В. И. Желязко, Т. Д. Лагун мелиорация, рекультивация и охрана земель



страница13/19
Дата13.05.2018
Размер4.22 Mb.
#18115
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   19

5.5. Рекультивация подземных структур
При откачке подземных вод, нефти и газа, а также при подземной добыче полезных ископаемых в породах образуются пустоты, заполненные воздухом. После откачки воды, нефти и газа в их вмещающих породах падает внутрипластовое давление, происходит фильтрационная деформация пород и сдвиг их вниз, вызывающие оседание поверхности, в результате чего образуются трещины и провалы, изменяются формы рельефа, увеличивается заболоченность поверхности земли. Тот же процесс происходит при добыче полезных ископаемых (каменный уголь, руды, соль и др.) подземным способом.

Глубина депрессионных воронок с пониженными уровнями подземных вод при их откачке достигает 50 м (Москва, Санкт-Петербург) и более 100 м (Лондон), диаметр воронок вокруг кустов водозаборных скважин – несколько десятков километров. В Калифор-нии (США) при использовании подземных вод на орошение наблюда-лась глубина воронки 150 м.

Поверхность земли постепенно в зависимости от размеров депрессионных воронок оседает от нескольких сантиметров до 7–7,6 м.

Например, в городах Мехико, Лонг Бич в США площади образующихся мульд в рельефе измеряются сотнями квадратных километров, в районе Токио – до 300, в районе Лондона – 1800, в долине Сан-Хаокин (Калифорния, США) – 3500 км2.

Крупные просадки земли отмечены в районе разработки КМА (Белгородская и Курская области), в Солигорске при добыче калийной соли (Беларусь) и в других районах.

При рекультивации таких земель должны выполняться следующие требования:

– обеспечение сохранности или сведение к минимуму деформации земной поверхности;

– снятие плодородного слоя с земельных участков, пред-назначенных для размещения шахтных отвалов и подверженных деформации;

– планировка поверхности прогибов, заполнение провалов горной породой с последующей планировкой и нанесением плодородного слоя почвы;

– проведение мероприятий по предотвращению заболачивания и развития эрозионных процессов;

– размещение и формирование вновь создаваемых шахтных отвалов с учетом их последующей рекультивации;

– террасирование или выполаживаниесклонов при подготовке шахтных отвалов для биологической рекультивации и др.

Рекультивация подземных структур осуществляется для их дальнейшего использования в народном хозяйстве, например, в качестве хранилищ запасов газа и нефти, консервации загрязненных твердых и жидких отходов и т. п. Подземные выработки Солигорского калийного комбината частично используютя в медицинских целях для восстановления органов дыхания.

По прогнозам, к 2050 г. 2/3 населения Земли будет жить в городах. Из-за наличия охраняемых государством территорий и других факторов по мере перенаселенности многие мегаполисы уже не могут расти вверх и вширь, поэтому архитекторы все чаще начинают осваивать подземное пространство под городами.

В г. Кубер-Педи (Австралия), который известен как мировая столица опалов, добываемых шахтным методом, в вырезанных в скальной породе подземных домах проживает 80 % местного населения. Кубер-Педи – неприветливое место. Температура воздуха здесь может достигать +50 oС. Сто лет тому назад шахтеры пришли к выводу, что под землей значительно прохладнее. Так появился подземный город.

Сингапур – один из самых густонаселенных мегаполисов планеты. Население почти в 5,5 млн. человек ютится на территории в 71 тыс. га (710 км2). Нехватка земли – основная причина освоения подземных недр. До сих пор Сингапур расширял свою территорию за счет намыва песка при углублении морского дна, но такая технология исчерпала себя. Море становится все глубже, территория города-государства вплотную приближается к государственным границам. Правительство Сингапура рассматривает планы строительства подземного научного города площадью 300 тыс. км2 на глцбине от 30 до 80 м.

Низкий температурный фактор загоняет людей в грунт в столице

Финляндии – Хельсинки. В городе уже создано 9 млн. м3 подземных сооружений, включая магазины, беговую дорожку, хоккейную арену и бассейн.

В 35 км от Шанхая (Китай) строится отель на 300 номеров в заброшенном скальном карьере глубиной 90 м, хотя изначально многие полагали, что из этой затеи ничего не выйдет. Таким образом, строительство подземных жилых пространств технически возможно и нет причины, по которой люди не могут жить под землей.

