Дербенцева А.М., Крупская Л.Т., Степанова А.И. Рекультивация деградированных и воссоздание разрушенных почв

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 4

Гидромеханизированный способ разработки россыпных месторождений на горных

предприятиях

Тип водоснаб-

жения

Водоснабже-

ние

Способ раз-

работки

Горно-подго-

товите льные

работы

Система разра-

ботки

1.Прямоточный

с осветлением

1.С искусст-

венным напо-

ром

1.Котлованом 1.Удаление

торфов

1.С попутным

забоем

2.Оборотный 2.Траншеей

и котлованом

2.Очистка от

леса и поч-

венного слоя

2.С отступаю-

щим забоем

3.Замкнутый 3.Буро-взрыв-

ные работы

3.Встречным

забоем

4.Гидроот-

тайка

4.Боковым

забоем

5.Водоотве-

дение

5.Веерный раз-

мыв пород:

-с поверхности,

-с плотика,

-с предварите-

льным увлажне-

нием или раз-

рыхлением

пород,

-с переменным

напором, комби-

нированным

размывом

Таблица 5

Формы техногенного рельефа при открытом способе добычи полезных ископаемых

Формы техногенного рельефа

нооаккумулятивный нооденудационный

Способ

разработки

Система

разработки

1. Система гребней, внутрен-

ние отвалы

Остаточные траншеи открытый бестранс-

портная

2. Платообразная поверхность

внутренних отвалов

Выработанное произ-

водство карьеров

(выемка)

открытый

транспорт-

ный

3. Одно-, двухярусные отвалы

4. Гребневидные отвалы

5. Платообразная поверхность

гидроотвалов

Выемка открытый

гидромехани-

зированный

6. Поверхность дражного

полигона с поперечными

дугообразными гребнями

Карьеры грунта для

строительства дамб,

плотин, дорог и т.д.

открытый

дражный

7.Остатки тел плотин и дамб,

отвалы нагорных водоотводных

каналов

Нагорные водоотвод-

ные каналы

открытый

дражный

Следовательно, объектом воссоздания является почвенный покров, почвенный

профиль на месте его разрушения, а также почвенный профиль на поверхности

техногенных форм рельефа (терриконы, отвалы горных пород, «лунный ландшафт»

россыпных месторождений).

2. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМ ВИДАМ

ДЕГРАДАЦИИ

Рекультивация или восстановление нарушенной культуры почв означает

возвращение утраченного почвенного плодородия. В связи с этим в земледелии

существует понятие «окультуривание» почв.

Известный исследователь в области почвоведения на Дальнем Востоке,

профессор Синельников Э.П. под окультуриванием почв понимает «систему приемов

повышения плодородия почв, включающих в качестве обязательного элемента

увеличение мощности пахотного горизонта, улучшение пищевого режима и физико-

химических свойств почв». Однако, это понятие не отражает конечной цели, ради чего

надо повышать плодородие почв. Поэтому в последующих своих работах Э.П.

Синельников предлагает ввести еще дополнительное понятие «оптимизация

почвенного плодородия» как «систему мероприятий, направленную на изменение

свойств и режимов почв в целях получения максимальной продуктивности

сельскохозяйственных растений при минимальных затратах средств».

Окультуривание или оптимизация почв направлена на улучшение плодородия почв

или на повышение их производительности. А это означает проведение мероприятий

по восстановлению (или улучшению) свойств почв, ухудшившихся в процессе их

использования. Другими словами, окультуривание и оптимизация означает

ликвидацию последствий деградации почв. Это и есть рекультивация почв.

Рекультивация почв в виде окультуривания или оптимизации означает систему

мероприятий, направленных на обще повышение их плодородия. Но, чтобы это

реализовать, необходимо знать особенности ликвидации отдельных форм деградации

почв. Рассмотрим методы рекультивации различных форм деградации почв.

2.1. Рекультивация биологической деградации почв

Биологическая форма деградации почв проявляется на всех пахотных почва, но в

разной степени. В зависимости от объема отчуждаемой с урожаем биомассы степень

проявления биологической деградации различна. Чем выше урожай, тем больше с ним

отчуждается из почвы элементов питания. Выражается это в снижении интенсивности

гумусообразования и в итоге – в проявлении процесса дегумификации почв или в

потере гумуса. По данным В.А. Ковды (1981), после 50-75 лет использования почв,

они теряют от 20 до 50% гумуса. Федоров А.А. и Аксенов А.А. (1986) указывают, что

в Приморье за 40 лет почвы потеряли 27,8% исходного содержания гумуса (было

4,14%, осталось 3,01%; потеря составила 1,03%, или 27,8% от исходного).

