Рекультивация загрязненных земель
Рекультивация земель — это важнейшая часть природообустройства
Рекультивация земель — это важнейшая часть природообустройства, которая заключается в восстановлении свойств компонентов природы и самих компонентов, нарушенных человеком или загрязненных в процессе природопользования, функционирования техноприродных систем и другой антропогенной деятельности для последующего их использования и улучшения экологического состояния окружающей среды.
Мировой опыт по рекультивации земель насчитывает всего около 80 лет.
В СССР рекультивацию начали проводить с 1959 г в Эстонии при добыче сланцев, в России — при добыче бурого угля и на Украине — при добыче железных руд.
Существует 2 основных типа загрязнения земель: нефтезагрязнения и загрязненность минерализованными водами.
Из общего количества нефтезагрязненных земель в проведении рекультивационных работ нуждается 95,9%, ежегодно площади нарушенных земель, требующих рекультивации, увеличиваются на 100 км 2 /год.
Комплекс мероприятий по очистке почвы от загрязнения нефтью включают 3 основных этапа:
1. очистка земель от усыхающего и мертвого древостоя;
2. активизация абиотических физико-химических процессов деградации свежей нефти;
3. стимуляция почвенной углеводоокисляющей микрофлоры и фитомелиорация.
Основной целью 1-го этапа является расчистка участка от усыхающего и мертвого древостоя, завалов из срубленной ранее и сваленной в кучи древесины, строительного и бытового мусора и обваловка со стороны возможного повторного загрязнения нефтью и минерализованными водами, при условии, если она небыла сделана в ходе ликвидации аварии. Не допускается выжигание и засыпание нефтяных пятен песком.
Основная цель2-го этапа — создание слоя почвы со свойствами, благоприятными для биологической рекультивации.
Это рыхление почвенного горизонта для ускорения физико-химических и биохимических процессов деградации нефти с использованием мульчирующих грунтов (на сильнозагрязненных лесных почвах); создание искусственного микрорельефа из чередующихся продольных микроповышений (бугров) и микропонижений (канавок) на болотных почвах с избыточным увлажнением.
Стимуляция почвенной микрофлоры должна начинаться только при снижении концентрации общего нефтепродукта до 23-25% в органогенных или 15-18% минеральных почвенных горизонтах в среднем по участку. При снижении концетрации остаточных нефтепродуктов в рекультивировационном слое в среднем по всему участку до значений безопасных для фитомелиорантов (15% в органогенных и 8% в минеральных и смешанных грунтах) можно приступать к биологическому этапу рекультивации.
3-й этап включает в себя комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, проводимых с целью восстановления плодородия нарушенных земель.
Это пробный посев трав с целью оценки остаточной фитотоксичности почвы, интенсифицирование процессов биодеградации нефти и улучшение агрофизических свойств почвы, уточние сроков перехода к заключительной стадии рекультивации. Перед пробным посевом трав выполняют вспашку (на глубину загрязнения), рыхление и дискование. В подготовленную почву высевают бобовые культуры, возделываемые в данной зоне (горох, люпин, донник, сераделлу и др.). Если пробный посев трав дал всходы не менее чем на 75% площади, спустя 1,5 — 2,5 года после загрязнения, высевают многолетние травы. Предварительно проводят боронование,внесение минеральных удобрений, культивацию почвы. Внесение удобрений интенсифицирует жизнедеятельность микробных сообществ в почве и увеличивает биомассу растений, что в свою очередь способствует усилению процессов восстановления плодородных земель.
На почвах с повышенной естественной кислотностью (рН
Источник
Восстановление загрязнённых почв.
Говоря о процессах восстановления нефтезагрязненных почвенных экосистем,
многие исследователи обращают внимание на то, что обычные рекультивационные мероприятия имеют ряд недостатков — не всегда способствуют восстановлению почв и растительности и часто сами наносят долговременный вред природе. Землевание замедляет процессы разложения нефти. Вывоз загрязненного слоя создает новые очаги вторичного загрязнения. Исследования показывают, что при сжигании нефти сроки
естественного восстановления нефтезагрязненных почв значительно увеличиваются, происходит образование полициклических ароматических УВ, обладающих канцерогенными свойствами, следовательно увеличивается токсичность почв, затормаживается восстановление всех блоков экосистемы. В настоящее время научно обоснованные методы ликвидации последствий загрязнения отсутствуют. Для максимального уменьшения неблагоприятного воздействия необходимо знание законов трансформации загрязненных экосистем и загрязняющих веществ, прогноз их изменения во времени.