Однако человеческий разум предрасположен к тому, чтобы испытывать страх оказаться под землей в замкнутом пространстве и с опасностью быть погребенными заживо. С этими страхами можно бороться, однако современная подземная урбанизация в большигстве своем предусматривает не подземные жилища, а многоцелевые пространства, которые будут заняты торговыми центрами и транспортными магистралями. Таким образом н поверхности земли освободится место для постройки нового жилья, создания зеленых зон и развлекательных центров.


5.6. Восстановление плодородия почв

сельскохозяйственных угодий, подвергающихся уплотнению
Современные интенсивные технологии возделывания сельско-хозяйственных культур обеспечиваются за счет многократного прохо-да по поверхности почвы тракторов, сеялок, комбайнов, автомашин, почвообрабатывающих машин и другой техники. Подобные техноло-гии нарушают почвенную структуру, снижают пористость, водо- и воздухопроницаемость и, как следствие, оказывают существенное влияние на водный, пищевой, воздушный, тепловой и микробио-логический режимы почвы. В конечном итоге снижаются плодородие почвы и продуктивность возделываемых культур.

Со временем строение корнеобитаемого слоя почвы на сельско-хозяйственных землях длительного использования меняется в сторону ухудшения. В структуре почвенного профиля наблюдаются такие необратимые процессы, как уплотнение, снижение водопроницае-мости, влагоемкости и аэрации почв, уменьшение гумусового горизонта и в конечном итоге снижение их продуктивности. В настоящее время практически на всех типах почв глинистого и суглинистого гранулометрического состава преобладают значения плотностей 1420–1590 кг/м3 (среднее значение 1525 кг/м3), что свидетельствует о повсеместном уплотнении почв сельскохозяй-ственных угодий. Избыточная плотность (более 1400 кг/м3) становится лимитирующим фактором не только для развития растений, но и снижает эффективность использования удобрений и оросительной воды.

Изменения плотности почвы и ее деградация в результате антропогенного и природного воздействия свидетельствуют о том, что в сельскохозяйственном производстве предотвращение процессов уплотнения является важной экологической проблемой, решение которой в значительной степени зависит от технических решений, обеспечивающих более полное использование приходящей солнечной энергии.

Процессы уплотнения почв характеризуются тремя группами факторов – физическими, химическими и биологическими.



Физические факторы включают механические нарушения или вызванные другими процессами ухудшения структурно-агрегатного состава, сложения почв, морфогенетического или гидрофизического строения почвогрунта, гидрологического режима почвенного покрова. Физическая деградация почв оценивается по изменению суммарной мощности их гумусово-аккумулятивного горизонта, плотности сложения, структурно-агрегатного состава, водопроницаемости и уровня залегания грунтовых вод.

К химическим факторам деградации почв относятся: уменьшение запасов органического вещества и питательных элементов, негативные изменения химических (физико-химических, геохимических) режимов почв, засоление, осолонцевание и загрязнение земель. Химическая деградация почв определяется по снижению запасов в верхней части почвенного профиля или в пахотном горизонте почвы гумуса и основных элементов питания растений, а также по негативным изменениям основных диагностических показателей процессов подкисления, ощелачивания.



Биологические факторы объединяют вегетативные изменения численности видового состава и биомассы микроорганизмов и возделываемых культур, оказывающие отрицательное влияние на основные биохимические процессы и режимы почв, которые обеспечивают устойчивое использование сельскохозяйственных земель определенного назначения.

На сельскохозяйственных угодьях уплотнение почвы происходит как в результате ее генезиса (генетическое уплотнение), так и в результате обработки почвы с применением сельскохозяйственной техники (антропогенное уплотнение).

Уплотняющие деформации в результате воздействия сельскохо-зяйственной техники зависят от влажности почвы, ее плотности (чем рыхлее почва, тем сильнее она уплотняется), а также от марки трактора, типа его ходовой системы и кратности воздействия. Глубины деформации варьируют в основном от 0,2–0,3 до 0,5–0,6 м.

Увеличение плотности почвы сопровождается ухудшением экологических условий и снижением эффективности мелиоративных мероприятий. Без внесения корректировок в технологический процесс производства продукции и воспроизводства почвенного плодородия на таких землях создаются предпосылки к возникновению условий неустойчивого функционирования агроландшафта.

Проблема уплотнения почвы отражается не только на ухудшении экологических условий, на снижении эффективности технологических процессов, но и на экономике, так как изменение водно-физических и агрохимических свойств почвы под влиянием уплотнения сопровождается снижением продуктивности посевов. Поддержание агроландшафта в устойчивом состоянии требует изменения тех-нологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур, которые становятся более затратными, определяя рост себестоимости получаемой продукции и экономику производства в целом.