Рекультивация биологической деградации почв должна состоять в восполнении

потерь органического вещества, необходимого для гумусообразования и восполнения

потерь гумуса. Это может быть достигнуто внесением органических удобрений,

созданием клина из трав сидератов с последующим запахиванием или внедрением

травопольной системы земледелия. Восполнение объемов утраченного гумуса

обуславливается количеством ежегодно отчуждаемого гумуса с урожаем и

количеством образующегося за это же время гумуса за счет гумификации

органического вещества. Процессы гумификации в пахотных (деградированных)

почвах зависят от нескольких причин:

- от количества остатков органического вещества на поверхности почвы и в

почве в виде не убранной биомассы после отчуждения урожая (пожнивные остатки,

ботва корнеплодов и т.п.);

- от качества оставшегося на поверхности почвы и в почве органического

вещества, обуславливающего скорость процесса гумификации и качество

формирующегося гумуса:

- от количества и качества привнесенного в почву органического вещества в виде

удобрения;

- от характера сидератов, запахиваемых в почву.

Например, по данным А.П. Синельникова (2000), на территории Приморья

выращивание зерновых культур вызывает дегумификацию. С урожаем отчуждается

биомассы в 1,5 раза больше, чем остается в почве и на почве. А возделывание сои и

многолетних трав, наоборот, способствует накоплению гумуса. Так, запашка

многолетних трав обеспечивает прибавку гумуса до 3,5 т/га, а пожнивных остатков

сои – до 250 кг/га.

Характер поступающего в почву органического вещества обуславливает и

качественный состав гумуса. Так, запашка трав и пожнивных остатков сои делает

гумус гуматным, а внесение торфа – фульватным.

Все изложенное указывает на то, что рекультивация почв, подвергшихся

биологической деградации должна осуществляться при помощи органического

вещества. Эффективными и доступными являются мероприятия по внесению

органических удобрений и запашке сидератов. Однако наиболее рациональным будет

внедрение травопольной системы земледелия. В каждом регионе в зависимости от

почвенно-климатических условий территории могут внедряться свои региональные

научно обоснованные схемы севооборотов (трех-, пяти-, семипольные и т.д.) и по

направлению – зерновые, овощные, кормовые и т. д.

Главным вопросом при рекультивации биологической деградации является задача

обеспечения почв органическим веществом как сырьем для гумусообразования,

поддерживающим постоянный уровень его запасов в почве.

Рекультивация почв, деградированных биологической формой, состоит в

приостановке процессов дегумификации почв и последующем стимулировании

процессов окультуривания почв, направленных на восстановление интенсивного

гумусообразования и гумусонакопления.

2.1.1. Восстановление потерь гумуса биомассой корневых и пожнивных остатков

Основным источником восстановления гумуса пахотных почв в условиях

полевого севооборота являются послеуборочные остатки (жнивье) и корневая система

возделываемых сельскохозяйственных культур. Их количество и качество для

различных культур различно, от чего зависят и процессы гумификации. Поэтому,

изменяя структуру посевных площадей, можно регулировать направление и

интенсивность гумусообразования и гумусонакопления. Например, пропашные

культуры оставляют после себя немного растительных остатков, и содержание в них

азота невысокое. Но сами эти культуры очень требовательны к питательному режиму

почвы. Зерновые культуры по сравнению с пропашными культурами оставляют в

почве примерно в 2 раза больше корневых и пожнивных остатков. При этом зерновые

меньше и выносят питательных веществ из почвы. Кормовые культуры (бобовые)

оставляют после себя значительное количество растительных остатков, причем

высокого качества. На это указывают невысокие величины соотношения углерода и

азота (10-20). Поэтому выращивание многолетних бобовых (клевера, люцерны и др.) и

их смесей со злаковыми травами наиболее эффективно. Они обогащают почвы

органическим веществом, а в итоге – гумусом. Примерное количество пожнивно-

корневых остатков разных культур и содержание в них питательных веществ

приведено в табл. 6.

