.
По данным ряда авторов (Чибрик Т.С, Басниной Л.В. Махнева А.К., Чекасиной Е.В., Пасынковой М.В., Белозеровой Т.П., Пикаловой Г.М., Каар Э.В., Вишня Б.Л., Прозоровой Т.А., Лукиной Н.В., Жак М., Шубина Ф.М., Беспрозвана С.Я., Серой Г.П., Трубиной М.Р., Ивановой Н.А., Pavlovic Р., Weinstein L.H. и др.) важным фактором успешности проведения растительных мелиорации антропогенно-трансформированных ландшафтов, и в частности отработанных золоотвалов, является устойчивость (или антропотоле-рантность) создаваемых фитоценозов, то есть способность их противостоять
воздействиям окружающей среды с целью самосохранения. Исследования вышеуказанных и ряда других авторов были направлены, в основном, на изучение естественного зарастания отработанных золоотвалов и лишь некоторые - на изучение фитоценозов на основе многолетних трав, культивируемых на золе с покрытием ее слоем черноземной почвы, торфом и на «чистой» золе без покрытия на рекультивируемых золоотвалах.
В связи с этим, особую актуальность приобретают исследования, направленные на изучение технологий растительных мелиорации на основе фитоценозов из многолетних травосмесей на рекультивируемых золоотвалах тепловых электростанций, на что направлена настоящая работа.
Цель исследований - научное обоснование и разработка технологии растительных мелиорации на основе фитоценозов из многолетней травосмеси на рекультивируемых золоотвалах тепловых электростанций, обеспечивающей снижение негативного воздействия на окружающую среду.
Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:
обобщить существующий опыт и выявить особенности растительных (фито-) мелиорации при биологической рекультивации золоотвалов тепловых электростанций;
выполнить обследование второй отработанной секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС для установления наличия и оценки произрастающих на его поверхности видов растительности;
произвести отбор образцов рекультивационного слоя для агрохимического анализа и анализа на содержание тяжёлых металлов;
выполнить лабораторные исследования для изучения закономерностей роста, развития многолетних травосмесей в вегетационных сосудах;
заложить опытные участки с многолетней травосмесью на рекультивируемой второй отработанной секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС;
разработать элементы технологического процесса биологической рекультивации золоотвала Новочеркасской ГРЭС;
оценить эффективность предлагаемой технологии растительных мелиорации рекультивируемого золоотвала, исключающей его негативное воз-
действие на окружающую среду.
Объект исследований - вторая отработанная секция золоотвала Новочеркасской ГРЭС.
Предмет исследований - технологический процесс биологической рекультивации золоотвала тепловой электростанции с использованием растительных мелиорации.
Методологическая и эмпирическая база исследования. В диссертационной работе использованы лабораторный и полевой опыты, выполненные в соответствии с общепринятыми методическими требованиями: Методические указания по проведению лабораторных опытов в вегетационных сосудах; Методические указания по проведению полевых опытов с кормовыми культурами ВНИИК и др.
Наблюдения и учеты при проведении исследований проводились с использованием стандартных методик, приборов, оборудования и прикладных программ на персональном компьютере. Обработка экспериментальных данных осуществлялась методами математической статистики.
Научные результаты, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование направления исследований по растительным мелиорациям рекультивируемой секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС для условий степной зоны РФ;
состав травосмеси для растительных мелиорации рекультивируемого золоотвала, установленный в лабораторных условиях;
агротехнические приёмы возделывания многолетней травосмеси в условиях рекультивируемого золоотвала;
закономерности влияния минерального питания на рост, развитие и продуктивность культивируемой на золоотвале травосмеси в условиях естественной влагообеспеченности;
показатели фотосинтетической деятельности посевов многолетней травосмеси на рекультивируемом золоотвале;
технология биологической рекультивации золоотвала с использованием приемов растительных мелиорации;
эколого-экономическая оценка эффективности растительных мелио-
раций на второй секции рекультивируемого золоотвала Новочеркасской ГРЭС.
Личный вклад автора в получении результатов, изложенных в диссертации, заключается в постановке цели и задач, обосновании направления исследований, выборе методик, проведении лабораторного и полевого опытов, обработке и анализе полученных данных, подготовке диссертации, выводов и предложений производству, внедрении полученных результатов на рекультивируемом золоотвале Новочеркасской ГРЭС.
Достоверность результатов исследований подтверждается большим объёмом экспериментальных данных, полученных в результате лабораторного и полевого опытов, выполненных в многократной повторности; достаточным объёмом расчётных данных; высокой степенью достоверности результатов теоретических и экспериментальных исследований, отражающих особенности биологического этапа рекультивации золоотвала с использованием методов и способов мелиорации; положительными результатами опытно-производственной проверки.
Научная новизна результатов исследований заключается в том, что впервые для природно-климатических условий степной зоны Ростовской области:
установлен и обоснован состав культур многолетней травосмеси для растительных (фито-) мелиорации рекультивируемой второй отработанной секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС;
разработаны агротехнические приёмы возделывания травосмеси на супесчаном рекультивационном слое золоотвала;
установлены закономерности влияния естественной влагообеспечен-ности и минерального питания на рост, развитие и продуктивность травосмеси в условиях рекультивируемого золоотвала;
изучена фотосинтетическая деятельность посевов многолетней травосмеси на рекультивируемой секции золоотвала;
- определено влияние растительных мелиорации на агрохимические
свойства рекультивационного слоя;
- разработана технология биологического этапа рекультивации второй
отработанной секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС с использованием многолетней травосмеси;
- выполнена эколого-экономическая оценка эффективности растительных мелиорации рекультивируемого золоотвала.
Теоретическая и практическая значимость работы. Установлен и обоснован состав культур многолетней травосмеси для растительных мелиорации золоотвалов тепловых электростанций, а также закономерности влияния естественной влагообеспеченности и минерального питания на рост, развитие и продуктивность травосмеси в условиях золоотвала.
Разработана и рекомендована производству технология биологической рекультивации второй секции золоотвала площадью 76 га на основе приёмов растительных мелиорации, направленная на создание устойчивых фитоцено-зов и новых эдафотопов на рекультивируемой территории и обеспечивающая снижение негативного воздействия отработанного золоотвала на окружающую среду. Предотвращенный ущерб составил 11581,96 тыс. руб.
Результаты исследований внедрены на второй отработанной секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует формуле научной специальности 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», а именно пункту 15 - «Исследования этапов рекультивации земель (подготовительного, технического, биологического), оптимального рекультивационного режима восстанавливаемых земель».
Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях и семинарах ЮРГТУ (НПИ) (2005 г.), ФГОУ ВПО НГМА (2006-2009 г.), ФГНУ РосНИИПМ (2009 г.), ФГОУ ВПО Куб-ГАУ (2009 г.), ФГОУ ВПО МГУП (2008-2009 гг.). В 2010 году проект «Технология растительных мелиорации рекультивируемой второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС» получил грант Российского аграрного движения (РАД), соискатель награжден дипломом за лучший проект. Результаты исследований внедрены на второй секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС на
площади 76 га.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 печатных работах, в том числе 3 научные статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура диссертации. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, выводов и предложений производству, списка использованной литературы из 153 наименований, в том числе 8 иностранных авторов, содержит 19 таблиц, 26 рисунков и 12 приложений.