Для восстановления плодородия деградированных уплотненных почв разработана структурная схема комплексных мелиораций таких земель. В этой схеме рассмотрен комплекс мероприятий, включающий физическую, химическую и биологическую мелиорации.



Биологические мелиорации почв базируются на принципах адаптации к природным процессам и используют симбиоз микробиологических процессов и физиологических свойств самих растений. В качестве биологического мелиоранта используются бобовые культуры, формирующие большую массу корней и обеспечивающие накопление атмосферного азота в почве с помощью клубеньковых бактерий.

Химическая мелиорация является основным элементом интенсивных систем земледелия и направлена на компенсацию недостающих элементов минерального питания растений.

Реализация физических мелиораций связана с углублением корнеобитаемого слоя почвы как мероприятия, направленного на повышение эффективности использования биопотенциала сельскохозяйственных культур, формирующегося при свободном развитии корневой системы растения, а ее параметры (мощность) определяются оттоком ассимилянта в корни.

В зависимости от природно-хозяйственных условий возможно применение различных способов глубокого рыхления – сплошного, полосового и перекрестного (полосового по квадратам). Наиболее распространенным и эффективным приемом для улучшения структуры пахотного слоя является сплошное рыхление. Чем меньше расстояние между разрыхленными полосами, тем интенсивнее происходит разрыхление подпочвенного горизонта и больше эффект от глубокого рыхления.

Для проведения глубокого рыхления почв используются несколько типов рыхлителей с пассивными, активными и комбинированными ра-бочими органами. Особое место в этом ряду рабочих органов занима-ют объемные рыхлители специальных конструкций – РГ-0,5 (рис. 5.6) и РГ-0,8, которые предназначены для сплошного и полосового рыхления почвогрунтов на глубину, соответственно до 0,5 и 0,8 м.


фото 2
Рис. 5.6. Трехстоечный рыхлитель РГ-0,5

В отличие от других рыхлителей они не оставляют в разрыхленной почве открытых вертикальных щелей, кроме того, их конструкция позволяет вносить в разрыхленный слой мелиоранты (рис. 5.7, 5.8). Рыхление позволяет сократить сроки осушения почв и улучшить работу дренажа.


рыхлитель2
Рис. 5.7. Устройство для глубокого объемного разуплотнения почвы

и внесения животноводческих стоков и жидких мелиорантов (РГ-0,5М)


рыхлитель1

Рис. 5.8. Движение автоматизированного комплекса

внутрипочвенного внесения животноводческих стоков
Однако, как показала практика, длительное сохранение эффекта глубокого рыхления возможно лишь в том случае, если вновь созданная структура почвы стабилизируется соответствующими агромелиоративными мероприятиями. Решающую роль играют мероприятия, проводимые сразу после рыхления почвы, так как вновь образованная структура наиболее неустойчива.

Существуют две возможности стабилизации структуры. Это закрепление ее путем внесения в разрыхленный слой почвы коагулирующих минеральных агрохимикатов и веществ (известь или гипс) или стабилизация путем обогащения разрыхленного слоя почвы органикой, в форме жидкого навоза, с последующим направленным формированием корневых систем растений. Второй подход в наибольшей степени отвечает требованиям экологии, а также современным подходам биологизации систем земледелия и их адаптивно-ландшафтной направленности. Вместе с тем при наличии химмелиорантов комплексные мероприятия обеспечивают более устойчивое сохранение рыхлой структуры в почвенном профиле.

При применении химмелиорантов с глубоким рыхлением наибольшее оструктуривающее воздействие на почву производят клевер, люцерна, кострец безостый, рапс озимый и яровой, сурепица, подсолнечник, люпин.
Вопросы для самоконтроля
1. В чем заключается сущность рекультивация выработанных торфяников?

2. Как классифицируются вскрышные породы по пригодности проведения биологической рекультивации без предварительного землевания?

3. Что относится к линейным сооружениям?

4. Назовите перспективные способы применения вторичной переработки отходов.

5. Какие существуют приемы использования подземных структур?
6. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
6.1. Принципы рекультивации загрязненных земель
Загрязнение по своей сущности, будет ли оно природным или антропогенным, – это привнесение (внедрение) различных веществ в абиотические и биотические компоненты геосистемы, обуслов-ливающих негативные токсико-экологические последствия для биоты.