Таблица 6

Содержание питательных элементов в корневых и пожнивных остатках (по

Ягодину Б.А., 1989)

Содержание питательных ве-

ществ в корневых и пожнив-

ных остатках, кг/га

Культура

Урожай

основной

продук-

ции,

т/га

Количество су-

хих пожнивно -

корневых ос-

татков в пахот-

ном слое

почвы,

т/га

Клевер первого года

пользования / cено

2/5,8

3,6/7,4

78/158

22/44

37/64

Клевер второго года

пользования / сено

3,6/5,7

5,0/9,1

106/194

30/55

47/78

Горох на зерно 2,5 2,2 40 8 24

Озимая пшеница 2,2 2,5 27 5 14

Ячмень 2,0 2,5 22 6 14

Кукуруза на силос - 4,6 29 12 72

Картофель - 1,3 11 3 32

Конопля - 2,0 12 4 13

Капуста - 1,3 17 5 6

Томаты - 1,0 16 5 6

Огурцы - 0,8 11 3 4

Морковь - 0,8 9 3 5

Лук - 0,5 6 2 2

В пожнивно-корневых остатках бобовых по сравнению с другими культурами

наиболее узкое соотношение между углеродом и азотом, близкое к навозу. В связи с

этим и минерализация пожнивно-корневых остатков протекает интенсивно. Важно

учитывать их последействие по азоту. Так, использование азота из пожнивно-

корневых остатков бобовых трав первой, второй и третьей культурой можно принять

соответственно 20-25; 15-20 и 5-10 %. Принято считать, что многолетние бобовые и

бобово-злаковые травы оставляют на 1 т сена в виде корневых и пожнивных остатков

10-15 кг азота. Поэтому, если урожай сена за два года составит 8 т/га, то в почве на 1

га останется примерно 120 кг азота. Первая последующая культура (например,

зерновые) использует 25 % азота, или 30 кг, что позволит повысить урожай зерна

примерно на 1 т/га. Это количество азота эквивалентно 50 кг азота минеральных

удобрений.

Гумификация остатков разных сельскохозяйственных культур ежегодно может

восполнить от 0,2 до 0,5 т/га гумуса.

2.1.2. Восполнение потерь гумуса путем внесения органических и минеральных

удобрений

Известно, что сочетание органических удобрений с минеральными в несколько

раз превосходит по эффективности эквивалентные количества питательных веществ

одних органических удобрений или одних минеральных. Это достигается прежде

всего усилением микробиологической деятельности почвы, вследствие обогащения ее

микроорганизмами, вносимыми с органическим веществом (например, навозом) и

поступления легко доступных микроорганизмам питательных веществ в виде

минеральных удобрений. Применяемые органические и минеральные удобрения

влияют на один из самых важных показателей почвенного плодородия – содержание

гумуса. При длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения

удобрений происходит значительное снижение его количества в почве.

В.И. Ознобихин, Э.П. Синельников (1985) для почв юга дальнего Востока

разработали «шкалу гумусированности», согласно которой дается оценка

нуждаемости почв во внесении органических удобрений (табл. 7).

Таблица 7

Шкала гумусированности почв (по Ознобихину и Синельникову, 1985)

Содержание гумуса, % Степень

гумусированности

Степень нуждаемости

почв в органических

удобрениях

Менее 2 Очень слабая Острая

2,1-4,0 Слабая Сильная

4,1-6,0 Слабогумусированные Средняя

6,1-8,0 Среднегумусированные Слабая

8,1-10,0 Сильногумусировпанные

Слабая

Более 10 Высокогумусированные Не нуждаются

Из органических удобрений используются навоз, торф, птичий помет, различные

компосты и др. Эффективность их не одинакова так как они отличаются (табл. 8) по

содержанию элементов питания (Ивлев, Дербенцева, Голов, Трегубова, 2001). Кроме

этого, эффективность органических удобрений зависит и от степени их разложения

(минерализации), что обусловливает доступность растениям зольных элементов. Дозы

вносимых в почву органических удобрений, необходимых для обеспечения процессов

гумусообразования и накопления в почве гумуса, зависят от имеющихся в ней запасов

гумуса.

