Способ лесной рекультивации песчаных карьеров
Владельцы патента RU 2690342:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к области лесного хозяйства и рекультивации земель. В способе вносят компостную смесь, полученную при соотношении компонентов: осадков сточных вод и опила по массе сухого вещества 1,4:1, срок компостирования до 2 лет, срок хранения компоста не более 3-х лет. После завершения термофильной стадии компостирования непосредственно перед внесением компоста на рекультивируемый участок в него вносят семена сидеральных растений, преимущественно люпина многолетнего. Норма внесения составляет 1 кг семян на 1 м3 компоста. Компост вносят и заделывают почвообразовательными орудиями в дозе 60-120 т/га на рекультивируемую поверхность грунтов с последующим выращиванием на нем лесных культур сосны обыкновенной. Способ способствует ускорению процесса почвообразования путем увеличения площади проективного покрытия, повышения продуктивности лесных культур, более раннего смыкания сосны в рядах и между рядами и выполнения насаждениями средозащитных функций. 2 ил., 4 табл., 1 пр.
Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано для рекультивации земель, нарушенных промышленными предприятиями в результат добычи нерудных полезных ископаемых, при строительстве линейных сооружений (линий электропередач, трубопроводов), а также при окультуривании бедных почв в лесном хозяйстве.
Известен способ рекультивации нарушенных почв, заключающийся в укладке компоста на основе обезвоженного ила с измельченной древесной корой на рекультивируемую поверхность, затем его засыпают слоем песка или почвы толщиной 5-10 см [1].
Недостатком является низкая экономическая эффективность из-за трудоемкости нанесения дополнительного слоя из почвы или песка.
Технический результат – данный способ способствует ускорению процесса почвообразования, увеличению площади проективного покрытия растительностью, повышению продуктивности лесных культур, более раннему смыканию сосны в рядах и между рядами и выполнению насаждениями средозащитных функций.
Технический результат достигается тем, что способ лесной рекультивации песчаных карьеров, путем внесения компостной смеси, согласно изобретения, компостная смесь получена в соотношении компонентов: осадков сточных вод и опила по массе сухого вещества 1,4:1, срок компостирования до 2 лет, срок хранения компоста не более 3-х лет, после завершения термофильной стадии компостирования непосредственно перед внесением компоста на рекультивируемый участок в него вносят семена сидеральных растений, преимущественно люпина многолетнего, норма внесения составляет 1 кг семян на 1 м3 компоста, компост вносят и заделывают почвообразовательными орудиями в дозе 60-120 т/га на рекультивируемую поверхность грунтов, с последующим выращиванием на нем лесных культур сосны обыкновенной.
Норма внесения сидеральной культуры люпина многолетнего 1 кг семян на 1 м3 компоста с учетом веса 1 м3 компоста - 800 кг.
На рис. 1 показано влияние внесения компоста на встречаемость семейств травянистых растений (* - общее проективное покрытие на исследуемом участке, %); на рис. 2 - динамика текущего прироста культур сосны обыкновенной по высоте на экспериментальном участке
Пример выполнения.
Полевой опыт заложен на песчаном грунте на предварительно выравненном участке площадью 0,33 га с трехкратной повторностью на дне карьера. Были использованы компостные смеси на основе осадков сточных вод и древесного опила в соотношении компонентов 1,4:1 по массе сухого вещества. Компосты были получены при активном площадном компостировании смеси отходов в течении 2 лет с последующем хранением в буртах на протяжении 3 и 5 лет. Внесение компостной смеси осуществлялось в дозах 60 и 120 т/га. В качестве контроля служили участки карьера без внесения удобрения. В 2010 году были внесены удобрения, в 2011 году высажены 2-х летние сеянцы сосны.
Исследования агрохимических свойств мелиорантов показало, что компостируемая смесь отличаются слабокислой реакцией солевого раствора (рН = 5,7-6,1), низким содержанием азота и калия (3,9-7,3 мг/100г и 1,5-16,7 мг/100г соответственно), высоким содержанием фосфора (31,1-70 мг/100 г). Наблюдается тенденция увеличения содержания макроэлементов компостируемой смеси с увеличением срока хранения в буртах с 3 до 5 лет.
Установлено, что после внесения мелиорантов содержание макроэлементов спустя 5 лет увеличилось более существенно в вариантах с внесением компостов на основе осадков сточных вод и опила в дозе 120 т/га Выявлено, что реакция среды во всех случаях была близка нейтральной (табл. 1). По сравнению с контролем несколько увеличилось содержание органического вещества (0,77-1,25%) в почвенном грунте, оставаясь в целом на низком уровне. Отмечено увеличение во всех вариантах содержания обменного калия и азота. Наиболее существенно внесение компостов повлияло на содержание растворимых солей фосфора, которое повысилось пропорционально вносимой дозе в 2-4 раза по сравнению с контролем. Накопления доступных растениям солей калия в почве не наблюдалось, а в некоторых вариантах с проведенной мелиорацией компостами отмечено его снижение.