Н.М. Исмаилов, Ю.И. Пиковский (1988) считают, что концепция восстановления
загрязненных экосистем должна опираться на следующий принцип: не нанести
экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении. Суть
концепции — максимальная мобилизация внутренних ресурсов экосистемы на
восстановление своих первоначальных функций. Рекультивация, по определению
исследователей, — это продолжение процесса самоочищения, при котором
используются природные резервы экосистемы: климатические, микробиологические,
Концепция восстановления загрязненных земель исходит из положения, что в
разных почвенно-климатических и ландшафтно-геохимических условиях процессы
трансформации загрязнителей аналогичного типа в одних и тех же дозах
происходят с разной скоростью и останавливаются на разных стадиях.
Различаются и результаты воздействия разных доз загрязнителей на экосистемы.
Самоочищение и самовосстановление экосистем — стадийный биохимический процесс
трансформации загрязняющих веществ, сопряженный со стадийным восстановлением
В соответствии с этапами биодеградации происходит регенерация биоценозов.
Процессы идут разными темпами на разных ярусах экосистем. Значительно
медленнее, чем микрофлора и растительный покров, формируется сапрофитный
комплекс животных. Полной обратимости процесса, как правило, не наблюдается.
Наиболее сильная вспышка микробиологической активности приходится на второй
этап биодеградации нефти. При дальнейшем снижении численности всех групп
микроорганизмов до контрольных значений, численность углеводородоокисляющих
организмов на многие годы остается аномально высокой по сравнению с
Н.М. Исмаилов, Ю.И. Пиковский (1988) неоднократно подчеркивают, что
механические и физические методы рекультивации не могут обеспечить полное
удаление нефти и нефтепродуктов из почвы. Разложение нефти в почве в
естественных условиях — процесс биогеохимический, в котором главное и
решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных
микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефти и нефтепродуктов
до углекислого газа и воды. Ускорить очистку почв с помощью микроорганизмов
можно в основном двумя способами: активизацией метаболической активности
микрофлоры почв путем изменения физико-химических условий среды (агротехнические приемы) или внесением специально подобранных активных
нефтеокисляющих микроорганизмов в загрязненную почву.
Анализ многочисленных работ по рекультивации нефтезагрязненных почв дает
противоречивые результаты — одни и те же мероприятия в разных условиях
приводят к неодинаковым последствиям. Вышеупомянутые авторы намечают наиболее общие принципы интенсификации самоочищающей способности почв. На первом этапе, когда геохимическая обстановка наиболее токсична, целесообразно
проводить подготовительные мероприятия: аэрацию, увлажнение, локализацию
загрязнения. На втором этапе возможен пробный посев культур с целью оценки
остаточной фототоксичности почв, работы по регулированию водного режима и
кислотных условий, в случае необходимости — рассоление. На третьем этапе
восстанавливаются естественные растительные биоценозы, создаются культурные
фитоценозы, практикуется посев многолетних растений. Длительность процесса
рекультивации зависит от почвенно-климатических условий и характера
В настоящее время все способы рекультивации почв не являются
достаточно приемлимыми. Рассмотрим их основные недостатки:
· Оработка почвы сольвентами приводит к частичному или полному
уничтожению в почве колоний микроорганизмов, что приводит соответственно к
обеднению почвенного состава и уничтожению всех плодородных свойств почвы. В результате выпаривания, которое происходит при температуре не ниже 700-800С вся почвенная органика сгорает в прямом смысле слова. В результате этих мер очистки почвы мы имеем полностью стерильную почву, которая не пригодна для жизни растений и останется такой еще в течении многих лет, даже если пытаться стимулировать рост бактерий, внося в почву новые штаммы микро организмов или производя смешивание “пустой” почвы с почвенными культурами, взятыми из других областей. С экономической точки зрения данный метод также является невыгодным, т.к. вещества, которыми обрабатывается почва, используются в больших количествах и являются дорогостоящими.
· Срезка зараженного грунта приводит прежде всего к образовванию
новых очагов загрязнения. В результате срезки появляются места с почвенным
голоданием, что особенно актуально в местах наиболее частых разливов
нефти, т.е. за Полярным кругом. При выполнении этих работ затрачивается большой
объём средств, т.к. необходимо эвакуировать большое количество зараженного
грунта, что приводит к занятости большого числа людей и техники.
