Применение гуминовых препаратов на объектах КМА

Освещены экологические последствия функционирования ГОКов на территории Курской магнитной аномалии, названы перспективные пути снижения их отрицательного влияния.

Ключевые слова: Курская магнитная аномалия, ГОК, техногенный ландшафт, отвалы вскрышных пород, биологическая рекультивация, гумусовые вещества, гумусовые препараты.

В настоящее время площадь нарушенных земель на земном шаре составляет около 20 млн. км², что превышает всю площадь пахотных земель, используемых в земледелии (около 15 млн. км²) [2, с. 64–65]. Земельные угодья отводятся под торфяную, железорудную, строительную промышленность, прокладки газопроводов, нефтепроводов, размещения различных отходов (строительных, бытовых и др.).

В Российской Федерации ежегодно образуется около 7 млрд. т отходов. Среди них наибольший удельный вес (60 %) занимают отходы, связанные с добычей и переработкой минерального сырья, извлекаемого из недр литосферы.

По запасам минеральных ресурсов Курская область занимает лидирующее место среди других регионов [12, с. 20–24].

Основной способ добычи железной руды на территории Курской магнитной аномалии — открытый. Работы ведутся в двух железорудных районах — Старооскольском Белгородской области (Лебединский и Стойленский ГОКи) и Михайловском Курской области (Михайловский ГОК) [7, с. 62–64]. Из недр литосферы за период функционирования горно-обогатительных комбинатов извлечено свыше 2 млрд. м³ горных пород и отходов обогащения железной руды. На прилегающей к ГОКам территории образовался техногенный ландшафт, представленный карьерами (глубиной до 300 м) [3, с.54–55], хвостохранилищами отходов горно-обогатительных комбинатов, отвалами, образованными горными породами, отсыпанными конвейерным, автомобильным, железнодорожным транспортом. Данная технология добычи железной руды вызвала серьезные экологические проблемы. Из землепользования Курской и Белгородской областей для нужд горнодобывающей промышленности изъято свыше 30 тыс. га черноземных и серых лесных почв [3,с. 54–55].

Отрицательное воздействие ГОКов на природную среду проявляется в нарушение растительного и почвенного покровов. И отработанные, и действующие хвостохранилища являются источником сильного запыления окружающих территорий, так как на них, сильно развиты эрозионные процессы. Пылевые частицы, сдуваемые воздушными массами с хвостохранилищ, и сток с поверхности отвалов загрязняют воду, почву, включающиеся в трофические цепи токсиканты попадают в организмы животных и растения, что ведет к увеличению заболеваемости и смертности населения. Предприятиями по добыче железной руды на территории КМА выбрасывается 55 химических ингредиентов, 9 из них относятся к выбросам первого и второго класса опасности [4, с.72–74]. Попадая в атмосферу, различные компоненты промышленных выбросов мгновенно вступают во взаимодействие между собой. Техногенная пыль предприятий КМА содержит до 58 % железа, 26–56 % кремния, 23 % кальция, 12 % алюминия, 3,7 % магния и ряд других элементов [11, с. 5–6].

Значительное накопление вредных веществ в почвенном покрове ведет к снижению продуктивности, к нарушению нормальных процессов роста и развития сельскохозяйственных культур, ухудшению гигиенического качества среды обитания. Возможны изменения в живых организмах, приводящие к заболеваниям [4, с.72–74].

Нарушение земель проявляется, прежде всего в таких глубоких экологических изменениях как: исчезновение биогеоценозов, потеря тысячелетнего почвенного покрова, нарушение гидрологического состояния территорий, загрязнение прилегающих естественных биогеоценозов и агроценозов, что, в свою очередь, ведет к снижению их продуктивной деятельности. Основными загрязнителями территории, подверженной деятельности предприятий ГОКов, являются тяжелые металлы. Состояние тяжелых металлов в почвах в значительной степени определяет генезис и плодородие почв. Загрязнение почв тяжелыми металлами приводит к последовательному изменению течения всех реакций в почве, биоте, в растениях. Изменение биохимических процессов в растениях и биоте влияет на их воздействие на почву [10, с. 22–23].

Техногенный ландшафт с отвалами различной высоты особенно нестабилен в первые годы формирования, пока не закончилась их усадка и отвалы не задернованы. Заселение отвалов растительностью начинается с 3–4 летного возраста после некоторого периода усадки породы [8, с. 366].

Видовое разнообразие растений, поселяющихся на отвалах горных пород, во многом зависит от состава близлежащих фитоценозов, преобладающего направления ветра, способа размножения растений (семенное или вегетативное), посещаемости отвалов птицами, животными и т. д. [2, с.64–65].

Естественный растительный покров оказывает противодефляционное действие, сила которого зависит от степени естественного зарастания и проективного покрытия, породы отвала, рельефа. Формирование растительного покрова на поверхности отвалов вскрышных пород приводит к изменению режима воздушных потоков в приземных слоях воздуха. Чем сильнее естественное зарастание и проективное покрытие, тем меньше контакт воздушного потока с породой. На песчаных и супесчаных отвалах роль растительности выше, чем на лессовидном суглинке. Выше противодефляционный эффект растительности на равнинных участках (плато, бермы) и ниже на склонах. Естественные фитоценозы обладают противоэрозионным эффектом, который увеличивается с возрастом отвала и степенью проективного покрытия растительностью [8, с. 366].

