Биологическая рекультивация карьеров в условиях Крайнего Севера 06. 01. 02 мелиорация, рекультивация и охрана земель
Скачать 444.43 Kb.
|
На правах рукописи Игловиков Анатолий Валерьевич Биологическая рекультивация карьеров в условиях Крайнего Севера 06.01.02 – мелиорация, рекультивация и охрана земель АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук Барнаул – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия» Научный руководитель: заслуженный агроном РФ, доктор сельскохозяйственных наук, с.н.с., Моторин Александр Севостьянович Официальные оппоненты: доктор биологических наук, Андроханов Владимир Алексеевич кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Путивская Людмила Дорофеевна Ведущая организация: ГНУ НИИСХ Северного Зауралья СО РАСХН Защита состоится «1» марта 2012 года в 11:30 часов на заседании диссертационного совета ДМ.220.002.03 при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет» 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, тел./факс 8 (3852) 62 83 96, E-mail: arrow64@mail.ru С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет» Автореферат разослан 23 января 2012 г. Ученый секретарь диссертационного совета Чернышева Н.Н. Общая характеристика работы Актуальность темы. Промышленное освоение нефтегазовых месторождений Крайнего Севера, строительство здесь новых автомобильных и железных дорог увеличивает количество техногенно-нарушенных земель. Особо остро вопрос увеличения площади нарушенных земель стоит на полуострове Ямал. Здесь насчитывается огромное количество карьеров, т.к. песок является основным материалом для сооружения площадок под буровые, строительства зданий, дорог, трубопроводов и других различных сооружений. В связи с расширением эксплуатации старых и освоением новых месторождений количество нарушенных нефтегазодобычей земель (песчаных карьеров с открытым типом добычи минерального грунта) официально составит на полуострове до 10% его общей площади (Зенько, 2001). Техногенные нарушения поверхности территории многолетнемёрзлых почв приводят к усилению криогенных и других геологических процессов, изменяющих ландшафт в нежелательном направлении. Биологическую рекультивацию нарушенных земель в этой зоне только начинают. Здесь ещё нет необходимого производственного опыта и научно обоснованных рекомендаций по основным элементам технологии биологической рекультивации, что объясняет низкую эффективность выполняемых мероприятий. В связи с этим большое значение приобретает разработка агромелиоративных приёмов биологической рекультивации для стабилизации криогенных процессов на вечномёрзлых грунтах. Цель исследований: разработать технологию создания биологически активного и устойчивого в условиях Крайнего Севера почвенно-растительного покрова, обеспечивающего стабилизацию криогенных процессов в карьерах. Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих основных задач: - изучить особенности гидротермических условий и питательного режима нарушенных грунтов; - разработать приёмы повышения устойчивости травяного покрова за счёт рационального использования химических мелиорантов, минеральных и органических удобрений; - провести подбор многолетних трав, устойчивых к неблагоприятным условиям Крайнего Севера; - дать экономическую оценку приёмам биологической рекультивации карьеров в условиях Крайнего Севера. Научная новизна. Впервые в условиях тундры и лесотундры (на примере ЯНАО) раскрыты особенности водного, температурного и питательного режимов нарушенных грунтов карьеров в связи с их биологической рекультивацией. На основании проведённых исследований также впервые установлены особенности изменения физико-химических свойств и питательного режима грунтов при использовании минеральных удобрений, биоматов торфяных и ионообменного субстрата БИОНА. Изучены особенности роста и развития многолетних трав в неблагоприятных почвенно-климатических условиях Крайнего Севера. Основные положения диссертации, выносимые на защиту: - грунты карьеров Крайнего Севера имеют неудовлетворительные гидротермические условия, физико-химические свойства и питательный режим для произрастания многолетних трав; - формирование устойчивых почвенно-растительных покровов при биологической рекультивации грунтов зависит от агромелиоративных приёмов. Практическая значимость. Разработанные агромелиоративные приёмы позволяют повысить эффективное плодородие грунтов и создавать устойчивые растительные покровы из многолетних трав. Материалы работы использованы ООО НПП «Ямальская аграрная наука» при проведении биологической рекультивации нарушенных земель на площади 30 га. Результаты исследований могут быть использованы при разработке рекомендации и проектов по биологической рекультивации нарушенных земель Крайнего Севера. Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись на международных (г. Москва 2009 г., г. Курган 2009 г., г. Тюмень 2010 г.), региональных конференциях (г. Тюмень 2008, 2009, 2010 гг.) и на областных специализированных выставках АПК (г. Тюмень, 2009 и 2011 гг.). Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству, библиографического списка и приложений. Содержание работы изложено на 196 страницах печатного текста, включая 27 таблиц, 19 рисунков и 49 приложений. Библиографический список содержит 198 источников, из них 9 на иностранных языках. Содержание работы 1 Обзор литературы В главе обобщены результаты исследований по вопросу влияния техногенных факторов на устойчивость рельефа поверхности в условиях Крайнего Севера. Изложены требования многолетних трав к влажности почвы, действие низких температур на питательный режим почвы, особенности развития многолетних трав в условиях Крайнего Севера. Описаны агромелиоративные приёмы восстановления почвенно-растительного покрова нарушенных земель. 2 Характеристика объектов, условия проведения и методика исследований Экспериментальная работа выполнена в зоне тундры на дне карьера намывного грунта 3-х годичной выработки Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения (далее БНГКМ) и в зоне лесотундры на дне песчаного карьера 15-летней выработки расположенного в 15 км от г. Салехарда. Климатические особенности Крайнего Севера обусловлены географическим положением. Среднегодовая температура в зоне лесотундры -50С, в зоне тундры -70С. Сумма эффективных температур в зоне лесотундры (выше +50С) составляет 1100-12000С (90 дней), в зоне тундры – 700-9000С (до 70 дней). Осадков выпадает 220-400 мм в год, из них 60% - в весенне-летний период. С глубины 50-200 см почва подстилается вечной мерзлотой. Для выполнения поставленных задач нами было заложено по 2 полевых опыта на каждом объекте. Опыты закладывались в 3-4 кратной повторности. Конкретные схемы опытов приведены при изложении результатов. На опытах выращивали многокомпонентную травосмесь: овсяница красная Festuca rubra – 40%, кострец безостый Bromopsis inermis – 35%, овсяница луговая Festuca pratensis – 10%, тимофеевка луговая Phleum pratense – 5%, пырей ползучий Elytrigia repens – 5%, мятлик луговой Роа pratensis – 3%, бекмания обыкновенная Beckmannia emciformis – 2%. Основные методы исследований: полевой и лабораторный. Водно-физические и физико-химические свойства изучали по методикам, общепринятым в почвоведении. Влажность грунтов 0,5 м слоя в течение вегетационного периода определяли термостатно-весовым методом, температуру на глубине 5, 10, 15, 20 см – термометрами Савинова. Валовые и подвижные формы питательных веществ проанализированы согласно общепринятым стандартам (Агрохимические методы исследования почв, 1975). Математическая обработка результатов опыта проведена способами вариационной статистики (Доспехов, 1972). Фенологические наблюдения за ростом и развитием многолетних трав по методике ГСУ. Экономическая оценка агромелиоративных приемов проведена при помощи программы Syngenta 2010 06/RU. 3 Особенности гидротермических условий грунтов Крайнего Севера в связи с их биологической рекультивацией Формирование режима влажности грунтов в зоне вечной мерзлоты. Влажность грунтов в значительной степени зависит от количества осадков в течение вегетационного периода. При близком залегании вечной мерзлоты к поверхности влажность грунтов под влиянием осадков изменяется от переувлажнения в ранне-весенний и осенний периоды, до её дефицита летом (около 0,4 НВ.) Одной из важных причин неустойчивого режима влажности грунтов