С увеличением срока хранения в буртах с 3 до 5 лет наблюдается тенденция снижения содержания фосфора в мелиорируемой почве. По сравнению с контролем несколько увеличилось содержание органического вещества в почвенном грунте, оставаясь в целом на низком уровне. Однако учитывая длительный процесс образования органического вещества, считаем, что внесение компоста позволяет быстро (за 2 года) и существенно (на 0,57 – 0,79%) повысить содержание органики в верхнем горизонте. Это является показателем высокой мелиоративной эффективности компостной смеси.
Таблица 1
Влияние внесения компоста на агрохимические свойства
| Вариант опыта | Доза внес., т/га | Органика, % | pHсол. | Содержание, мг/100 г. | |||
| NO3- | NH4+ | К2О | P2O5 | ||||
| Контроль | 0 | 0,59 | 6,98 | 0,75 | 0,76 | 2,0 | 3,52 |
| Компост (3 года) | 60 | 0,77 | 6,93 | 0,98 | 1,11 | 1,5 | 9,36 |
| 120 | 1,16 | 6,85 | 0,42 | 0,19 | 1,5 | 13,20 | |
| Компост (5 лет) | 60 | 1,38 | 7,08 | 1,18 | 0,64 | 1,5 | 6,16 |
| 120 | 1,17 | 6,80 | 2,35 | 1,06 | 2,0 | 11,78 |
Дополнительное внесение органики в песчаные грунты, путем внесения семян сидеральных культур в компостную смесь, создает благоприятные условия для развития травянистого покрова, появление и разложение которого будет способствовать активизации биологических процессов накопления органики. С внесением модифицированной компостной смеси обогащается видовой состав растительности. Так, если не неудобренных участках встречается 8 видов растений, то с внесением компоста количество видов увеличивается от 9 до 15. Внесение мелиоранта на основе ОСВ и опила с трехлетним периодом хранения позволило увеличить количество видов на 1-3, а с пятилетним - в 1,6-1,9 раз. Травянистая растительность представлена в основном тремя семействами – осоковыми, бобовыми и сложноцветными. Доминирующим видом семейства бобовых на участке с внесением компоста является люпин многолетний (рис. 1).
Различия между вариантами по биомассе живого напочвенного покрова как в сыром, так и в сухом состоянии существенны. Наибольшими показателями накопления биомассы живого напочвенного покрова характеризуются участки с дозой внесения компоста 120 т/га (табл. 2).
Таблица 2
Влияние внесения компоста на живой напочвенный покров
| Вариант опыта | Сырое вещество, кг/м2 | Сухое вещество, кг/м2 | Зола, кг/м2 | |||
| 60 т/га | 120 т/га | 60 т/га | 120 т/га | 60 т/га | 120 т/га | |
| Компост (3 года) | 2,30 | 2,64 | 0,73 | 1,08 | 0,062 | 0,079 |
| Компост (5 лет) | 2,04 | 2,76 | 0,71 | 1,07 | 0,034 | 0,067 |
| Контроль | 0,28 | 0,19 | 0,02 | |||
| НСР05 | 0,628 | 1,229 | 0,361 | 0,280 | 0,011 | 0,026 |
| Fрасч (Fтабл. =5,14) |
36,8 | 15,6 | 8,54 | 40,31 | 57,65 | 20,47 |
Выявлено, что во всех вариантах срок хранения нетрадиционных органических удобрений и доза внесения влияет на рост травянистой растительности, и, как следствие, на увеличение ее биомассы на рекультивируемых участках.
Доказательством эффективности применения компостов являются биометрические показатели культур сосны: более интенсивный рост в высоту (на 30-35 %) сосны по сравнению с контролем (табл. 3).
Таблица 3.
Влияние внесения компоста на биометрические параметры сосны обыкновенной в культурах.
| Вариант опыта | Доза внес., т/га | Статистические показатели высот, см | ||||||
| Х ср | mx | δ | Min | Max | C, % | P, % | ||
| Контроль | 0 | 113,5 | 3,02 | 58,2 | 20 | 271 | 51,6 | 2,7 |
| Компост (3 года) | 60 | 175,9 | 3,72 | 27,1 | 73 | 214 | 15,4 | 2,1 |
| 120 | 163,3 | 4,31 | 36,1 | 87 | 226 | 22,1 | 2,6 | |
| Компост (5 лет) | 60 | 162,9 | 3,54 | 39,5 | 45 | 252 | 24,3 | 2,2 |
| 120 | 175,9 | 2,51 | 29,7 | 62 | 234 | 16,9 | 1,4 |
На последний год отмечено увеличение темпов роста, что связано с благоприятными почвенными условиями (рис. 2). В вариантах с внесением компостов текущий прирост сосны в высоту увеличился в 1,5-2 раза.