· Наиболее перспективным методом обеззараживания почв является принудительное окисление нефти и нефтепродуктов при помощи почвенных микроорганизмов. Практика внесения в почву бактериальных штаммов сейчас пока еще не очень распространена. Этому имеется много причин, одной из которых является несовместимость условий нормальной жизнедеятельности бактерий с условиями данного региона. Например в местах основной нефтедобычи, т.е. в условиях крайнего севера, многие виды бактерий не жизнеспособны в следствии низких температур и специфического почвенного состава. Поэтому необходимо производить исследования для выявления возможных бактериальных штаммов.
В настоящее время ведутся исследования в области исскуственного
стимулирования роста бактериальных штаммов.Известны два основных направления.
Первое: внесение в почву, загрязненную нефтью аналогичной незагрязненной почвы
для образования семейств бактерий и стимуляции их роста.
Второе: Использование метал-лигандных соединений. В почву в виде суспензии
вводятся металлические соединения, в результате вокруг катиона металла
образуется магнитное поле в котором молекулы воды, кислорода, азота
ориентируются особым образом, что создает особый водно-кислородный режим,
из-за которого значительно улучшаются физико-химические свойства почв. Кроме
этого в магнитном поле катиона гораздо лучше развиваются бактерии, в
результате деятельности которых идет процесс окисления нефти. В природных
условиях В качестве катионных центров обычно выступают щелочные металлы Ca ,
K ,Na . Исследования показывают , что потенциал переходных металлов гораздо
больше, что и учитывается в приготовлении почвенных добавок. Обычно
используются ферриты Fe-S,Fe2-S2 и т.д. В этом случае имеется еще один плюс
в том что эти вещества в огромных количествах встречаются в отвалах
теплоэлектростанции и при их отделении они получаются почти чистыми .
Внесение их в зараженную почву имеет двоякий эффект во-первых стимуляция
роста бактериальных семейств, во-вторых окультуривание почв.
Здесь представлены исследования, проведенные авторами этого доклада . Первое
исследование наглядно показывает стерильность зараженной почвы . Второе
определение Состава загрязнителей при помощи спектрального анализа.
Источник
Загрязнение почвы: причины, последствия и пути решения
Источники загрязнения почвы – это химические вещества и микроорганизмы, присутствие которых изменяет физические, химические и биологические свойства почвы, что приводит к снижению плодородия почвы, то есть её полезности. Ухудшение состояния и качества почвы также вызвано чрезмерной эксплуатацией и неправильным ее использованием фермерами.
Типы и источники загрязнения и деградации почв
Загрязнение почвы в России вызывается всеми химическими соединениями, радиоактивными элементами и микроорганизмами, присутствующими в почве в повышенных количествах. Результат –изменения характеристик почвы, что препятствует ее нормальному использованию.
Причины загрязнения почвы отмечаются в следующем:
- Газы и пыль, выбрасываемые промышленными предприятиями (химическими, нефтехимическими, цементными, сталелитейными заводами, электростанциями и т. д.);
- Твердые и жидкие промышленные и городские отходы;
- Химикаты, используемые в сельском хозяйстве (удобрения, химические средства защиты растений);
- Выбросы транспортных средств.
Другие факторы, разрушающие почву, – это природные явления, происходящие без вмешательства человека. К ним относятся такие естественные виды загрязнения почвы, как землетрясения, эрозия, засуха, пожары.
Эрозия почвы
Эрозия почвы – это процесс вымывания или растворения поверхностного слоя почвы. Другое определение – перемещение, сортировка и осаждение в другом регионе частиц почвы, вызванное вымыванием поверхностного слоя почвы дождевой или речной водой (водная эрозия) или сдуванием — ветровой эрозией.
Эрозия также может быть вызвана деятельностью человека, а именно:
- Неправильно проведенной мелиорацией;
- Вырубкой и сжиганием лесов;
- Слишком интенсивным выпасом животных;
- Ведением интенсивного сельского хозяйства;
- Чрезмерной эксплуатацией водных ресурсов.
Все это вместе или по отдельности приводит к постепенному ухудшению качества земли. Когда почва на участке полностью теряет свою потребительскую ценность, происходит ее опустынивание.