является низкая влагоёмкость, обусловленная их легким гранулометрическим составом. Мерзлота в условиях Крайнего Севера оказывает существенное влияние на режим влажности, она является её регулятором. В то время, когда осадков выпадает мало, она является барьером для передвижения влаги внизлежащие слои и атмосферная вода в течение долгого времени держится на уровне корнеобитаемого слоя, обеспечивая растения влагой на минимальном уровне. При большом количестве выпадающих атмосферных осадков влажность корнеобитаемого слоя возрастает до верхнего предела оптимальных запасов. На границе талого и мерзлого слоёв влажность практически всегда не опускается ниже величины наименьшей влагоёмкости. Под многолетними травами в корнеобитаемом слое практически всегда сохраняется высокая ёмкость поглощения осадков (20-25 мм). Поэтому под ними не бывает длительного переувлажнения. Проведенные исследования позволили установить влияние биоматов торфяных (БМТ) на влажность песчаных грунтов (рис. 1). Торф, содержащийся в матах, задерж-  Рис. 1 - Запасы общей влаги в 0,3 м слое песчаных грунтов при использовании биоматов торфяных, мм (г. Салехард) ивает в себе влагу, создавая более благоприятные условия увлажнения для появления всходов многолетних трав, их роста и развития. Замечено, что в сухие периоды различия по влажности между вариантами сокращаются, но всё равно остаются около 10%. Температурный режим грунтов. Наблюдения за температурой намывного грунта в карьере проводились нами под многолетними травами, посеянными с нормами 40 и 280 кг/га (рис. 2). Исследованиями установлено, что в среднем за три года при норме высева 40 кг/га температура грунта на глубине 5 см составила 9,20, 10 см – 8,80, 15 см – 8,40 и 20 см – 7,90С. Практически во все сроки наблюдений в течение вегетационного периода температуры были ниже оптимальных для роста и развития трав. Максимальное значение температуры не превышало 11,50С. При норме высева 280 кг/га за этот же период температура грунта была ниже на 0,2-0,40С.  Рис. 2 - Температура 0,2 м слоя грунта БНГКМ при различных нормах высева семян многолетних трав (среднее за 2008-2010 гг.) Глубоко промерзшие грунты Крайнего Севера медленно оттаивают, что сдерживает их прогревание. Постоянное близкое наличие мерзлоты к поверхности приводит к тому, что тесная связь между количеством солнечной радиации в вегетационный период и степенью прогреваемости грунта имеется лишь в самой верхней части профиля. Средние коэффициенты корреляции между температурой воздуха и грунта за трехлетний период при минимальной норме высева выглядят следующим образом: на глубине 5 см – r = 0,71, 10 см – r = 0,69, 15 см – r = 0,54, 20 см – r = 0,50. Аналогичная связь по профилю установлена и при максимальной норме высева. Количественно на глубине 5 и 10 см она несколько ниже, соответственно r = 0,67 и r = 0,63. На глубинах 15 и 20 см на обоих вариантах опыта в среднем за три года коэффициенты корреляции не различались между собой. Температура подпахотных горизонтов в большей степени зависит от зимнего запаса холода. Глубина оттаивания грунтов составляет 44-54 см и практически не зависит от нормы высева многолетних трав. Определяющую роль играет среднесуточная температура воздуха. Этот вывод подтверждается коэффициентом корреляции между температурой воздуха в течение вегетационного периода и величиной оттаивания грунта, который составил r = 0,81 на делянках с нормой высева 40 кг/га и r = 0,90 – 280 кг/га. 4 Физико-химические свойства и питательный режим грунтов Крайнего Севера Влияние минеральных удобрений на физико-химические свойства и питательный режим грунтов в условиях тундры. Исследования показали, что содержание гумуса в грунтах БНГКМ очень низкое на протяжении четырех лет проведения полевого опыта (табл. 1). Внесение минеральных удобрений увеличивает Таблица 1 - Физико-химические свойства грунтов БНГКМ при внесении минеральных удобрений