Геосистемы становятся загрязненными, когда накопление в них загрязняющих веществ, а также формы их нахождения приводят к следуюдующим последствиям:

– нарушению газовых, концентрационных, окислительно-восстано-вительных функций биоты, вызывающих утрату ее геохимического самоочищения;

– изменению биохимического состава продукции биоты, вызывающему нарушение жизненных функций цепей в данной геосистеме и за ее пределами при отчуждении биологической продук-ции;

– снижению биологической продуктивности геосистемы;

– разрушению генофонда, необходимого для ее существования;

– гибели биоты.

Природные процессы также могут вызывать загрязнения, но часто это результат деятельности человека.

Антропогенное загрязнение почв разделяется на:

– коммунальное;

– сельскохозяйственное;

– промышленное;

– военное.

Коммунальное загрязнение связано с функционированием населенных пунктов, при котором в природную среду сбрасывают продукты жизнедеятельности людей в местах их поселения: сточные воды, бытовые отходы, мусор и т. п.

Сельскохозяйственное загрязнение возникает на больших территориях как последствие применения средств борьбы с болезнями и вредителями культурных растений, с сорной растительностью (пестициды, инсектициды, гербициды), при внесении повышенных доз минеральных и органических удобрений.

Сюда же можно отнести загрязнения, полученные при использовании сточных вод, в том числе и промышленных, с целью удобрения и увлажнения, а также при использовании для орошения вод с повышенной минерализацией.



Промышленное загрязнение почвы возникает воздушным путем через атмосферу, с дождем или снегом, парами, аэрозолями, пылью или растворенными тяжелыми металлами и органическими соеди-нениями.

Локальное загрязнение возникает в местах хранения отвалов, отходов, при авариях и т. п.



Военное загрязнение возникает при ведении боевых действий, маневров, испытании боевой техники.

Объектами загрязнения могут быть все компоненты геосистемы: приземные слои воздуха, поверхностные и подземные воды, но основное внимание нужно уделять загрязнению почв по следующим причинам:

– почва, являясь, по определению В. В. Докучаева, наружной оболочкой суши, в первую очередь воспринимает удар от многих загрязнителей, аккумулирует большой объем загрязняющих веществ;

– загрязненная почва, будучи средой обитания сельскохо-зяйственных растений, предопределяет возможность нарушения их жизнедеятельности, загрязнение продукции и другие связанные с этим последствия;

– почва как активно действующее органоминеральное тело способна значительно трансформировать загрязняющие вещества, связывать их в неподвижные формы и даже разрушать;

– почва, трансформируя потоки влаги и содержащиеся в ней вещества, регулирует в известных пределах загрязнение подсти-лающих горных пород, подземных и связанных с ними поверхностных вод, т. е. выполняет природоохранную и восстановительную функции.

В качестве основных мероприятий по рекультивации загрязненных земель следует рассматривать те, которые обеспечивают условия самоочищения почвы как за счет развития существующих почвенных процессов, так и за счет инженерно-экологического обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов, внесенных в почву для деструкции токсичных веществ.

Процесс самоочищения почвы идет нелинейно, т. е. со временем затухает (нелинейность природных процессов – одно из свойств геоси-стемы), поскольку деструкция загрязняющих веществ определяется ростом и отмиранием бактерий, функционирующих в условиях умень-шения объема питательной среды.

Особенность подготовительного периода рекультивации загрязненных земель – проведение исследований по установлению источников и причин загрязнения, выполнение мероприятий по снижению выбросов, локализации или ликвидации источника загрязнения.

Существенный опыт по рекультивации загрязненных земель радионуклидами накоплен в зонах радионуклидного загрязнения вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.

Интенсивно ведутся поиски способов и для рекультивации земель, загрязненных другими токсичными веществами.

Однако до сих пор остается открытым вопрос о своевременности проведения рекультивации, а точнее – о значимом нормативном уров-не загрязнения, при котором необходимо начинать эту работу.

Имеющиеся нормативные документы не согласуются друг с другом и даже противоречивы.

В то же время отсутствие обоснованных нормативных документов по оценке загрязненности земель не должно быть преградой для проведения рекультивации как одного из способов природо-обустройства, обеспечивающего требуемое качество жизни населения, получения качественной сельскохозяйственной продукции и поддержания устойчивости геосистем.

Для оценки загрязненности почв в качестве критериев используют соотношение содержания химического вещества с его предельно допустимым (ПДК) или фоновым значением в почве и суммарный показатель химического загрязнителя.

Содержание загрязнителя при каждом уровне загрязнения почв завизависит от токсичности вещества.