Почвы, на которых невозможно выращивание сельскохозяйственных культур, называют мертвыми почвами. В естественных условиях они встречаются:
- в непосредственной близости от действующих вулканов;
- в пустынных районах;
- в промышленных ландшафтах, например, в отвалах.
Нередко этот процесс необратим, сопровождается сильным преобразованием земель. Строительство домов, укладка асфальта, тротуаров, выкапыванием карьеров, все это пример человеческой деятельности, полностью разрушающей определенные элементы окружающей среды.
Химическое загрязнение почвы
Однако наибольшее влияние на нарушение биологического баланса почвы оказывает химическое загрязнение. Его основные источники – промышленность, сельское хозяйство и транспорт. Воздействие этих отраслей человеческой деятельности может привести к усталости почвы, снижению ее плодородия.
В крайних случаях загрязнение приводит к деградации почвы и растительности — опустыниванию. Примером такой деградации является техническое разрушение почвы.
Промышленные предприятия выбрасывают пыль, содержащую тяжелые металлы (например, свинец, ртуть) и газы (например, соединения серы, азота, хлора). Также источником загрязнения являются сырая нефть и ее производные, радиоактивные вещества. Наконец, на загрязнение в значительной степени влияет захоронение промышленных отходов.
Сельское хозяйство и транспорт, как источники загрязнения почвы
Современные сельскохозяйственные технологии также оказывают значительное влияние на химическое загрязнение почв. Причина – химическая обработка сельскохозяйственных культур. Применяются средства защиты растений – пестициды и токсичные компоненты, содержащиеся в удобрениях и средствах для роста растений.
Особенно негативно влияет на качество почв автомобильный транспорт:
- Загрязняет почву и растительность выхлопными газами, содержащими соединения свинца и вредные углеводороды;
- Отрицательно влияет на состояние почв из-за вышеупомянутой технической деградации почв, вызванной строительством коммуникационных и транспортных путей.
Последствия загрязнения почвы
Загрязнение изменяет состав и состояние почвы химически, физически и биологически. Чрезмерное использование искусственных удобрений и использование средств защиты растений нарушают течение вегетации растений и ухудшают структуру почвы. Это приводит к снижению плодородия почвы, что, в свою очередь, снижает урожайность. Следствием этого является снижение качества пищи и качества кормов для животных.
Основные последствия загрязнения почвы:
- Засоление, несоответствующая реакция (подщелачивание или закисление), сопровождающееся вымыванием питательных веществ, особенно калия;
- Ухудшение структуры почвы – пересушивание или заиление;
- Снижение плодородия почвы в результате изменения ее физических, химических и микробиологических свойств;
- Отрицательное влияние загрязнения почвы на развитие растений и организмов на более высоких уровнях пищевой цепи (на животных и человеке).
Химические загрязнители почвы в результате промышленной деятельности могут проникать через сельскохозяйственные культуры, а затем попадать в организмы животных и людей. Они также могут оказывать прямое влияние на загрязнение поверхностных и подземных вод в результате вымывания вредных веществ из почв.
Техническое и химическое загрязнение разрушает экологическую и эстетическую ценность растительного покрова. Химическое воздействие на состояние почвы изменяет ее pH, вызывая закисление. Подкисление почв приводит к угнетению развития микроорганизмов, а под влиянием процессов разложения органических веществ, выделяются ядовитые вещества.
Пути решения загрязнения почвы
Основные пути решения проблемы загрязнения почвы:
- Правильное земледелие с использованием преимущественно натуральных удобрений, рациональное использование искусственных удобрений и средств защиты растений;
- Предотвращение эрозии – мелиоративные работы, среднеполевые насаждения, облесение пустошей;
- Предотвращение загрязнения почвы из муниципальных источников – сокращение количества отходов и надлежащее управление (сортировка отходов, компостирование, сбор опасных отходов), очистка сточных вод;
- Ограничение промышленных источников загрязнения почвы – использование современных экологически чистых технологий и правильное обращение с производственными отходами;
- Очистка почвы от токсичных веществ и раскисление закисленной почвы;
- Для восстановления загрязненных почв предпринимаются сложные, многоступенчатые меры по восстановлению их полезности – рекультивация почв. Но такой территории требуется много лет, чтобы снова образовался слой почвы.
К сожалению, некоторые химические загрязнители могут оставаться в почве веками, и никакая обработка не может этого изменить. Поэтому, чтобы ускорить процесс удаления токсичных веществ из почвы и их реабилитации, загрязненную почву смешивают с чистой.
Источник