содержание гумуса на всех вариантах. Максимальное повышение содержания гумуса по вариантам опыта установлено на четвертый год жизни многолетних трав. Объясняется данный факт медленным разложением фитомассы многолетних трав при низких температурах воздуха и грунта. Зависимость между дозой внесения удобрений и содержанием гумуса в 0,3 м слое грунта подтверждена коэффициентом корреляции, который составил в 2008 г. – r = 0,70, 2009 г. – r = 0,79, 2010 г. – r = 0,96. Следует отметить, что изменение содержания гумуса произошло практически только в 0,2 м слое грунта. Именно в этом слое, как показали исследования, сосредоточено около 80% массы корней многолетних трав. В результате внесения высоких доз минеральных удобрений существенно возросла обменная кислотность грунта. Самое заметное подкисление по всему 0,3 м слою произошло на фоне N210P210K210. При этом максимальные различия (0,7 ед. рН) были установлены в первый год после внесения удобрений. В последующие годы различия по вариантам в кислотности снизились практически в 2 раза и не превышали 0,3-0,4 ед. рН. Важно отметить, что намывные грунты, используемые при обустройстве нефтегазовых месторождений полуострова Ямал, имеют близкую к нейтральной реакцию среды и низкую гидролитическую кислотность. Это обстоятельство существенно отличает их от тундровых почв, для которых характерна высокая кислотность. В связи с низкой кислотностью отпадает необходимость в известковании при проведении биологической рекультивации грунтов карьеров. Основным лимитирующим элементом в питании растений на северных почвах является азот. В грунтах БНГКМ установлено низкое содержание валовых (0,04-0,06%) и подвижных форм азота. Без внесения удобрений содержание нитратного азота в 0,3 м слое в среднем за три года составило 1,8 мг/кг (рис. 3). Азотные удобрения являются основным источником азота для многолетних трав при рекультивации намывных грунтов. При внесении NPK по 90 кг д.в./га нитратов содержалось в среднем за три года исследований 2,0 мг, 150 кг/га – 2,25 мг, 210 кг/га – 3,6 мг/кг. Максимальное количество нитратов на удобренных делянках установлено в конце вегетационного периода, что связано, очевидно, с усилением деятельности нитрифицирующих бактерий при повышении температуры грунта.  Рис. 3 - Содержание нитратного азота в 0,3 м слое грунта БНГКМ при внесении минеральных удобрений, мг/кг Между содержанием нитратного азота в 0,3 м слое грунта и дозами минеральных удобрений имеется тесная связь, выраженная коэффициентами корреляции от r = 0,72 до r = 0,98. Во все сроки определения по годам максимальное количество нитратного азота отмечено на глубине 20-30 см. Все это указывает на миграцию нитратного азота в легких по гранулометрическому составу грунтах. Увеличение нормы высева многолетних трав с 40 до 280 кг/га на фоне N150P150K150 снижает содержание нитратного азота на глубине 20-30 см в два раза. Содержание минерального азота в аммонийной форме ниже, чем нитратного. Отмеченная особенность обусловлена гидротермическим режимом грунтов при котором многолетние травы лучше усваивают аммиачный азот. Валовое содержание фосфора в намывных грунтах БНГКМ также очень низкое – 0,071-0,087% от абсолютно сухой почвы. Низкие запасы фосфора в грунтах предопределяют высокую эффективность фосфорных удобрений (рис. 4). Содержание подвижного фосфора в среднем за три года без внесения удобрений в 0,3 м слое составило 1,4 мг/100 г почвы. Во все сроки определения его минимальное количество установлено в слое 0-10 см (1,1-1,3 мг/100 г). Объясняется это потреблением фосфора многолетними травами. На глубинах 10-20 и 20-30 см его содержание было практически одинаковым, что указывает на хорошую закрепляемость фосфора.  Рис. 4 - Содержание подвижного фосфора в 0,3 м слое грунта БНГКМ при внесении минеральных удобрений, мг/100 г почвы Внесение минеральных удобрений обеспечило повышение содержания подвижного фосфора в среднем за три года исследований по сравнению с контролем на 14,3% (N90P90K90), 28,5% (N150P150K150), 35,7% (N210P210K210). Между содержанием подвижного фосфора и дозами минеральных удобрений имеется тесная связь. К концу вегетационного периода многолетних трав четвертого года жизни прослеживается тенденция снижения содержания подвижного фосфора на всех вариантах опыта. Увеличение нормы высева многолетних трав с 40 до 120 кг/га повышало потребление подвижного фосфора многолетними травами на 21,1%, до 280 кг/га – на 26,3%. Намывные грунты БНГКМ содержат относительно большие запасы валового калия (0,42-0,54%). Это очень положительный момент, т.