Для предотвращения или уменьшения отрицательного воздействия хвостохранилищ на населенные пункты и природные ландшафты необходимо закрепление их поверхности каким-либо способом. Признано, что наиболее радикальным методом закрепления пылящих поверхностей является биологическая рекультивация (фитомелиорация) путем создания на поверхности отвалов растительного покрова того или иного состава.

В большинстве случаев биологическая рекультивация промышленных отвалов осуществляется путем посева многолетних трав и создания достаточно устойчивого лугового сообщества, способного противостоять развитию ветровой эрозии [5, с. 5–12.]. На крутосклонных отвалах наиболее перспективно залужение и облесение.

Рядом специалистов доказана роль подбора лесных пород с учетом целевого назначения насаждений [9, с. 160–161]. Создание древесно-кустарниковых и травянистых фитоценозов на этих площадях имеет важное экологическое значение, обеспечивающее повышение устойчивости техногенного ландшафта и увеличение его видового биоразнообразия [2, с. 64–65].

Биологическая рекультивация промышленных отвалов приводит к созданию на их поверхности фитоценозов того или иного состава и зрелости. В ходе дальнейшего развития такого «искусственного» фитоценоза структура и состав его усложняются, далее возникают элементы естественных фитоценозов, относящиеся к зональному типу растительного покрова. Под влиянием растительности происходят процессы, свойственные почвообразованию в конкретных биоклиматических условиях, в частности накопление органического вещества. Образование гумусовых веществ — специфических органических соединений, свойственных почвам является важнейшим признаком первичного почвообразовательного процесса — начального этапа формирования почвенного профиля [5, с.5–12.].

Восстановление измененных территорий подразумевает воссоздание всех их компонентов. Достигнуть наилучшего эффекта возможно только в случае, если в разработке решения проблемы будет учитываться эколого-экономический аспект. [11, с. 5–6].

В связи с этим особое значение приобретают исследования, направленные на разработку экономически и экологически целесообразных способов предотвращения ухудшения экологической ситуации в регионе КМА. При рекультивации отвалов облесение склонов приобретает большое значение, в качестве одного из дешевых способов, позволяющих рассматривать создание лесонасаждений на откосах как элемент планомерной перестройки и оздоровления ландшафтов, нарушенных в результате промышленной деятельности человека. Рекомендовано наряду с древесно-кустарниковыми породами осуществлять посадку бобовых трав, которые играют почвозащитную и мелиоративную роль [9, с. 160–161]. Но не все породы в отвала подходят для произрастания защитных насаждений. В бассейне КМА больше половины объема вскрышных пород занимают пески и песчано-меловые смеси, которые не — и малоблагоприятны для произрастания растений, так же есть техногенные ландшафты, обсыпанные токсичными породами, десятки лет подвергающиеся дефляционным процессам и не зарастающие растительностью. Оценка перспектив восстановления таких пород — это актуальная проблема на сегодняшний день. [5, с. 5–12; 11, с. 5–6].

Одним из путей выхода из данной ситуации может быть применение гуминовых препаратов на объектах КМА для создания благоприятных эдафических условий для произрастания растений на не- и малопригодных для этого вскрышных породах.

В решении этой проблемы большую роль может получить протекторная функция специфических гуминовых веществ. Наряду с растениеводством на препараты гуминовой природы начали обращать внимание и специалисты иных областей, таких как животноводство, медицина, рекультивация загрязненных сред и др. Гуминовые вещества обладают адаптогенными свойствами, обусловленными их способностью связывать ионы тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды, ускорять и облегчать процесс детоксикации растений. Их полигетерофункциональность обеспечивает их защитные функции в условиях агрессивной химической среды. Наличие у гумусовых кислот таких фундаментальных свойств как: полимолекулярность, полидисперсность, гетерогенность, наличие в составе карбонильных, карбоксильных, фенольных и спиртовых заместителей, тио-и аминогрупп обеспечивает их способность вступать в донорно-акцепторные и ионные взаимодействия, участвовать в сорбционных процессах, образовывать водородные связи. Таким образом гумусовые кислоты участвуют в ионном обмене, образуют аддукты со многими классами органических соединений, комплексы с металлами [1, с. 2104–2107; 6, с. 146–162].

Таким образом ГВ выполняют определенные биосферные функции: регулируют геохимические потоки металлов в почвенных и водных экосистемах, выполняют структурообразующую роль в почве, участвуют в разложении горных пород и минералов, способствуют накоплению в доступной для растений форме питательных элементов и микроэлементов, способны связывать в устойчивые комплексы ионы металлов и органические экотоксиканты. Экологическим следствием этого является изменение миграционной способности и форм существования экотоксикантов, снижение токсичности и биодоступности. На основании этого гумусовые кислоты можно рассматривать в качестве природных детоксикантов.