При загрязнении кадмием при рН суглинистой и глинистой почвы более 5,5 допустимый уровень менее 2, низкий – 2–3, средний – 3–5, высокий – 5–10, очень высокий – более 10 мг/кг; цинком при тех же почвенных условиях: допустимый уровень – менее 220, низкий – 220–450, средний – 450–900, высокий – 900–1800, очень высокий – более 1800 мг/кг.

Загрязненные почвы следует рекультивировать при низком уровне их загрязнения, когда начинает проявляться токсикологическое подавление биоты.

Для среднего и высокого уровней загрязнения, граничащих с чрезвычайной экологической ситуацией, набор методов и способов рекультивации одинаков, различия заключаются лишь в объемах и продолжительности работ.

При очень высоком уровне загрязнения, соответствующем угрозе разрушения функционирования геосистем, требуются методы и способы сдерживания и ограничения деградации иерархической структуры геосистем, создаются условия для восстановления утраченных природных объектов и их связей.

Поэтому загрязнение почв для целей рекультивации оценивают по трем уровням:

а) 1-й – низкий уровень (относительно удовлетворительная ситуа-ция);

б) 2-й – средний и высокий (чрезвычайная экологическая ситуа-ция);

в)  3-й – очень высокий (экологическое бедствие).

Каждому уровню загрязнения почв соответствует уровень рекультивации, опирающийся на систему мер предыдущего уровня.

Для 1-го уровня загрязнения рекультивация имеет предупре-дительное и оздоровляющее назначение.

На этом уровне регулируют подвижность и трансформацию загрязняющих веществ, поддерживают или повышают плодородие почвы, применяют мероприятия почвозащитного земледелия; проводят агромелиорацию и фиторекультивацию, культивируют ус-тойчивые к загрязнению растения.

Здесь же рассматривают возможные варианты снижения, стабилизации или повышения уровня загрязнения от выявленных источников, а в рамках пилотных проектов или опытно-производ-ственных испытаний отрабатывают способы рекультивации для конкретных условий.

Для почв 2-го уровня загрязнения, имеющих статус чрезвычайной экологической ситуации, создают инженерно-экологические системы, предназначенные для управления техноприродными процессами на больших территориях, очищают почвы с помощью биодеструкторов и проводят мероприятия 1-го уровня.

На почвах, относящихся к 3-му уровню загрязнения, проводят следующие мероприятия:

– осуществляют санитарно-гигиеническую рекультивацию;

– создают инженерно-экологические системы;

– заменяют или полностью ликвидируют отдельные участки загрязненных компонентов геосистемы;

– восстанавливают биологические и геологические круговороты вещества.

Например, взамен ликвидируемого и утилизируемого почвенного слоя, загрязненного радиоактивными веществами, создают рекульти-вационный слой, соответствующий санитарным требованиям, с помощью очистных сооружений восстанавливают химический состав поверхностных вод и т. д.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических элементов в пищевых продуктах представлены в табл. 6.1.


Т а б л и ц а 6.1. ПДК химических элементов в пищевых продуктах


Пищевые

продукты

Свинец

Кадмий

Мышьяк

Ртуть

Медь

Цинк


Зерновые

0,5

0,1

0,2

0,03

10

50

Овощи

0,5

0,03

0,2

0,02

5

10

Фрукты

0,4

0,03

0,2

0,02

5

10

Мясо и птица

0,5

0,005

0,1

0,03

5

70

Чай

10

1,0

1,0

0,1

100


Инженерно-экологическая система – этопостоянно или длительное время действующий в управляемом режиме комплекс следующих соружений и мероприятий:

– по восстановлению естественной самоочищающей способности компонентов геосистем;

– снижению до допустимых норм поступления в них загрязняющих веществ;

– активному удалению этих веществ;

– локализации очагов загрязнения;

– обеспечению экологически безопасного существования биоценозов и человека.


Каталог: jspui -> bitstream -> 123456789
123456789 -> Сборник материалов II международной научно-практической конференции 20 апреля 2016 г. Доннту: Донецк, 2016 эл версия русск яз
123456789 -> Распознавание речи и голосовое управление
123456789 -> Черникова О. Ю., Мозговой В. И
123456789 -> Анализ методов восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов после потери емкости в процессе эксплуатации
123456789 -> Основы семейного права Украины
123456789 -> Тема: Установление, восстановление и закрепление границ зе-мельных участков
123456789 -> Министерство сельского хозяйства
123456789 -> Приоритетная задача современного земледелия за-ключается в повышении эффективности и стабильности сельскохозяйственного производства
123456789 -> Сборник материалов международной научно-практической конференции


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   19




База данных защищена авторским правом ©www.vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница