Фундаментальные исследования. Успехи современного естествознания Какие мероприятия нужны для восстановления нарушенных земель

Развитие человечества сопровождается ростом площадей нарушенных земель и сокращением количества естественных экосистем, снижением их восстановительной способности, устойчивости к воздействию антропогенных факторов . Значительный ущерб природным ландшафтам наносят размещение на поверхности отходов горного производства.

Технологические процессы горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности неразрывно связаны с потреблением природных ресурсов и формированием разнообразных отходов , накапливающихся в окружающей природной среде.

Отходами горного производства являются неиспользуемые продукты добычи и переработки минерального сырья, выделяемые из массы добытого полезного ископаемого в процессе разработки месторождения, при обогащении и химико-металлургической переработки сырья .

Классификация отходов горного производства проводится по фазовому составу и производственным циклам, на которых они формируются (таблица 1). На формирование отходов влияет производственный процесс, характер сырья, содержание извлекаемых компонентов в исходном продукте и др. .

Таблица 1.

Классификация отходов добычи и обогащения

Фазовая характеристика отходов	Технология добычи			Обогащение
Фазовая характеристика отходов	бурение	открытая	подземная	Обогащение
Твердые	Шлам	Вскрышные породы	Шахтная порода	Хвосты
Жидкие (растворы и суспензии)	Промывочные жидкости	—	Шахтные воды	Промывочная вода, шламы, жидкая фаза пульпы
Газообразные	—	Пыль	Вентиляционный воздух	Отсосы

Несмотря на высокую экологическую опасность, до настоящего времени доминирующим методом утилизации отходов обогащения остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде хвостохранилищ, отвалов и шламонакопители, которые занимают значительные по площади земли, лишенные естественного растительного покрова .

Участки земли, взятые под складирование отходов горных производств должны быть использованы разрешенными способами в соответствии с целевым назначением данной категории земель, что не должно причинять вред природным объектам, в том числе приводить к деградации, загрязнению, захламлению земель, отравлению, порче, уничтожению плодородного слоя почвы и иным негативным (вредным) воздействиям, возникающим в процессе горнопромышленного производства.

Неотъемлемой частью мер по защите литосферы являются работы по рекультивации земель взятых под складирование отходов горного производства.
Рекультивация рассматривается как комплексная проблема восстановления продуктивности и реконструкции нарушенных промышленностью ландшафтов в целом. Таким образом рекультивация должна определяться как комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды .

Традиционный процесс рекультивации делят на следующие этапы, осуществляемые либо преимущественно техническими приемами (горнотехническая рекультивация), либо биологическими методами (биологическая рекультивация) . Технический этап включает в себя планировку, формирование откосов, снятие, транспортирование и нанесение почв на рекультивируемые земли. На биологическом этапе проводят комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы .

Нарушенные территории в результате хозяйственной деятельности разделяют на две группы:

Земли, поврежденные насыпным грунтом, отвалы, гидроотвалы, терриконы, кавальеры и свалки;
Территории, поврежденные выемкой грунта, карьеры открытых горных разработок, добычи местных строительных материалов и торфа, провалы и прогибы на месте подземных горных работ, резервы и траншеи при строительстве линейных сооружений.

В зависимости от воздействия промышленных объектов и возникших нарушений природного ландшафта, в рамках указанных этапов определяют технологию рекультивации:

Рекультивация и обустройство карьеров нерудных материалов при сухой и обводненной выемке грунта представленных месторождениями фосфоритов, апатитов, калийных и каменных солей, известняками, мергелями, песчаниками, серой и так же графитом, асбестом, слюдой, мрамором, кварцем, плавиковым шпатом и др.

В результате добычи полезных ископаемых и минерального сырья земли нарушаются карьерными выработками, достигающими глубины более 100 м. В зависимости от положения дна карьера относительно залегания подземных вод он бывает обводненным или сухим .

Рекультивация сухих карьеров проводится в 3 этапа:

Транспортирование со склада и нанесение почвенно – растительного слоя;
Мелиорация и посев трав на подготовленной территории.

Рекультивация обводненного карьера проводится в 2 этапа:

Планировочные работы направленные на сформирование поверхности;
Заполнение карьера водой.

Обводненные карьерные выемки после прекращения их эксплуатации используют под водоемы многоцелевого назначения, сухие под площадки для строительства, пашни, пастбища, лесонасаждения и т. д. .

Перед массовой выработкой грунта снимают плодородный слой почвы с целью дальнейшего использования его на малопродуктивных угодьях и рекультивируемых землях. Нормы снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ определяются требованиями, изложенными в ГOCT 17.5.3.06-85.

По классификации пригодности скальные грунты и конгломераты считают непригодными для биологической рекультивации по физическим свойствам. В процессе добычи камня образуются насыпи из вскрышного слоя грунта, непригодного для производственных целей. Этот грунт можно разделить на плодородный слой почвы и материнскую породу или выветренные скальные породы, снимаемые при выполнении вскрышных работ .

Подошва выработанного пространства в карьерах скального грунта, а также уплотненные в результате движения транспортных средств производственные и складские площадки непригодны для непосредственного обустройства ландшафта без предварительного проведения работ по их рекультивации .

В соответствии с этими условиями выполнение рекультивации карьеров скальных пород проводится в следующем порядке:

Планировочные работы направленные на сформирование поверхности;
Отсыпка рыхлого вскрышного и почвенного грунта толщиной не менее 1 метра;
Посев семян на образовавшемся грунте;
Рекультивация выработанных площадей торфяных месторождений.

Возможность использования выработанных торфяников после рекультивации зависит от способа добычи торфа, водного режима, возраста выработки, степени задернения и т. д. Торф добывают фрезерным, гидравлическим, машиноформованным и резным способами .

Техническую рекультивацию выработанных месторождений торфа, как правило, выполняют в три этапа:

Создание осушительно — увлажнительной системы, обеспечивающей быстрый отвод воды с площадей во влажные периоды и увлажнение корнеобитаемого слоя почвы в засушливые периоды, а также обеспечение увлажнения корнеобитаемого слоя почвы путем шлюзования в вегетационный период ;
Проведение культурно – технических и планировочных работ. Параллельно работам рекультивации в полях строят дороги, а при рекультивации карьеров торфа строят дороги только после выполнения планировочных работ ;
Выполнение культуро — технических работ. Их основная задача — расчистка площадей от древесно — кустарниковой растительности. Расчистка, как правило, заключается в корчевании, срезке, фрезеровании и запашке.

Биологическая рекультивация выработанных месторождений торфа выполняют после проведения технической рекультивации. Она включает в себя:

Первичную обработку почвы;
Выбор предварительных культур для посева;
Внесение химических мелиорантов и удобрений.

Отвалами называют земляные насыпи, не имеющие делового назначения и образуемые в результате отсыпки грунта, разрабатываемого в любой выемке.

Последовательность мероприятий к выполнению горнотехнического и биологического этапа рекультивации:

Снятие почвенно – растительного слоя на площадке бедующего отвала, транспорт и складирование в удобных местах для последующего использования;
Формирование откосов отвала;
Планировочные работы на сформированных поверхностях;
Транспортирование со склада и нанесение почвенно – растительного слоя на сформированные и спланированные поверхности;
Строительство дорог целевого назначения, мелиорация;
Устройства специальных гидротехнических сооружений при необходимости;
Посев семян.

Предприятия лесной, бумажной, горнодобывающей и химической промышленности и энергетики в результате своей деятельности образуют достаточно большие объемы отходов, называемые шламами (зола, шлак, отходы газоочистки, хвосты горно-обогатительных фабрик, содовые, соляные и другие отходы химических предприятий). Эти отходы удаляют в большинстве случаев с водой в виде пульпы в специальные отстойники, называемые шламонакопителями и хвостохранилищами. Отвалы, образуемые намывным способом, называют гидроотвалами .

Последовательность мероприятий к рекультивации гидроотвалов:

Перед укладкой складируемого материала в гидроотвалы, намываемые по определенному профилю, снимают плодородный слой почвы и слой потенциально плодородного грунта с поверхности участка, отводимого под отвал ;
Проектируют устройство сооружений для отвода поверхностных вод, поступающих с поверхности водосбора в процессе производства работ по формированию гидроотвала.

После завершения работ по намыву гидроотвала рекультивируют внешние откосы дамб
обвалования, для этого:

На внешние откосы дамб обвалования и промежуточные бермы отсыпают плодородный слой почвы толщиной около 0,1 – 0,15 м. С целью предотвращения водной эрозии — сформированных валиков откосов промежуточным бермам придают не значительный поперечный уклон в сторону подножья откосов .
На откосах сеют дернообразующие травы, а по краям берм высаживают дpeвесно-кустарниковую растительность на расстоянии 5…6 м друг от друга.
Приступают к рекультивации пляжной части.

Рекультивацию пляжной части и прудка отстойника осуществляют с учетом последующего комплексного использования намывной территории: сельскохозяйственного, природоохранного и водохозяйственного назначения .

Прудок отстойник преобразуют в водоем. Для этого водосбросной колодец дооборудуют в шахтный водосброс. Пополняют водоем свежей водой за счет поступления поверхностных вод, собираемых с водосборной площади гидроотвала.

Материалы, намываемые в золоотвалы, шламонакопители и хвостохранилища, как правило, токсичны. Поэтому рекультивация таких отвалов прежде всего необходима с санитарногигиенической точки зрения. Водная и ветровая эрозия этих отложений приводит к загрязнению окружающей среды. После заполнения хвостохранилища до проектного объема намытый материал обезвоживают, опорожняя прудок отстойник от воды, разравнивания дамбы обвалования. Гребню хвостохранилища придают незначительный уклон от середины к краям для обеспечения плавного отвода поверхностных вод .

Такие отвалы самозарастают крайне медленно, что связано с ограниченностью азота неустойчивостью водного режима, поэтому осуществляют рекультивацию по следующей технологией в зависимости от вида нарушения :

На поверхность золоотвала тепловых электростанций наносят плодородный слой почвы мощностью 0,1…0,5 м с внесением больших доз удобрений для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур;
Шламонакопители металлургических заводов и хвостохранилища обогатительных фабрик из-за содержания токсичных соединений вначале экранируют слоем потенциально плодородного грунта мощностью 1…1,5 м, а затем сверху экрана наносят плодородный слой почвы толщиной 0,4…0,5 м.

Внешние откосы дамб обвалования рекультивируют по общепринятой схеме залужения откосов и посадки древесно-кустарниковой растительности.

Серьезный экологический ущерб окружающей среде наносят так называемые свалки и полигоны образовавшиеся из-за деятельности человека искусственные геологические образования. В зависимости от направления последующего использования территорий, занятых полигонами и свалками, принимают те или иные технические решения по их рекультивации :

Перед началом работ проводят инженерно — геологические изыскания, на основании которых составляют сетку профилей грунта свалки и подстилающих их слоев грунта основания, по ним определяют мощность слоя свалочного грунта, структуру подстилающих слоев, степень их загрязнённости и уровень грунтовых вод ;
Свалочные грунты удаляют на полигоны обезвреживания и захоронения отходов;
Привоз минерального грунта. Завозимый грунт должен быть нормативно чистым по бактериологическим, химическим и радиометрическим показателями;
Прикатка плодородного слоя почвы и посев семян.

При рекультивации полигонов и свалок без удаления свалочного грунта предусматривают мероприятия и работы по дегазации, устройству защитного экрана по верху свалочных грунтов, а также ограждению рекультивируемой территории во избежание вторичного ее загрязнения .

Защитные экраны, устраиваемые по верху свалочного грунта являются основными элементами, обеспечивающими главную природоохранную функцию. Конструкция защитных экранов представляет собой комбинацию изоляционных и фильтрующих элементов, позволяющих собирать и отводить просачивающиеся поверхностные воды и атмосферные осадки .

Технология рекультивационных работ полигонов и свалок состоит в следующем:

Проводят разравнивание отдельных неровностей на поверхности свалки, после чего выполняют общую планировку всей поверхности с приданием ей незначительного уклона;
Отсыпка выравнивающим слоем — толщеной не менее 0,5 м, из очищенного строительного мусора, с диаметром фракций 4…32 мм. При наличии газообразования в толще свалочного грунта устраивают по верху выравнивающего слоя слой из газопроводящего материала, например, толщиной равной 0,3 м;
Затем по верху газопроводящего слоя выполняют противофильтрационный экран, состоящий из двух слоев глины толщиной по 0,25 м каждый и слоя синтетической рулонной изоляции толщиной не менее 2,5 мм. Для устройства противофильтрационного экрана используют глину;
Сверху синтетической изоляции укладывают дренирующий слой в виде пластового дренажа толщиной не менее 0,3 м из минерального грунта;
Далее отсыпают слой потенциально плодородного грунта толщиной 0,7…0,85 м, по верху которого наносят плодородный слой почвы толщиной, 15…0,3 м.

С целью защиты грунтовых вод от загрязнения свалочным конденсатом и инфильтратом можно использовать способ силикатизации грунтов в основании свалки, основанный на нагнетании через инъекторы в основание свалки гелеобразующих материалов. В Качестве гелеобразующих материалов используют сернокислый алюминий, щавелевую кислоту и жидкое стекло. Образующийся при этом в основании свалки гелевый экран способствует укреплению нижних слоев свалочного грунта и верха горных пород основания и уменьшает его водопроницаемость, а также выступает в роли геохимического барьера на пути распространения загрязняющих веществ в подземные горизонты .

При добыче полезных ископаемых земли нарушаются не только за счет создания на них породных отвалов, шламохранилищ и хвостохранилищ, но и образования вследствие подземной разработки месторождения отрицательных форм рельефа земной поверхности в виде провалов, прогибов, воронок, углублений рельефа и т. д.

При разработке пластовых залежей малой и средней мощности горизонтального и волнистого залегания пологого падения с обрушением кровли образуются западинные прогибы глубиной до 1,5 м. Восстановление отрицательных форм рельефа заключается в засыпке образовавшихся понижений с проведением комплекса планировочных работ. Для засыпки понижений могут быть использованы рыхлые отложения, коренные породы, добытые в специальных карьерах или полученные при вскрышных работах, а также выдаваемая из шахт порода .

Технологию засыпки понижений земной поверхности и оформление рельефа выполняют для каждого конкретного случая отдельно в зависимости от используемого материала.
При заполнении образовавшихся вследствие подземной разработки отрицательных форм рельефа земной поверхности горными породами следует также учитывать их химические свойства. Породы, обладающие токсичными свойствами, укладывают в нижнюю часть провалов с последующим перекрытием их потенциально плодородными породами мощностью не менее 2…2,5 м. При глубине провалов менее 2 м засыпка их непригодными для биологической рекультивации по химическому составу (токсичными) породами допускается только с проведением работ по коренной химической мелиорации засыпаемых пород и обязательным их перекрытием потенциально плодородными породами мощностью не менее 0,5 .

При использовании заполнения провала непригодных для биологической рекультивации пород после завершения планировочных работ уложенную горную массу перекрывают вначале слоем потенциально плодородных пород, а затем плодородным слоем почвы.
Рекультивация нарушенных земель, обводненных или заболоченных в результате оседания земной поверхности, включает работы по предварительному их осушению. Для этого:

Вначале строят осушительную систему открытого или закрытого дренажа с целью отвода избыточных вод с рекультивируемой территории;
Далее с поверхности осушенной территории снимают вначале плодородный слой почвы и перемещают его во временный отвал, а затем слой потенциально плодородной почвы и также перемещают его во временный отвал;
После этого проводят капитальную планировку нарушенной территории с послойной засыпкой отрицательных форм рельефа шахтной породой, доставляемой из породных отвалов;
По верху спланированной поверхности шахтной породой отсыпают слой потенциально плодородного грунта, а затем наносят слой плодородной почвы с равномерным распределением ее по всей площади.

Магистральные трубопроводы и отводы от них, железные и автомобильные дороги, каналы относят к так называемым линейным сооружениям.
Строительство и эксплуатация линейных сооружений оказывают значительное воздействие на состояние окружающей среды повреждая или разрушая естественные элементы ландшафта .

При строительстве и эксплуатации линейных сооружений рекультивация проводится по следующим этапам:

Проводя засыпку линейных сооружений;
Общей планировка полосы отвода;
Уборке строительного мусора;
Задернения поверхности посевом трав.

Восстановление древесной и кустарниковой растительности в полосе отвода под строительство трубопровода не допускается из-за затруднений, возникающих в процессе его эксплуатации.

Направления использования нарушенных земель после рекультивационных работ
В соответствии с ГОСТ 17.5.1.0285 нарушенные земли различают по направлениям рекультивации в зависимости от вида последующего использования.

Рекультивированные территории можно использовать в следующих направлениях :

Сельскохозяйственное – земли могут использовать под пашни, сенокосы, пастбища и многолетние насаждения;
Лесохозяйственное — под лесонасаждения общего хозяйственного и полезащитного назначения, лесопитомники;
Водохозяйственное — устраивают водоемы для хозяйственно бытовых и промышленных нужд, орошения и рыбоводства;
Рекреационное — для создания зон отдыха и спорта, под парки и лесопарки, водоемы для оздоровительных целей, охотничьи угодья, туристские базы и спортивные сооружения;
Природоохранное и санитарно-гигиеническое — под создание участков противоэрозионного лесонасаждения, задернованных или обводненных, закрепленных или закон сервированных с применением технических средств, участка для самозарастания специально не благоустраиваемых с целью последующего использования в хозяйственных или рекреационных целях;
Строительное — для промышленного, гражданского и прочего строительства и другого назначения.

Заключение

Техногенные ландшафты оказывают негативное воздействие на окружающую среду, они, в свою очередь, являются объектами пристального изучения темпов восстановления почвенного покрова, скорости протекания элементарных почвенных процессов.

В настоящее время проводятся работы, связанные с уменьшением вредного воздействия на окружающую среду хвостохранилищ, отвалов, карьеров, полигонов и шламонакопители, которые занимают огромные площади, загрязняют токсичными соединениями почву, водный и воздушный бассейны.

На основе анализа существующих способов рекультивации, можно сделать вывод, что существующая проблема восстановления нарушенных земель может быть решена лишь частично. Это связано с тем, что большинство применяемых способов рекультивации часто не учитывают специфику территорий и не обеспечивают заданного сокращения негативного влияния техногенно-нарушенных территорий на природные экосистемы.

УДК: 502.65

Post-graduate student National Mineral Resources University of Mines Ecology Faculty

Аннотация: С каждым годом во всем мире все большую опасность для природной среды приобретает промышленная деятельность человека, проявляющаяся главным образом в местах добычи полезных ископаемых, строительных материалов и торфа, а также в местах их обогащения, переработки и дальнейшего складирования отходов.
Несмотря на высокую экологическую опасность, до настоящего времени доминирующим методом утилизации отходов обогащения остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде хвостохранилищ.
В работе проведен анализ существующих технических подходов к рекультивации земель, нарушенных горными работами. Приведена классификация отходов горного производства. Описаны этапы и направления рекультивационных работ в районах складирования отходов производства. Подробно расписаны методы рекультивации карьеров нерудных материалов, карьеров по добыче камня, торфяных месторождений, отвалов, свалок, полигонов и земель, нарушенных при подземных горных работах. Подробно рассмотрены способы рекультивации хвостохранилищ. Выбран наиболее оптимальный метод рекультивации хвостохранилищ.

Ключевые слова: рекультивация, горные работы, хвостохранилище.

Abstract: Every year around the world are a great danger to the environment becomes human industrial activity, which manifests itself mainly in the areas of mining fossil, construction materials and peat, as well as in their places enrichment, further processing and storage of waste.
Despite the high environmental hazard, thus far the dominant method of waste disposal remains enrichment ground occupancy with storage sites in the form of tailings.
The analysis of existing technological approaches to reclamation of land disturbed by mining operations. The classification of the waste processing industry. Stages and directions of remediation in the areas of storage of waste products. Painted in detail methods of reclaiming aggregates quarries, stone quarries, peat deposits, dumps, dumps, landfills and land disturbed by underground mining. More Ways reclamation of tailings.

Key words: reclamation, mining, tailing.

Список использованной литературы

1. Chemezov V.V., Kovryzhnikov V.L. Land use and reclamation of disturbed land in the mining of gold and diamonds: Aid for the development of land reclamation projects. — Irkutsk: Publishing of «Irgiredmed», 2007 — 330 p.
2. Galperin A.M., Forester W., Chief H.U. Anthropogenic the solid and protection of natural resources , Part 1 , Bulk and alluvial the solid , M. , 2006 — 586 p.
3. Shcherbakov E.P. Geological and Environmental assessment of technogenic alluvial mining waste storage arrays, 2000 — 156 p.
4. Atroschenko F.G., Gorbatov U.P. Multiple use of reclaimed tailings arrays in the development of diamond deposits in Yakutia, 2006 — 214 p.
5. Mironova S.I. Problems of biological reclamation of disturbed lands by mining companies in Yakutia: current state and prospects, 2012 — 325 p.
6. Androkhanov V.A. Problems of reclamation of the northern territories, 2012 – 4 p.
7. Lukina N.V., Chibric T.S. Glazyrina M.A., Filimonov E.I. Biological monitoring and remediation of disturbed land by industry, 2008 – 156 p.
8. State Standard 17.5.1.03-86. Protection of Nature. Earth. Classification of overburden and host rocks for biological reclamation of land.
9. State Standard 17.5.3.04-83. Protection of Nature. Earth. General requirements for land reclamation.
10. State Standard 17.5.3.05-84. Protection of Nature. Land reclamation. General requirements for earth mulching.
11. State Standard 17.5.4.01-84. Protection of Nature. Land reclamation. Method for determination of pH of aqueous extract of overburden and host rocks.
12. State Standard 25100-95. Interstate standard. Soils. Classification.
13. State Standard 17.4.3.01-83. Protection of Nature. Soils. General requirements for sampling.
14. State Standard 17.5.1.02-85. Protection of Nature. Classification for reclamation of disturbed lands.
15. Smetanin V.I., Restoration and improvement of disturbed lands. 2000 – 96 р.
16. Пашкевич М.А., Industrial массивы и их воздействие на окружающую среду. – SBR: SPMI (TU), 2000. – 230 р.
17. Pashkevich M.A. Industrial arrays and their impact on the environment. -Brian Bowman, Doug Baker MINE RECLAMATION PLANNING IN THE CANADIAN NORTH, 1998-75 p.

Во многих странах мира накоплен большой положительный опыт рекультивации нарушенных земель. Однако проблему восстановления экологических систем до сих пор нельзя считать решенной. Более того, острота проблемы из года в год возрастает, так как масштабы нарушений земель увеличиваются (при добыче полезных ископаемых, земляных работах и др.).

Нарушенные земли - «раны» биосферы. Экосистемные «раны» вполне сопоставимы с ранами организма. Изменения биогеоценоза как сверхорганизма во многом зависят от выраженности нанесенной ему «травмы», т. е. от обширности и глубины нарушений земель. При небольших «травмах» возможно самовосстановление биогеоценоза. При обширных нарушениях земель биогеоценоз необходимо «лечить», иначе он погибнет.

Рекультивация нарушенных земель и восстановление их плодородия - древнее занятие земледельцев. Люди научились превращать нарушенные земли в экологически полезные территории, в том числе сельскохозяйственные угодья. На местах нарушенных земель создают аграрные и промышленные предприятия, водоемы разного пользования, лесонасаждения, рекреационные зоны, реже - сельскохозяйственные угодья для производства продуктов растениеводства и животноводства.

Земли, предназначенные для производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, должны подвергаться экологической экспертизе. Экологическая чистота геохимической пищевой цепи во вновь сконструированных биогеоценозах аграрного ландшафта - основное условие получения сельскохозяйственной продукции высокого качества.

Проблемы, связанные с засолением почв, их подтоплением и заболачиванием, находятся в центре внимания ученых %и общественности. В научном обосновании и в практической реализации задач, связанных с устранением засоления почв и заболачивания территорий, сделано очень много. Но и эту проблему решить окончательно еще не удалось.

Борьба с эрозией почв - одно из необходимых условий восстановления их плодородия. Учеными разработаны эффективные методы борьбы с ветровой и водной эрозией, оврагообразованием. Создана специализированная противоэрозионная техника (плоскорезы, щелеватели и др.), разработана противоэрозионная технология обработки почв в зависимости от их физико-химических свойств, природно-климатических условий местности и ряда других факторов. Широкое признание получила принципиально новая система обработки почв, предложенная академиком Т. С. Мальцевым для районов Зауралья и Западной Сибири. В Алтайском крае успешно внедрена почвозащитная система земледелия академика А. И. Бараева, разработанная для зон ветровой эрозии почв.

В нашей стране и за рубежом накоплен большой положительный опыт мелиорации земель - системы организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на улучшение почвенных, микроклиматических и гидрологических условий в целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения качества растениеводческой продукции. Яркими примерами эффективности мелиорации в сельском хозяйстве могут служить Каменная степь в России, Колхида в Грузии.

Под руководством известного русского почвоведа В. В. Докучаева в Каменной степи Воронежской области в конце прошлого века были проведены лесомелиоративные работы. Докучаевские лесные полосы до сих пор оказывают благоприятное влияние на аграрные ландшафты и их компоненты: поля, сады, огороды, пастбища, животноводческие фермы и комплексы, служат надежным помощником в борьбе с засухой.

Расположенные здесь хозяйства при любых погодных условиях производят высококачественное продовольственное сырье и пищевые продукты растительного и животного происхождения.

Другой пример - Колхида. Здесь влажный климат, заболоченная местность. И эта неблагополучная по природно-климатическим услбвиям территория Западной Грузии была превращена в плодородные поля, сады и плантации субтропических культур. Колхида - производитель высококачественного продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Охрана сельскохозяйственных экосистем от загрязнений - одно из важнейших условий производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции. Охрану агросферы от загрязнений проводят на разных уровнях ее организации: ландшафтном, биогеоценотическом, организменном. Природоохранные санитарно-гигиенические мероприятия, проводимые на ландшафтном уровне, предполагают охрану от загрязнения аграрного ландшафта, на биогеоценотическом - биогеоценозов аграрных, пастбищных, ферменных, на организменном - защиту внутренней среды индивида, бионта (т. е. растения или животного).

Охрана растений и животных от загрязнений на организменном уровне. С точки зрения эндоэкологии большой интерес представляет охрана от загрязнений внутренней (внутриорганизменной) среды. Охране внутренней среды организма от загрязнений много внимания уделяют патологи, токсикологи, фармакологи и терапевты, специалисты других профилей.

Охрана внутренней среды организма от химических загрязнений. Зкологи-фитопатоїюги, экологи-ветврачи обратили внимание на проблему охраны от загрязнений внутренней среды организма растений и животных как необходимого мероприятия при производстве экологически чистой фитомассы и зоомассы, используемой человеком в качестве продовольственного сырья или пищевых продуктов. Как специалисты- лечебники они пришли к выводу о необходимости проведения мероприятий по охране внутренней (внутриорганизменной) среды культивируемых растений и сельскохозяйственных животных от загрязнений средствами их минерального питания, стимуляции роста и развития, лечебно-профилактическими фармакологическими препаратами и пестицидами, используемыми в фитопатологии и ветеринарии для уничтожения возбудителей болезней (патогенных микроорганизмов) и вредителей (насекомых-фитофагов и др.). Так, например, ограничение в применении минеральных азотных удобрений приводит к снижению концентрации нитратов в тканях кормовых растений и, следовательно, способствует предупреждению нитратного токсикоза у крупного рогатого скота и травоядных животных других видов.

Важное значение имеет замена «химических» лекарств нехимическими. Использование массажа, гидротерапии, других подобных методов лечения и профилактики болезней животных не приводит к возникновению побочной экологической проблемы загрязнения продовольственного сырья и пищевых продуктов, снижения их качества. Например, каломель как лекарственное средство при терапии лошадей, больных атонией и завалом толстых кишок (копростазом), может быть заменен водой - (гидротерапией в форме клизм), массажем брюшной стенки и прогулками животного на свежем воздухе. Вода, массаж и моцион - экологически чистые методы лечения, так как они не загрязняют «внутриорганизмен- ную» среду лошади и, следовательно, не оказывают отрицательного влияния на качество конины и кумыса. Опасность лекарственного загрязнения продовольственного сырья и пищевых продуктов животного происхождения не возникает при использовании в ветеринарной практике аутогемотерапии, серотерапии, лактотерапии, диетотерапии с включением в диету больных животных моркови, других богатых витаминами растений, физических методов лечения и профилактики болезней (ультрафиолетовые и длинноволновые лучи,электротоки).

Следовательно, использование экологических методов защиты растений и животных от заболеваний имеет важное санитарно-гигиеническое и экономическое значение в решении проблем, связанных с производством сельскохозяйственной продукции высокого качества.

Очистка организма крупного рогатого скота от засорений мусором. Загрязнение среды мусором - причина вспышек энзоотий травматического ретикули- та и перикардита крупного рогатого скота. Травматический ретику- лит (и перикардит) относят к разряду кормового травматизма. Возникновение болезни связано с поеданием животными корма, загрязненного кусками проволоки, гвоздями, другими остроконечными предметами. Остроконечное тело, попавшее в преджелудки, может травмировать сетку. Под влиянием судорожных сокращений сетки оно вонзается в стенку органа, перфорирует ее и перемещается в брюшную полость. Мигрируя в организме, инородное тело может повредить диафрагму, сердце, вызвать гнойно-гнилостное воспаление перикарда и других органов.

В ветеринарной практике используют метод очистки содержимого преджелудков от ферромагнитных инородных тел. Для этого используют специальные устройства - зонды с магнитной головкой. Магнит притягивает находящиеся в преджелудках ферромагнитные тела и фиксирует их на своей поверхности. С помощью магнита, извлекаемого из пищеварительного тракта в процессе зондирования, преджелудки очищаются от ферромагнитных загрязнителей.

Целью «магнитного» зондирования крупного рогатого скота является профилактика травматического ретикулита и перикардита-тяжелых заболеваний, нередко заканчивающихся летально. Защита животных от заболеваний травматическим ретикулитом и перикардитом входит в систему мероприятий по производству говядины и молока высокого качества.

Ландшафтный уровень токсиколого-ги- гиенических мер по охране среды от загрязнений. Охрана аграрных ландшафтов от загрязнений предусматривает систему мероприятий, направленных на повышение экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания в различных устройствах, особенно на автомобилях, тракторах; совершенствование сооружений по очистке отходов производств; разработку и внедрение безотходных технологий; снижение масштабов использования пестицидов, особенно ксенобиотиков.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания в целях повышения их экологической чистоты. Один из главных потребителей углеводородного и минерального топлива - сельское хозяйство При сжигании топлива среда загрязняется выбросами С02, другими соединениями. Для снижения токсичности выхлопных газов автомобилей, тракторов, другой сельскохозяйственной техники, функционирующей с помощью двигателей внутреннего сгорания, рекомендуется совершенствовать конструкцию карбюраторов, в которых регулятор разряжения способен снижать выброс токсичных веществ; переводить автомобили на газообразное топливо, в частности на сжиженный газ. Перспективно использование в качестве топлива водорода, при сжигании которого отходом является чистая вода; глушители заменять нейтрализаторами для катализации выхлопных газов.

Ведется поиск экологически чистых транспортных средств. Перспективны, по-видимому, электромобили - бездымные и бесшумные транспортные средства. Однако вопрос использования электромобилей как экологически чистого транспорта пока нельзя считать полностью решенным.

Охрана природной среды от загрязнений отходами предприятий. В производстве высококачественных и безопасных продуктов растениеводства и животноводства большое значение имеет охрана аграрных ландшафтов от загрязнений газообразными, жидкими и твердыми отходами промышленных и сельскохозяйственных производств. Методы очистки, применяемые в очистных устройствах (сооружениях), различны. Выбор способов охраны природы от загрязнений зависит от особенностей загрязнителя, типа производства (предприятия) и от экологических условий, сложившихся в аграрном ландшафте и его окружении.

При очистке сточных вод используют механические, физикохимические и биологические методы. С помощью метода механической очистки из стоков удаляют механические примеси. Грубо- дисперсные частицы улавливают решетками и ситами, нефть - нефтеловушками, масла - маслоуловителями. Механическая очистка позволяет удалить из стоков до 60-95 % примесей.

Метод физико-химической очистки состоит в удалении загрязнителей с помощью химических реагентов, вступающих с ними в реакцию и способствующих их выпадению в осадок. В качестве адсорбентов используют глину, торф, активированный уголь. Воду для обезвреживания хлорируют. Хлор действует антимикробно, разрушает поверхностно-активные вещества (ПАВ), канцероген безопирен, связывает аммиак и является дезодорантом. Очистка стоков от нерастворимых загрязняющих веществ с помощью физико-химического метода достигает 95 %.

Биологический метод очистки стоков основан на минерализации органических веществ - загрязнителей микроорганизмами- редуцентами. В разложении органических веществ принимают участие бактерии, простейшие, клещи, личинки мух, черви и другие организмы, составляющие биоценоз очистных сооружений. Биологической очистке подвергаются стоки животноводческих комплексов. Очистка стоков в аэротенках достаточно эффективна (90-95 %). Однако начальная концентрация органических веществ даже в очищенных сточных водах превышает допустимый уровень и не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям для сброса их в открытые водоемы.

Защита вод от загрязнений осуществляется при естественных процессах самоочищения в биологических прудах. В них, как отмечают Ю. И. Ворошилов и Т. С. Мальцман, достигается высокое качество очистки при простых и дешевых способах эксплуатации. Недостаток биологических прудов - сезонность их «работы». В зимний период процессы самоочищения затухают и пруды служат лишь в качестве промежуточных накопителей сточных вод. Поэтому «работу» биологических прудов целесообразно сочетать с использованием полей орошения.

На пастбищах, орошаемых стоками, выпас животных возможен только после токсиколого-гигиенических исследований травостоя и мест водопоя. Технология очистки сточных вод совершенствуется - созданы установки, превращающие стоки в воду «родниковой» чистоты. Но подобные очистные устройства из-за большой дороговизны не нашли еще широкого применения. Разрабатываются очистные сооружения, функционирующие по замкнутому циклу; они позволяют не только не загрязнять среду, но и экономно расходовать воду.

Остро стоит проблема охраны среды от газообразных выбросов промышленных предприятий. Природоохранная работа заключается в замене старых, малоэффективных систем очистки новыми, более эффективными. Разработаны очистители, которые улавливают 98-99 % большинства видов дыма, сажи, газов, загрязняющих атмосферу. В окрестностях многих заводов, где установлены электрофильтры, воздух стал чище.

Технология работы устройств, предназначенных для очистки выбросов и стоков, позволяет не только предохранять среду от вредных загрязнений, но и извлекать из отходов ценные продукты.

Например, улавливание цемента позволило не создавать несколько новых цементных заводов и, следовательно, получить не только положительный экологический и санитарно-гигиенический результат, но и существенный экономический эффект.

Безотходные технологии, их роль в охране аграрных ландшафтов от загрязнений. Идея о безотходных технологиях на предприятиях народного хозяйства впервые была выдвинута русскими учеными Н. Н. Семеновым и И. В. Петряновым (Петряновым-Соколовым). В 1968 г. И. В. Петрянов сформулировал положение о необходимости перспективного проектирования технологий, которые обеспечивали бы максимальную или даже практически полную утилизацию всех от- ходов. Речь идет о том, чтобы не просто очищать ненужные сточные воды и газовые выбросы, а не допускать их появления, снова и снова вовлекая отходы в производство для получения традиционных и новых полезных человеку продуктов.

Перед учеными и работниками народного хозяйства поставлена задача создания экологически чистых «бессточных» и «бесструб- ных» предприятий. Проблема эта сложна, но разрешима, так как в природе нет отходов, которые в дальнейшем нельзя где-нибудь использовать. Любые жидкие, твердые или газообразные отходы - это химические соединения, которые в той или иной форме могут быть использованы человеком.

Еще в конце прошлого века великий химик Д. И. Менделеев говорил о важности и необходимости хозяйственного использования «отбросов» производства или потребления (в то время термин «отходы» еще не существовал).

Зарождение и развитие экологической концепции о безотходной технологии - яркое свидетельство заслуг отечественных ученых в постановке и развитии научных проблем, повлиявших на судьбу цивилизации.

Как и все новое, концепция Н. Н. Семенова и И. В. Петрянова о безотходной технологии научной общественностью не была принята сразу. Многим ученым она казалась недостаточно убедительной. Однако период настороженного отношения к идее был непродолжительным. Относительно быстро концепция безотходной технологии и отражающая ее соответствующая терминология вошли в научный обиход и получили право гражданства. Термин «безотходная технология» был употреблен в 1975 г. в Большой Советской Энциклопедии. Идея о безотходной технологии получила признание не только в нашей стране, но и во всем мире.

Теоретические, прикладные и экономические проблемы развития безотходной технологии впервые были глубоко и всесторонне проанализированы на Международном симпозиуме стран СЭВ и СФРЮ в 1976 г. в Дрездене. В 1979 г. в Женеве собралось Общеевропейское совещание по сотрудничеству в области охраны окружающей среды. На нем была принята Декларация о малоотходной и безотходной технологиях и использовании отходов. Страны, подписавшие декларацию, обязались охранять окружающую среду, рационально использовать природные ресурсы. В декларации подчеркивалась необходимость государственного поощрения малоотходной и безотходной технологий и использования отходов как вторичных ресурсов (сырья).

Проблема обстоятельно обсуждалась и в России - на Первой Всесоюзной конференции по научно-техническим аспектам безотходных производств, состоявшейся в 1977 г. в АН СССР.

Обобщая материалы, накопленные к тому времени, ученые пришли к выводу, что безотходная технология развивается в четырех основных направлениях (Ласкорин, Циганков и др.):

создание бессточных производств путем внедрения в технологический процесс замкнутых водооборотных циклов (рис. 21);

разработка систем переработки отходов, рассматриваемых в качестве вторичного сырья (вторичных ресурсов);

создание принципиально новых технологий, позволяющих резко уменьшить или почти исключить образование отходов;

формирование территориально-промышленных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую структуру потоков сырья и отходов. Отходы одного производства являются вторичным сырьем для другого и т. д.

Выбор той или иной формы безотходной технологии определяется спецификой работы предприятия, природными особенностями региона, экономической целесообразностью перестройки существующих или создания новых технологических систем (подсистем).

Положение о том, что все безотходные технологии, какими бы совершенными они ни были, не являются безотходными, верно. Побочные производственные отходы, хоть и небольшие, но всегда имеются. Поэтому некоторые ученые говорят не о безотходных, а о малоотходных технологиях.

I - водозабор; 2 - фильтровальная и насосная станции; 3 - градирни охлаждения оборотной воды; 4 - станция очистки (нейтрализации) сточных вод; 5-станция биохимической очистки производственных и бытовых сточных вод; 6 - бассейн дополнительной очистки общего стока

Согласно экологическому закону развития природной системы за счет окружающей среды создание абсолютно безотходных технологий, как и вечного двигателя (перпетуум-мобиле), невозможно (Реймерс). С экологической точки зрения, подчеркивает автор, можно рассчитывать на создание лишь малоотходных производств. Так называемая безотходная технология, считает он, в дальнейшем будет развиваться и совершенствоваться. На первом этапе развития безотходная технология должна стать малоресурсоемкой, давать максимум продукта при минимуме затрат сырья.

Для второго этапа характерно создание цикличности производства (отходы одного производственного процесса могут стать сырьем для другого), третий этап - организация разумной утилизации неизбежных отходов (их захоронения, обезвреживания, нейтрализации).

Понятие «экологизация технологий», отмечал Н. Ф. Реймерс, должно раскрываться как техническое воплощение некоторых экологических принципов, скорее всего, принципа круговорота веществ. Экологичное предприятие не должно выделять в среду вредные отходы. Это могут быть только безвредные вещества, практически не отличающиеся от образующихся в природной среде.

Безотходные технологии расширяют возможности эффективного осуществления экологизации промышленного и сельскохозяйственного производств. В настоящее время подавляющее большинство агропромышленных предприятий работает по принципу сырье (природный ресурс) - продукты - отходы, в них нет завершающей фазы цикла отходы - сырье.

Необходимо, чтобы агропромышленные предприятия работали как природные биогеоценозы. В натурбиогеоценозах отходы одних видов организмов используются другими видами. Природные экосистемы функционируют миллионы лет, и в них загрязнения среды не происходит. Побывав в фазах жизни и смерти, химические элементы продолжают свое вечное движение в биотическом круговороте - необходимом условии длительного, практически вечного существования жизни на Земле.

Научная концепция о безотходной технологии нова. Но практическое ее использование в сельском хозяйстве было еще в глубокой древности. Многовековой опыт показал, что использование навоза - отхода животноводства для удобрения полей, садов и огородов не только целесообразно, но и необходимо. Утилизируясь в почве, навоз поддерживает почвенное плодородие.

Переход животноводства на промышленную основу сопровождается образованием большого скопления навоза. Он загрязняет среду и из блага превращается в зло. Поэтому в разных странах мира разрабатываются методы утилизации навоза и превращения животноводческих комплексов в геотехнические системы, работающие по принципу природных БГЦ («протеиновый конвертер» для откорма крупного рогатого скота и др.). "

Безотходные технологии внедряются и в мясо-молочную промышленность. Так, на Изобильненском мясокомбинате функционирует безотходная технология боенского производства (БП). Отходы БП - это вторичные ресурсы для производства продуктов растениеводства и животноводства в сопредельных хозяйствах. Каныга (содержимое желудочно-кишечного тракта) - эффективное органическое удобрение при выращивании кормовых растений («зеленки»). Из остатков разделки туш (костей и др.) на мясокомбинате готовят мясо-костную муку как составной компонент комбикорма, производимого на комбикормовом заводе.

Комбикорм и «зеленка» - продукты питания животных. Откормленный скот направляют для убоя на БП мясокомбината, и геохимический цикл БП - объекты кормопроизводства и животноводства повторяется. Но это еще не все. Технический жир - отход производства мясо-костной муки - компонент производимого здесь мыла, которое используют в санитарно-гигиенических целях в быту, в прачечных, в больницах и на самом мясокомбинате. Безотходные технологии нашли широкое распространение в промышленности многих стран мира.