Внесение компостов оказывает положительное влияние на состояние культур сосны. Доля здоровых растений выше на участках с применением компостов с трехлетним сроком хранения (88-89%) по сравнению с контрольным участком (80%). В вариантах с внесением мелиорантов отмечается более высокая сохранность сосны и меньше ослабленных растений по сравнению с контрольным участком.
Наибольшие показатели фитомассы отмечены в вариантах с внесением компоста с 3-летним сроком хранения.
Таблица 4
Влияние нетрадиционных органических удобрений на показатели фитомассы сосны обыкновенной.
| Вариант опыта | Надземная фитомасса дерева с хвоей, кг/га | Фитомасса корней дерева, кг/га |
| Контроль | 13,80±0,56 | 15,11±0,60 |
| Компост (3 года), 60 т/га | 94,60±2,78 | 65,80±1,97 |
| Компост (3 года), 120 т/га | 125,60±3,77 | 90,90±2,34 |
| Компост (5 лет), 60 т/га | 90,40±2,61 | 64,50±2,58 |
| Компост (5 лет), 120 т/га | 86,70±2,60 | 58,30±1,75 |
Таким образом, для повышения эффективности биологического этапа рекультивации песчаных карьеров можно рекомендовать внесение компоста со сроком компостирования не менее 2 лет в дозе 60-120 т/га и сроком хранения не более 3-х лет, который способствует увеличению содержания органики, азота и особенно фосфора, а также влияет на обогащение видового состава травянистой растительности. Влияние компостной смеси на рост сосны обыкновенной проявилось с трехлетнего возраста, наибольший мелиоративный эффект отмечен при внесении компоста в дозе 120 т/га с 5-летним сроком хранения. Состояние культур сосны на участках с использованием компостов хорошее, наблюдается тенденция к увеличению темпов роста саженцев сосны обыкновенной по сравнению с контролем.
Предлагаемый способ лесной рекультивации песчаных карьеров, заключающийся в нанесении компостов на основе осадков сточных вод очистных сооружений и древесного опила, модифицированного семенами сидеральных растений при выращивании лесных культур на песчаных грунтах показал высокую эффективность. Травянистая растительность, в составе которой преобладает люпин, обеспечивает закрепление субстрата, быстрое накопление органического вещества и в целом активизацию почвообразовательных процессов. Данный способ позволяет повысить качество проводимых лесокультурных работ, увеличивает площадь живого напочвенного покрова на «обедненных» почвах, а также утилизировать значительные объемы органических отходов.
Компоненты компостной смеси (осадки сточных вод и опил) являются отходами производства и потребления, обладающие оптимальными агрохимическими и водно-физическими свойствами при их смешении и заделке в почву, что позволяет снизить себестоимость рекультивации. Внесение компостной смеси, модифицированной семенами сидератов (люпина многолетнего), позволяет в короткие сроки повысить содержание питательных веществ в рекультивуруемом почвогрунте, увеличить площадь проективного покрытия растительностью (на 11-23,6%), в результате активизации почвообразовательного процесса увеличится содержание органики и повысится интенсивность роста, продуктивность и устойчивость лесных культур в условиях техногенно нарушенных земель.
Способ обеспечивает формирование лесного фитоценоза, ускоренное восстановление плодородия почвогрунтов, почвенной микрофауны, увеличение площади проективного покрытия растительностью, продуктивности и устойчивости лесных культур в условиях техногенно нарушенных земель. Использование способа позволяет в ускоренные сроки добиться восстановления почвенного плодородия и лесных биоценозов, предотвратить ветровую и водную эрозии.
Источники информации:
Патент РФ Способ рекультивации нарушенных почв // Патент России № 2044434. 1995. / Коровкин А.С., Врублевский В.С., Коровкин В.А., Шуверов В.М., Щеколдин Н.А., Калинин Н.Ф.
Способ лесной рекультивации песчаных карьеров путем внесения компостной смеси, отличающийся тем, что компостная смесь получена в соотношении компонентов: осадков сточных вод и опила по массе сухого вещества 1,4:1, срок компостирования до 2 лет, срок хранения компоста не более 3-х лет, после завершения термофильной стадии компостирования непосредственно перед внесением компоста на рекультивируемый участок в него вносят семена сидеральных растений, преимущественно люпина многолетнего, норма внесения составляет 1 кг семян на 1 м3 компоста, компост вносят и заделывают почвообразовательными орудиями в дозе 60-120 т/га на рекультивируемую поверхность грунтов с последующим выращиванием на нем лесных культур сосны обыкновенной.