Гуминовые препараты (ГП) в промышленности получают из природных ресурсов (торфа, угля, донных отложений, органических отходов и др.), поэтому они в большой степени наследуют свойства гуминовых веществ исходного сырья, в следствии этого используются как препараты для детоксикации, рекультивации и ремедиации загрязненных и деградированных почв, а также как мелиоранты и стимуляторы роста растений, повышающие способность растений противостоять засухе, болезням, переувлажнению, переносить повышенные дозы солей азота в почве. Экспериментально доказано, что применение промышленных гуматов аммония, натрия и калия в оптимальных дозах значительно стимулирует прорастание семян, улучшает питание и дыхание растений, повышает ферментативную активность и снижает поступление в растения радионуклидов и тяжелых металлов. Особенно это проявляется на ранних стадиях развития растений, но иногда такой эффект наблюдается в течение всего онтогенеза. Биологическая активность гумусовых препаратов наблюдается также и для грибов, бактерий, водорослей и других организмов. Установлено, что стимулирующее влияние гумусовые вещества оказывают в пределах довольно низких концентраций (10–²—10–⁴ %).

Особое значение имеет тот факт, что гуминовые препараты не относятся к ксенобиотикам, а значит их использование не причиняет ущерба окружающей среде [6, с. 146–162;13, с. 1334–1343].

Литература:

1.         Аввакумова Н. П. Природа защитного действия гуминовых веществ различного генезиса. /. Н. П. Аввакумова и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2012. — № 1(8). — Том 14. — С.- 2104–2107.- ISSN 1990–5378

2.         Егоров В. Г. Эколого–хозяйственная характеристика фитоценозов техногенных ландшафтов Михайловского ГОКа / Егоров В. Г., Стифеев А. И // Проблемы развития сельского хозяйства Центрального Черноземья: материалы Всероссийской научно-практической конференции, г. Курск, 21–25марта 2005, ч. 1). С. 64–65. — ISBN 5–7369–0438–1

3.         Кемов К. Н. Продуктивность люцерны и донника на вскрышных породах Михайловского горно-обогатительного комбината / К. Н. Кемов // Молодежь. Наука. Производство: материалы межвузовской научной конференции студентов и аспирантов, 2–4 марта 2009 г. Курск. — С. 54–55.

4.         Кемов К. Н. Реабилитация земель, загрязненных тяжелыми металлами в зоне функционирования Михайловского ГОКа КМА / К. Н. Кемов, А. И. Стифеев, Г. И. Степанова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии.- 2012. — № 3. — С. 72–74. ISSN 1997–0749.

5.         Переверзев В. Н. Агрохимические свойства и плодородие почв, сформированных на отвалах апатитовой промышленности после их рекультивации / В. Н. Переверзев, и др. // Агро ХХ1. — 2010. — № 7–9. — С. 5–12.- ISSN 273–2775.

6.         Перминова И. В. Гуминовые вещества в контексте зеленой химии / И.В., Перминова, Д. М. Жилин; под ред. В. В. Лунина и др. // Зеленая химия в России: сб. науч. ст. –М.: Изд-во МГУ, 2004. — С 146–162.

7.         Пигорев И. Я. Состояние и перспективы отвалообразования вскрышных пород на горно-обогатительных комбинатах КМА / Пигорев И. Я. // Вопросы современного земледелия:материалы научной конференции, 12–14 марта 1997 г. Курск, ч. 1. –Курск: Изд-во КГСХА., 1997. — С. 62–64.

8.         Пигорев И. Я. Экология техногенных ландшафтов КМА и их биологическое освоение. / И. Я. Пигорев. — Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., 2006. — 366с.- ISBN 5–7369–0473-X.

9.         Пигорев И. Я. Роль многолетних трав в борьбе с эрозией на склонах Стойленского горно-обогатительного комбината / И. Я. Пигорев, Ю. В. Шатунова // Аграрная наука — сельскому хозяйству: материалы Всероссийской научно-практической конференции, 27–28 января 2009 г. Курск, ч. 3. –Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., 2009. — С. 160–161.

10.     Савич В. И., Фракционный состав тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах и черноземах / Савич В. И. и др. // Агрохимический вестник. — 2014. — № 2. — С. 22–23. — ISSN 0235–2516

11.     Стифеев А. И. Проблема мониторинга рекультивированных земель Курской области / А. И. Стифеев, В. Н. Реунова, В. В. Зюкин // Вопросы современного земледелия: материалы научной конференции, 12–14 марта 1997г., Курск, ч. 1. — Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., 1997. — С. 5–6.

12.     Стифеев А. И. Основные направления хозяйственного использования горных пород КМА / А.И., Стифеев, Д. Н. Ивченко // Проблемы развития сельского хозяйства Центрального Черноземья: материалы Всероссийской научно-практической конференции, 21–25 марта 2005 г. Курск, ч. 2. — Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., 2005. — С. 20–24.- ISBN 5–7369–0438–1

13.     Якименко О. С. Гуминовые препараты и оценка их биологической активности для целей сертификации. / О. С. Якименко, В. А. Терехова // Почвоведение. — 2011. — № 11. — С. 1334–1343. — ISSN 0032–180Х.