к. «калий повышает холодостойкость растений и делает их способными расти при низких температурах» (Коровин, 1972). На неудобренных делянках содержание подвижного калия в 0,3 м слое грунта в среднем за три года составило 7,6 мг/100 г. К концу вегетации многолетних трав 4 года жизни количество подвижного калия сократилось с 12,8 до 7,6 мг/кг. При этом минимальное содержание калия находилось в 0,1 м слое – 5,1 мг/100 г, что связано с потреблением его травами. Калийные удобрения существенно повышают содержание подвижного калия в грунтах (рис. 5). Внесение NPK по 90 кг д.в./га увеличивает содержание подвижного калия в 0,3 м слое в среднем за три года с 7,6 до 13,4 мг (76,3%), N150P150K150 – до 14,8 мг (94,7%), N210P210K210 – до 15,4 мг/100 г (102,6%). Минимальное накопление калия на глубине 20-30 см происходит на варианте с максимальной нормой высева многолетних трав.  Рис. 5 - Содержание подвижного калия в 0,3 м слое грунта БНГКМ при внесении минеральных удобрений, мг/100 г почвы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 06. 01.... Особые разделы программы посвящены роли мелиорации в интенсификации сельского хозяйства, комплексным мелиорациям и природообустройству... |  | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Адаптивные возможности старших школьников к физическим нагрузкам в условиях Крайнего Севера |
| Законодательство в области охраны водоемов и источников водоснабжения Акклиматизация и ее гигиеническое значение. Особенность акклиматизации в условиях Крайнего Севера. Значение режима труда и отдыха,... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Концепцией развития физической культуры и спорта в Российской Федерации на период до 2005 г. Программа для дюсш помимо нормативно-правовых... |
| Лекарственные растения крайнего севера и их влияние на организм человека Разработка методов государственного регулирования процессов рождаемости, смертности, брачности и разводимости | | Житель Крайнего Севера в компьютерном магазине Т48 Тесты по грамматике русского языка. Контрольные работы. 2-е изд. — М.: Айрис-пресс, 2004. — 288 с. — (Домашний репетитор) |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Элективный курс «Природосообразность жизненного уклада народов Крайнего Севера, основанного на эмпатическом познании Природы» | | Тема: "Животные и растения крайнего Севера." Цели Развития: создать условия для развития у школьников интеллектуальной, эмоциональной, мотивационной и волевой сферы: особое внимание... |
| Значение мелиорации в повышении продуктивности земель Мелиорация — система организационно-хозяйственных и технологических мероприятий, направленных на коренное улучшение сельскохозяйственных... | | Учебно-методический комплекс дисциплины фтд. 1 Адаптация человека... Автор программы: кандидат ветеринарных наук, доцент кафедры географии и экологии Николаев А. В |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Данная образовательная программа физкультурно-спортивной направленности является учебной программой по мини-футболу для сдюсшор.... | | Учебной дисциплины техническая мелиорация грунтов Рекомендуется для направления подготовки Дисциплина «Техническая мелиорация грунтов» относится к дисциплинам профилизации инженерная геология – вариативная часть профессионального... |
| Древнерусское государство – когда и как Но много земель восточных славян еще небыло связано с Киевом, а само Древнерусское государство протянулось сравнительно узкой полосой... | | Владимир Николаевич Мегре анастасия книга 1 Владимир Николаевич Мегре... Весной 1994 года мной были зафрахтованы три речных теплохода, на которых я совершил четырехмесячную экспедицию по сибирской реке... |
| Пенсионеры-северяне смогут получить компенсацию за переезд в новое место жительства Тностях, право на компенсацию расходов на переезд на новое место жительства с более благоприятными условиями, имеют неработающие... | | Биологическая эффективность инсектицидов в борьбе с грушевой медяницей в условиях Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт садоводства имени И. В. Мичурина |