Таблица 8

Содержание элементов питания в разных видах органических удобрений

Виды удобрений

О, %

общий,%

N легко

гидроли-

зуемый,

мг/100 г

почвы

О ,

мг/100 г

почвы

Навоз на соломен-

ной подстилке

75-80 0,68 0,15 0,40 0,52

Навоз на торфяной

подстилке

75-80 0,63 0,18 0,31 0,51

Торфо-навозный

компост

60-75 2,0-3,5 0,06-0,5

0,2-0,4 0,4-1,2

Торфо-известковый

компост

55-75 3,0-3,2 0,03-

0,08

0,01-

0,08

0,2

Торфо-фосфорит-

ный компост

55-75 2,9-3,2 0,04-

0,16

0,4-2,0 0,2

Торфо-фекальный

компост

65-75 2,0-3,2 0,08=0,

0,6-0,85

0,1,5

Торфо-жижевый

компост

65-80 2,0-4,2 0,12-0,7

0,15-0,4

1,5-3,0

Птичий помет 65-75 0,6-1,8 следы 0,6-1,6 0,1,3

Например, в условиях Дальнего Востока плодородными почвами принято считать

такие, у которых мощность пахотного горизонта составляет не менее 25 см, с

содержанием гумуса минимум 4 %. Экспериментально подсчитано, что на 1 см

подпахиваемого слоя необходимо вносить 10-12 тонн органических удобрений. Так, в

бурой лесной почве пахотный горизонт имеет мощность 18 см, а необходимо иметь 25

см. Следовательно, надо припахать 7 см и соответственно внести 70-84 т/га

органических удобрений: (10-12) т * 7 см = 70-84 т.

Одновременно проводится расчет по гумусу. Для повышения содержания гумуса

в пахотном слое на 1 % требуется внести органических удобрений в количестве: на

песках – 85 т/га, на легких суглинках – 95 т/га, на средних и тяжелых суглинках – 105

т/га. Показатели таких расчетов для самых распространенных типов почв юга

Дальнего Востока (по данным института «Союздальгипрорис», 1988) приведены в

табл. 9.

Для определения необходимой дозы органических удобрений вводят

поправочный коэффициент (табл.10).

Почвы с разным уровнем плодородия требуют ежегодно внесения разных

количеств органических удобрений, так как период их окультуривания неодинаковый

(табл. 11).

При освоении целинных почв, расчет доз органических удобрений ведется в

зависимости от состояния почв и характера проводимых культуртехнических.

Таблица 9

Дозы органических удобрений (т/га), необходимых для достижения среднего

уровня плодородия почв

Показатели Бурые ле-

сные

Отбелы Луговые

глеевые

Аллюви

- альные

Лугово-

дерновые

Расчет по мощности

подпахиваемого го-

ризонта

Расчет по количест-

ву гумуса

190

240

168

120

Всего 260 290 100 168 120

Таблица 10

Поправочные коэффициенты для различных видов органических удобрений (по

«Расчет потребности в органических …, 1984)

Вид органического удобрения Поправочный коэффициент

Подстилочный навоз 1,00

Бесподстилочный навоз:

полужидкий (влажность не более 92 %)

жидкий (влажность 93-97 %)

0,50

0,25

Птичий помет 1,40

Компосты:

торфо-навозные

торфо-пометные

1,50

2,00

Сидеральные удобрения при естественной

влажности

0,25

Таблица 11

Дозы органических удобрений в зависимости от уровня плодородия почв

Естественное плодородие

почвы

Ежегодные дозы органиче-

ских удобрений, т/га

Продолжительность пери-

ода окультуривания

Низкое 80-100 3-4

Среднее 60-70 2-3

Высокое 40-50 1-2

мероприятий. В этом случае дозы органических удобрений определяются по формуле:

Q = (Q

+ Q

+ … + Q

) * n ,

где Q –суммарная доза органических удобрений, т/га; Q

, Q

… Qn – дозы

органических удобрений, необходимых для компенсации потерь гумуса при

проведении других видов работ, направленных на освоение целинных почв: n- общее

количество видов работ, связанных с освоением целинных почв; n – количество видов

работ.

При восстановлении плодородия эродированных почв дозы органических

удобрений рассчитываются также по величине необходимого содержания в пахотном

горизонте гумуса и по величине мощности создаваемого гумусового горизонта.

Расчеты приведены в разделе «Рекультивация механической деградации почв».

Из минеральных удобрений применяются традиционно фосфорные удобрения,

калийные и азотные. При выборе доз фосфорных удобрений следует

руководствоваться химическим составом и свойствами самого удобрения и

особенностями сельскохозяйственной культуры, под которую вносится данное

удобрение. Наиболее распространенными и часто применяемыми являются:

суперфосфат простой, суперфосфат двойной (преципитат), фосфоритная мука,

аммофос, диаммофос.

Из калийных удобрений наиболее широко применяются хлористый калий,

сульфат калия. Кроме этого, очень эффективны комплексные удобрения: калийная

селитра, нитрофоска. Средние дозы калийных удобрений в зависимости от уровня

плодородия почв составляют 70-120 кг/га действующего вещества.

Среди минеральных азотных удобрений довольно широко используются

аммиачная селитра, мочевина, хлористый аммоний, натриевая селитра, кальциевая

селитра. Дозы азотных удобрений колеблются в пределах 30-110 кг/га д.в.

2.1.3. Почвозащитная система земледелия

При внедрении почвозащитной системы земледелия большое значение имеет

почвозащитная бесплужная система земледелия.

Бесплужное земледелие представляет собой моделирование дернового процесса

почвообразования в условиях производства, а предпосылками к разработке

почвозащитного бесплужного земледелия служат:

- использование почвозащитных технологий возделывания сельскохозяйственных

культур, основанных на бесплужной обработке, для улучшения питательного режима,

агрофизических свойств почвы;

- предохранение почв от разбивания дождевыми каплями, от размыва

поверхностным стоком и выдувания пыльными бурями с помощью использования

защитной роли растительности и ее пожнивных остатков:

- восполнение органического вещества почвы и энергетического материала

культурного почвообразовательного процесса с применением стерни и пожнивных

остатков для снегозадержания;

- усиление почвозащитной роли растений и расширенного воспроизводства

почвенного плодородия, благодаря внесению органических и минеральных

удобрений;

- минимализация обработки почвы при механическом воздействии на нее

тракторов, почвообрабатывающих машин и орудий;

- использование паровой, полупаровой бесплужной обработки и примерение

гербицидов для освобождения верхнего 10-сантиметрового слоя почвы от

засоренности семенами сорных растений;

- применение систем машин и орудий для обработки почвы без оборота пласта и

посева по мульчированной пожнивными остатками поверхности почвы;

- разработка рациональной структуры посевных площадей и чередования культур

в севообороте с учетом обработки почвы без оборота пласта и мульчирования её

пожнивными остатками.

Только переход от отвальной вспашки к бесплужной обработке уменьшает смыв

почвы в 2-4 раза, а дополнение ее таким приемом как щелевание на склонах круче 1

уменьшает смыв почвы в 18-23 раза. Бесплужная обработка, замедляя

нитрификационные процессы в почве, уменьшает содержание свободных нитратов в

сельскохозяйственной продукции, то есть позволяет вырастить экологически чистую

продукцию

Вспашка с оборотом пласта, столетиями культивирующаяся в отечественном

земледелии, нарушает естественные законы почвообразования и внутрипочвенные

взаимосвязи. Известно, что верхние горизонты почвы заселены аэробной биотой,

требующей для жизни кислород. Нижние же горизонты, наоборот, - анаэробной

биотой, для которой кислород губителен. С оборотом пласта почвенная биота

становится нежизненной и погибает, превращая пахотный слой в полуинертную

порошкообразную массу, нарушая внутрипочвенные взаимосвязи. Чтобы после такого

вмешательства восстановить равновесие, требуется систематическая бесплужная

обработка в течение 5-10 лет. Бесплужная обработка почвы – высокоэффективный

агромелиоративный прием. Годовой влагонакопительный эффект ее равен 30-50 мм,

что стабилизирует земледелие, особенно во время сильных засух. Таким образом,

почвозащитная бесплужная система земледелия - альтернатива угрожающей

экологической ситуации, которая создалась в сельскохозяйственном

производстве.

При обработке почвы без оборота пласта в почве ускоряются восстановительные

процессы и процессы гумификации органического вещества, а также возрастает

потенциальное почвенное плодородие. Прекратив оборачивать пласт и оставив на

поверхности почвы менее ценную часть урожая, моделируют дерновый

(черноземный) процесс почвообразования в производственных условиях. Бесплужная

обработка почвы позволяет использовать в качестве удобрения, помимо навоза,

малоценную часть урожая: солому зерновых, измельченные стебли кукурузы и

подсолнечника, ботву картофеля, томатов, кормовой и сахарной свеклы. Вообще

любые пожнивные органические остатки при бесплужной обработке почвы можно

использовать для воспроизводства почвенного плодородия.

Почвозащитное бесплужное земледелие состоит из следующих систем:

почвозащитная бесплужная обработка, удобрения, защита растений, севооборот,

машины и орудия. Для условий Дальнего Востока В.Д Моргун и Н.К Шикула (1984)

предложили следующие звенья почвозащитной обработки почв.

1. Для хорошо дренированных почв: а)отвальная + чизельная отвальная под

пропашные и по пласту многолетних трав, чизельная под все зерновые); б) чизельная