Проблем на пути развития и совершенствования безотходной технологии, ее внедрения в промышленность и сельское хозяйство много. Экологические проблемы народного хозяйства могут быть разрешены совместными усилиями специалистов разных профилей.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические аспекты экологических проблем находят отражение в работах ученых и практиков по медицине и ветеринарии. В 1990 г. в Москве состоялся Международный симпозиум по экологическим аспектам фармации. В работе симпозиума участвовали научные работники Российской Федерации, ближнего и дальнего зарубежья. Основная часть докладов была посвящена экологическим проблемам технологии заготовки лекарственного сырья, его хранения, использования для приготовления лечебных препаратов и пищевых добавок, предназначенных для медицины. Речь шла главным образом о препаратах, изготовляемых из растительного сырья, и лишь один доклад был посвящен разработке безотходной технологии переработки поджелудочной железы при производстве инсулина.

Ксожалению, не было симпозиумов (научныхконференций, совещаний, и др.), посвященных обсуждению экологических проблем ветеринарной фармации. Но некоторые работы заслуживают особого внимания. Так, например, имеются материалы об успешном использовании отходов фенольного производства в качестве дезинфицирующего средства при дезинфекции животноводческих комплексов. Установлено, что отходы фенола обладают выраженными антибактериальными, противовирусными и дезинфекционными свойствами. Они могут быть использованы против возбудителей ящура, рожи, паратифов, листериоза, туберкулеза сельскохозяйственных животных.

Препарат апробирован при дезинфекции животноводческих комплексов Республики Марий Эл и Татарстана. Авторы разработок считают, что ими решены одновременно две проблемы: найдены экологичный путь утилизации отходов фенольного производства и очень дешевое дезинфекционное средство для обеззараживания животноводческих помещений, охраны животных от заражения ящуром, бруцеллезом, туберкулезом и другими заразными заболеваниями.

Ряд вопросов, связанных с безотходной технологией производства лекарственных препаратов и экологичным их использованием в ветеринарной практике, был рассмотрен на Всесоюзной научной конференции «Экологические проблемы фармакологии и токсикологии» (1990 г.).

И. М. Адабашев отмечает, что научно-технический прогресс ускорит внедрение безотходных технологий в народное хозяйство. Достижения науки и техники будут способствовать успешному решению глобальной проблемы - переходу биосферы в ноосферу - сферу разума.

Проблемы энергетики и охрана среды от загрязнений. Природные экосистемы функционируют за счет использования солнечной энергии. Преобразование природных экосистем в сельскохозяйственные сопровождалось вложениями дополнительной антропогенной энергии (энергетических дотаций). Антропогенная энергия используется при обработке почв, посеве сельскохозяйственных культур, уборке урожая и т. д. Энергетические вложения в животноводство необходимы для строительства животноводческих помещений, заготовки кормов, их консервирования, оборудования мест водопоя животных, поверхностного и коренного улучшения пастбищ, оборудования загонов для выпаса скота и т. д. Немало энергии затрачивается на производство минеральных удобрений, пестицидов, лечебно-профилактических препаратов, предназначенных для защиты растений и животных от заболеваний, и т. д.

Энергетические вложения в сельскохозяйственное производство непрерывно возрастают.

Доказано, что увеличение затрат дополнительной энергии в сельское хозяйство подчиняется закону снижения энергетической эффективности природопользования. Действие закона снижения энергетической эффективности природопользования в сфере сельского хозяйства имеет далеко идущие негативные последствия. Широкое использование минеральных удобрений, пестицидов, лечебно-профилактических препаратов в ветеринарии, медицине и фитопатологии приводит к загрязнению среды и возникновению ятрогенных болезней животных, растений и людей.

Этиологию ятрогенных болезней растений фитопатологи связывают с негативным влиянием на среду пестицидов (Попкова). Пестициды могут выступать в виде самостоятельного патогена, вызывающего неинфекционное заболевание растений, например токсикоз. В других случаях они негативно влияют на взаимоотношения между растением (макроорганизмом) и возбудителем болезни (микроорганизмом) и тем самым способствуют возникновению эпифитотий инфекционной природы, например мучнистой росы винограда при опрыскивании его цинебом.

Классической формой ятрогенных болезней животных (и людей) являются заболевания, вызванные нерациональным применением лекарств (Забелло). Заболеваемость, связанная с неграмотной деятельностью врачей, и породила термин «ятрогенные болезни» (от греч. jatros - врач, genao - порождаю). «Ятрогенную» патологию можно рассматривать как одну из форм «болезней цивилизации» растений, животных и людей.

Разработка энергосберегающих технологий представляет собой проблему не только экономическую, но и экологическую, санитарно-гигиеническую, врачебную. В энергосбережении большую роль должна сыграть адаптивная система ведения сельского хозяйства (табл. 4). Имеется много других форм сбережения энергии, например своевременный посев сельскохозяйственных культур, соблюдение сроков жатвы и сенокосов, закладки силоса, производства травяной муки, режима кормления и содержания животных на фермах, пастбищах, дойки коров, хранения молока и т. д.

4. Адаптивная система ведения сельского хозяйства (по Миркину и Наумовой, 1996) Животноводство

Растениеводство

Обработка почвы Использование рыхли- Селекция сортов на ус- Селекция пород с повышен- телей вместо плугов тойчивость ным коэффициентом биокон

Применение занятых Размещение и райониро- Сбалансированный рацион паров вание сортов с учетом кормления животных

экологии

Использование седера- Введение смешанных по- Использование растительных ции севов остатков

Введение севооборотов Равномерное размещение ферм

на территории для снижения затрат энергии на транспортировку кормов и навоза

Профилактика энфитотий и энзоотий - метод предупреждения потерь энергии недополученного урожая сельскохозяйственных культур, молока и яиц, мяса, других продуктов животноводства.

Для предупреждения потерь животноводческой продукции объекты животноводства должны быть надежно изолированы от очагов опасных болезней (например, сибирской язвы) и от мест, загрязненных пестицидами и радионуклидами.

Животноводческие объекты необходимо размещать так, чтобы животные не делали продолжительных изнурительных переходов, требующих больших энергетических затрат. Животноводу ческие помещения должны быть хорошо утеплены, чтобы в холодное время года животные не затрачивали много энергии на обогрев своего тела (на поддержание температурного гомеостаза организма).

Основной носитель энергии в народном хозяйстве - органическое и минеральное топливо (каменный уголь и др.). Теплоэнергетика - опасный загрязнитель природной среды. Поэтому экологи обращают внимание на необходимость разработки и широкого использования в народном хозяйстве экологически чистых источников энергии. К экологически чистым, альтернативным источникам энергии относятся силы гравитации, лучи Солнца, движение ветра, тепло геотермальных вод.

Энергию гравитационных сил широко используют в гидроэлектростанциях. Механическая энергия вращения гидротурбин превращается в электрическую, которая затем потребляется в разных сферах народного хозяйства. Гидроузлы позволяют комплексно решать задачи производства электроэнергии, обеспечения предприятий водой, развития орошаемого земледелия. Недостаток ГЭС на равнинных реках - затопление лугов и пастбищ, полей, лесов.

Можно использовать энергию движения воды при приливах и отливах. Приливно-отливные силы используют для производства энергии на электростанции возле Мурманска. В последние годы все больше внимания обращают на геотермальную энергию. В Ирландии горячую подземную воду потребляют для подогрева огромных территорий теплиц. Экспериментальная геотермальная электростанция создана в России, на Камчатке.

Энергия ветра издавна использовалась человеком. В России было много ветряных мельниц. В некоторых государствах «ветряки» широко применяют и сейчас. В. Н. Гурницкий считает целесообразным создание ветроэлектростанций (ВЭС) в Армавирском (Невинномысском) ветровом коридоре Ставрополья. Здесь среднегодовая скорость ветра достигает 10- 12 м/с. В Ставропольской ГСХА разработаны установки ВЭС мощностью 50 кВт. Исследования показали, что годовые издержки на обслуживание таких ВЭС не превысят 5-10 % стоимости произведенной за год электроэнергии. Использование ВЭС позволило бы получить энергии в 7-8 раз больше, чем от всех вместе взятых современных электростанций Ставрополья.

Солнечная энергия пока еще потребляется недостаточно. Разрабатываются методы ее использования для производства электроэнергии, например в НПО «Солнце». "

Расширение масштабов рационального использования альтернативных источников экологически чистой энергии может сыграть существенную роль в развитии сельского хозяйства и производстве полноценной сельскохозяйственной продукции. 7.6.

Страница 22 из 45

Восстановление земель после техногенных нарушений.

Основное мероприятие по восстановлению земель после техногенных нарушений – их рекультивация – комплекс работ, проводимых с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земельных участков в состояние безопасности.

Нарушение территории происходит в основном при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, а также в процессе строительства. В таком случае земли теряют первоначальную ценность и отрицательно влияют на окружающую природную среду.

Объекты рекультивации: карьерные выемки, провальные воронки, терриконы, отвалы и другие карьерно-отвальные комплексы; земли, нарушенные при строительных работах, а также в результате загрязнения их жидкими и газообразными отходами (нефтезагрязненные земли, газогенные пустыни и др.); территории полигонов твердых отходов.

Рекультивацию (восстановление) осуществляют последовательно, поэтапно. Различают техническую, биологическую и строительную рекультивации.

Техническая рекультивация – предварительная подготовка нарушенных территорий для различных видов использования. В состав работ входят: планировка поверхности, снятие, транспортировка и нанесение плодородных почв на рекультивируемые земли, формирование откосов выемок, подготовка участков для освоения и т.п.

На данном этапе рекультивации засыпают карьерные, строительные и другие выемки, в глубоких карьерах устраивают водоемы, полностью или частично разбирают терриконы, отвалы, закладывают “пустыми” породами выработанные подземные пространства. После завершения процесса осадки поверхность земли выравнивают.

Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность нарушенных земель, формируют зеленый ландшафт, создают условия для обитания животных, растений, микроорганизмов, укрепляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветровой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и т. д. Работы по биологической рекультивации ведут на основе знания развития сукцессионных процессов.

При благоприятных условиях рекультивацию нарушенных земель осуществляют не по всем этапам, а выбирают какое-либо одно преимущественное направление: водохозяйственное, рекреационное и др. (см. табл.1). Например, на территориях, подверженных воздействию газодымовых выбросов от промышленных предприятий, рекомендуется санитарно-гигиеническое направление рекультивации с использованием газоустойчивых растений.

Таблица 1 Использование рекультивированных земель в зависимости от направления рекультивации

Очень сложно рекультивировать земли, загрязненные нефтью, так как они имеют обедненную биоту и содержат канцерогенные углеводороды типа бенз(а)пирена. Здесь необходимы рыхление и аэрация почвы, использование бактерий, потребляющих нефть, посев специально подобранных трав и др.

При необходимости выполняют также строительный этап рекультивации, в ходе которого на подготовленных территориях возводят здания, сооружения и другие объекты.

Работы по рекультивации нарушенных территорий проходят в соответствии с нормативно-инструктивными материалами и ГОСТ. Например, действует ГОСТ 17.5.3.04-83. “Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель”.

Сегодня уже нельзя ограничиться только восстановлением нарушенного массива, плодородия земель, созданием растительного покрова, а важно восстанавливать и все другие компоненты природной среды. Необходима комплексная рекультивация, а точнее рекультивация природной среды.

Биологическая рекультивацияпроводится после технической для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность нарушенных земель, формируют зеленый ландшафт, создают условия для обитания животных, растений, микроорганизмов, укрепляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветровой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и т. д. Работы по биологической рекультивации ведут на основе знания развития сукцессионных процессов.

Таблица 1 Использование рекультивированных земель в зависимости от направления рекультивации

Восстановление земель, нарушенных оврагом

Интенсивные работы по рекультивации земель в странах бывшего СССР начались в 60-х годах прошлого века. Первоначально рекультивация развивалась как составная часть мелиорации земель и была направлена на восстановление продуктивности нарушенных земель в результате открытого и отчасти закрытого способа добычи ископаемых. Нарушенные земли делились на две группы. Первая - земли с насыпанным грунтом (промышленные отходы, отвалы подземных горных разработок). Вторая - земли, разрушенные в результате добычи ископаемых открытым способом (карьеры, отвалы при открытых работах, провалы на месте разработок). Основная часть разрушенных земель приходилась на выработки полезных ископаемых открытым способом.

Эта проблема возникла из-за того, что, исторически, водоприемниками дренажно-сбросного стока с орошаемых территорий в долинах рек, как правило, служат сами источники. На естественный сток рек бассейна и их гидрохимический режим влияют отборы воды на орошение и притоки возвратных вод. Рост водозаборов из рек в ирригационные каналы и потери в руслах вызывают количественное уменьшение стока, а сбросы коллекторно-дренажных вод ухудшают его естественный режим и качество. Эти нарушения в режиме регулирования стока источников и антропогенное загрязнение их вызывают серьёзные затруднения в орошаемом земледелии. В обозримом будущем разрешить эту проблему до конца не представляется возможным, поэтому использование вод повышенной минерализации в местах их формирования является вынужденным. На территориях с дефицитом оросительной воды хорошего качества (в маловодные годы практически повсеместно) на полив в вегетационный период используют дренажно-сбросные воды с минерализацией до 3 -5 г/л и более.

В соответствии с естественным распространением площадей, имеющих большие запасы солей, возрастает и распространение засоленных орошаемых земель от верховьев к низовьям рек. Наукой доказано, что уровни грунтовых вод, их минерализация и запасы солей в подстилающих почву горизонтах - это главные факторы распространения засоленности в условиях орошения. Уровень и минерализация грунтовых вод - показатели дренированности территорий: обеспеченности оттока грунтовых вод, формируемых неизбежно теряемыми водами при поверхностном орошении.

Орошение полей оказывает решающее влияние на перенос солей в почвах. Оросительная вода является и мощным источником солей для почвы, поскольку около 80% её расходуется на испарение, а соли остаются в почве и, одновременно, "транспортёром" их в глубокие подпочвенные слои при регулярном и своевременном проведении поливов. От того, как ведется орошение, насколько оно восполняет природный дефицит влаги почвенного слоя, а не бесполезно, минуя поверхность поля, питает грунтовые воды потерями, зависит хозяйственное благополучие орошаемых земель и экологическое состояние орошаемых территорий.

Недостаточное орошение локального участка всегда приводит к засолению его за счет притока подземных вод со смежных, хорошо орошаемых территорий.

Классическое описание транспорта солей от гор к водоёмам конечного стока в естественных условиях под интенсивным воздействием орошения и дренажа, резко изменяется, как на локальном, так и региональном уровне. Орошение существенно интенсифицирует течение природных процессов в почвах. В условиях искусственного орошения засолённость почв и направленность процессов засоления зависит в основном от хозяйственной деятельности, поскольку орошаемое земледелие коренным образом меняет гидрологический режим почв и гидрогеологические процессы на орошаемых территориях. Это проявляется в том, что:

оросительные каналы мелиоративных систем создают источники сосредоточенного поступления потерь воды в грунтовые воды;

не совершенная техника полива не в состоянии равномерно распределять воду по полям, потери воды на полях приурочены к начальным (глубинный сброс) и концевым (поверхностный сброс) участкам борозд;

дренаж должен не только поддерживать баланс солей почвы и подстилающих горизонтов, но и отводить все непроизводительные потери воды (на 80% обратно в водоисточники!).

Вне зависимости от сухости климата, процесс накопления солей в почве определяется направленностью превалирующих, в количественном отношении, потоков влаги через почвенный слой за длительный период времени, поскольку соли передвигаются в почве практически только с водой. Для формирования водно-солевого режима почвы становится очень важно, каким путём и как вода попадает в неё. Тем не менее, в настоящее время в реальной существующей ситуации сезонное засоление орошаемых земель почти повсеместно происходит не столько за счет качества оросительных, сколько за счет подтягивания солей, растворенных в грунтовой воде, происходящего в результате нарушения поливного режима. При испарении в корнеобитаемую зону из грунтовых вод зачастую привносится больше солей, чем при поливах даже минерализованной водой.

Развитию современных взглядов на методы мелиорации засолённых почв способствовало бурное развитие орошаемого земледелия с середине прошлого столетия. Столкнувшись с проблемами возникновения "вторичного" засоления земель по большей части исходно засолённых или подверженных засолению, вызванными несовершенством применяемых способов полива и слабой дренированности территорий в начале массового освоения новых земель, учёные и инженеры начали искать способы выхода из создавшегося положения.

Основной руководящей идеей тогда была принята "коренная мелиорация" их путем глубокого и, как представлялось тогда, необратимого рассоления на большую глубину методом "форсированных" промывок на фоне искусственного дренажа, где необходимо, усиленного временным, с последующим применением "промывного" режима орошения.

Метод промывок затоплением был заимствован из прошлого опыта земледельцев и механически перенесён в новые условия, совершенно отличные по водообеспеченности, степени использования земельного фонда и, самое существенное, по гидрогеологическим условиям.

Сами по себе эти идеи были достаточно разумны, но их осуществление несовершенными методами водораспределения на полях привели, как теперь видно, к катастрофическим последствиям.

Дело в том, что были упущены и не решены две основные, самые сложные и дорогостоящие проблемы - техники полива и отвода солей.

Первая проблема связана с тем, что равномерность и строгое нормирование оросительной воды с помощью совершенных средств полива дорого стоит.

Вторая проблема - нерешенные на глобальном уровне - вопросы отвода дренажно-сбросных вод. Сброс этих вод, как говорилось выше, попадает, по большей части (80%), обратно в водоисточники, что превращает идею промывного режима орошения почвы в абсурд, поскольку соли отводимые дорогостоящим дренажем с одних массивов, стали источником соленакопления на других.

Эти две проблемы в настоящее время являются ключевыми в мелиорации засолённых земель.

Солеустойчивость растений зависит от вида и фазы развития растений, свойств почв и подстилающих грунтов, количества влаги в почве, типов засоления и др. Для каждого вида и даже сорта растений характерна потребность в почвенной влаге, определяемая как внешними факторами (климатом, свойствами почв и степенью их засоления), та к и свойствами самого растения, его засухоустойчивостью и солеустойчивостью. Эта потребность ещё и меняется в различные фазы развития растения. Как правило, она бывает максимальной в репродуктивные фазы его развития.

По материалам многочисленных натурных съемок и массовых обследований хозяйств, расположенных на засоленных почвах, установлено снижение урожайности сельскохозяйственных культур ориентировочно составляет:

при слабом засолении - от нуля до 33 %,

при среднем - 50 %;

при сильном засолении - от 67 до 83 %;

при очень сильном засолении потери урожая практически равны 100 %

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что процесс освоения засоленных земель очень трудоемкий и занимает длительный период. Длительность и успех освоения зависит от многих природных и хозяйственных факторов: степени, профиля и химизма засоления почв и подстилающих грунтов, гидрогеологических и почвенно-мелиоративных условий, норм и режимов промывки, эксплуатационного режима орошения и агротехники.

Расчет параметров и технология строительства водоотводящего вала

Овраг - это современное эрозионное образование, сформировавшееся в результате размыва и переноса почвогрунтов весенними или талыми водами. У каждого оврага выделяют вершину, отвершки, дно, устье, конус выноса, откосы и бровку.

Сначала определим расстояние от водоотвала до вершины оврага:

где, lВ - расстояние от водоотвала до вершины оврага, м;

Н - высота вершинного перепада, м;

К - коэффициент откоса грунтов, м (для суглинков - 1,4).

Lm= 3x4,5x1,4 = 19 м.

Рассчитаем требуемую площадь живого сечения (, м2) потока воды:

где Q - максимальный расход талых вод заданной обеспеченности, м3/с

Поперечное сечение канавы принимают треугольной формы и рассчитывают ее глубину, м:

где, - глубина воды в канаве, м; - площадь живого сечения потока, м2, - заложение откосов канавы, которое принимается от 2 до 3.

Строительная глубина канавы определяется по формуле:

где, Z запас, составляет 0,2-0,3 м.

1,32 + 0,2 = 1,52 м.

Рассчитываем гидравлический радиус:

Определяем коэффициент Шези

Рассчитываем допустимый уклон:

где, - допустимый уклон вала, - неразмывающая скорость воды, м/с, С - коэффициент Шези

Высоту вала принимают равной строительной глубине водоотводящей канавы, ширину вала по гребню = 2,5 м.

Технология строительства водоотводящего вала

Расчет объема земляных работ при строительстве водоотводящего вала.

Объем земляных работ на 1 м вала, м3.:

Ширина гребня вала, м

Строительная высота вала, м

Заложение мокрого и сухого откосов оврага

Длина водоотводящего вала равна длине оврага = 330 м.

Определяем общий объем земляных работ по строительству вала, м3:

где - длина вала, м

Объем земляных работ по срезке плодородного слоя почвы в зоне строительства вала и канавы:

Ширина зоны строительства вала, м, определяется как сумма ширины основания вала и ширины канавы.

Глубина срезки плодородного слоя почвы, м.

Площадь планировки профиля вала Sв, (м2) рассчитывается:

Площадь планировки профиля канавы (треугольного сечения) Sк (м)2:

Общая площадь планировки So, м2:

После проведения расчетов по определению объемов работ составляется локальная смета на строительство водоотводящего вала и канавы (табл. 1).

Таблица 1

Локальная смета на выполнение работ при возведении водоотводящего вала

		Количество	Стои-мость единицы, руб.	Общая стои-мость, руб.
на единицу
СНиП IV-5-82, I-281	Рыхление грунта в основании вала и канавы на глубину 20 см, длина гона 200 м, 100 м3
СНиП IV-5-82, I-233	Срезка растительного грунта с поверхности карьера бульдозером с перемещением на 50 м, 1000 м3
СНиП IV-5-82, I-233	Разработка грунта бульдозером с укладкой его в тело вала, 1000 м3
СНиП IV-5-82, I-537	Разравнивание грунта в теле вала бульдозером с перемещением до 10 м, 1000 м3
СНиП IV-5-82, I-1150	Уплотнение грунта в основании вала катком, 100 м3
СНиП IV-5-82, I-1186	Увлажнение грунта в основании вала, м3
СНиП IV-5-82, I-213	Разработка растительного грунта во временном отвале и перемещение его на вал, 1000 м3
СНиП IV-5-82, I-1144	Планировка грунта на откосах и гребня вала, 100 м2
СНиП IV-5-82, I-1205
Итого прямых затрат

Вывод: При выполнении работ при возделывании водоотводящего вала общая стоимость составит 790,62 руб., а затраты труда рабочих 556,49 руб.

Выполаживание оврагов

Ширина полосы среза грунта bсреза, м:

где, tg б- уклон откосов оврага до выполаживания, в градусах;

tgг - проектный уклон выполаживания, в градусах;

Глубина насыпного слоя hн, м:

Максимальная глубина срезаемого слоя грунта hсреза, м:

11 * 0,09 = 1 м.

Объем работ по снятию плодородного слоя почвы Wп, м3:

где, L - длина оврага, м

hп - глубина плодородного слоя почвы, м (0,3 м).

2 * 11 * 330 * 0,3 = 2178 м.3

Объем земляных работ при выполаживании участка оврага Vi, м3:

где, B - ширина рабочего участка оврага, м;

Li - длина рабочего участка оврага, м.

Площадь планировки рабочего участка выполаживания оврага S м2:

Таблица 2

Локальная смета на выполнение земляных работ при выполаживании оврага

Шифр и номер позиции норматива	Наименование работ и затрат, единица измерения	Количество	Стоимость единицы, руб.	Общая стоимость, руб.	Затраты труда рабочих, чел.-ч.
на единицу
СНиП IV-5-82, I-233	Срезка растительного грунта бульдозером с перемещением на 50 м, 1000 м3
СниП IV-5-82, I-233	Разработка грунта бульдозером с перемещением в овраг, 1000 м3
СниП IV-5-82, I-537	Разравнивание грунта бульдозером в овраге с перемещением до 10 м, 1000 м3
СниП IV-5-82, I-1150	Уплотнение насыпного грунта в овраге катком, 100 м3
СниП IV-5-82, I-1144	Планировка грунта на засыпанном овраге, 100 м2
СниП IV-5-82, I-1205	Укрепление поверхности вала посевом многолетних трав, 100 м2

Вывод: на выполнение земляных работ при выполаживании оврага общая стоимость работ составит 2264,25 руб., а затраты труда рабочих всего 14795,533 руб.

Мелиорация вторичного засоленных земель

При мелиорации солончаков необходимо решить две проблемы: поддержание грунтовых вод на уровне, не допускающем вторичного засоления, и удаление уже накопившихся в почве солей. Первая решается с помощью создания дренажной системы, вторая -- с помощью различных приёмов, целесообразность применения каждого из которых зависит от свойств солончака.

При слабом и неглубоком засолении, ограниченным приповерхностным слоем почвы, допускается запашка солей, равномерно распределяющая их по пахотному горизонту. При этом необходимо чтобы полученные концентрации солей были ниже препятствующих росту культурных растений. При наличии поверхностной солевой корки её необходимо механически удалить в первую очередь. На почвах тяжёлого гранулометрического состава проводятся поверхностные промывки -- многократное затопление участка, растворение солей в промывных водах и их сброс. На слабозасолённых автоморфных почвах возможно вмывание солей в нижние горизонты, однако исключить возможность вторичного засоления можно только при сквозной промывке -- вымывание солей из всей почвенной толщи в грунтовый поток и его удаление с помощью дренажа.

После мелиоративных работ на солончаке могут выращиваться некоторые культурные растения, возделываемые в данном регионе.

Total: 0
Вконтакте0
Google+0
ОК0
Facebook0