Результат интеллектуальной деятельности: Способ рекультивации разрушенных земель в зоне многолетней мерзлоты

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в области экологии для рекультивации земель в зоне многолетней мерзлоты при освоении новых месторождений углеводородов, прокладке трубопроводов, строительстве подземных хранилищ газа.

Одним из главных этапов в восстановлении экологического равновесия после завершения строительства объектов добычи, транспорта и хранения газа является рекультивация земель.

Биологический этап рекультивации земель нацелен на интенсивное восстановление плодородия разрушенных земель с помощью системы агротехнических и мелиоративных мероприятий.

В зоне многолетней мерзлоты даже дополнительное внесение удобрений не всегда позволяет восстановить растительный покров. Это приводит к развитию различных эрозионных процессов.

Быстрое (в течение одного вегетативного периода) восстановление растительно-дернового покрова является актуальной задачей.

Путь решения этой задачи - внесение эффективных органоминеральных композиций и оптимальных составов смесей многолетних трав, адаптированных к природным условиям нарушенных территорий.

Известен способ рекультивации земель в зоне многолетней мерзлоты, включающий предварительное боронование почвенного слоя, внесение в грунт сложной травосмеси, состоящей из трех групп 30 видов растений (Патент РФ №2101901, кл. А01В 79/02, 1998).

Недостатками указанного способа-аналога являются большие материальные затраты, связанные с применением для рекультивации земель сложной травосмеси видов растений, малотребовательных к содержанию питательных веществ в почве. Многие из 30 применяемых в аналоге в травосмесях растений редко встречаются.

Наиболее близким аналогом к предложенному способу является способ рекультивации разрушенных земель в зоне многолетней мерзлоты, заключающийся в обработке и формировании почвенного слоя с последующим внесением удобрений и посевом травосмеси местных дикорастущих трав на почвенном слое (Патент РФ №2286036, кл. А01В 79/02, 2006). Недостатками указанного способа является использование в качестве смеси семян местных кормовых злаков редко встречающихся трав, проведение уборки травосмеси в течение 10-15 лет, а также проведение подкормки минеральными удобрениями один раз в 2-3 года, что приводит к трудностям реализации способа, затягиванию сроков рекультивации и удорожанию ее реализации, а также к слабому приросту массы трав на различных почвах в зоне многолетней мерзлоты.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка простого и дешевого способа рекультивации разрушенных земель в зоне многолетней мерзлоты.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является получение максимального прироста массы трав для всех почв в зоне многолетней мерзлоты в течение одного вегетативного периода, а также упрощение способа рекультивации.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе рекультивации разрушенных земель в зоне многолетней мерзлоты, заключающемся в обработке и формировании почвенного слоя с последующим внесением удобрения и посевом травосмеси на основе местных дикорастущих трав на почвенном слое, в качестве травосмеси на основе местных дикорастущих трав используют смесь трав: овсяница красная - 49÷51 мас. %, райграс пастбищный - 34÷36 мас. %, мятлик луговой - 9÷11 мас. %, овсяница овечья - 4÷6 мас. %, в качестве удобрения используют органоминеральное удобрение на основе ферментированных пищевых отходов, при изготовлении которого применяют микробиологические препараты, видовой состав штаммов которых задают по максимальному охвату субстратов, входящих в состав пищевых отходов, и естественных обитателей рекультивируемых почв, причем органоминеральное удобрение вносят в почвенный слой в количестве 20÷25 мас. % в пересчете на сухое вещество от создаваемого плодородного слоя.

Органоминеральное удобрение вносят в почвенный слой в весенне-летний период года на глубину 10-20 см, а после проводят перекопку почвенного слоя.

Посев травосмеси проводят после начала вегетации аборигенной растительности, после чего почвенный слой поливают водой и покрывают укрывным материалом до появления всходов растений.

В качестве укрывного материала используют полиэтиленовую пленку.

Органоминеральное удобрение содержит минеральную компоненту в количестве 5-8 мас. % от исходной массы пищевых отходов, состоящую из карбоната кальция и среднего суглинка с содержанием физической глины - не менее 30 мас. %.

Органоминеральное удобрение вносят в почвенный слой в количестве 4÷6 кг/м² в пересчете на сухое вещество.

Преимуществом предлагаемого способа является использование для максимального прироста массы трав при рекультивации любых почв в зоне многолетней мерзлоты органоминерального удобрения на основе ферментированных пищевых отходов, при изготовлении которого применяют микробиологические препараты, видовой состав штаммов которых задают по максимальному охвату субстратов, входящих в состав пищевых отходов, и естественных обитателей рекультивируемых почв, которое вносят в почвенный слой в количестве 20÷25 мас. % в пересчете на сухое вещество от создаваемого плодородного слоя.

Максимальная эффективность органоминерального удобрения достигается индивидуальным подбором эффективных микроорганизмов с известными полезными свойствами. Видовой состав микробиологического препарата выбран исходя из того, что основные микроорганизмы - деструкторы, обеспечивающие переработку твердых бытовых отходов (ТБО), являются естественными обитателями отходов и рекультвируемых почв.

При внесении органоминерального удобрения в почвенный слой в количестве 20÷25 мас. % в пересчете на сухое вещество от создаваемого плодородного слоя наблюдается максимальный прирост массы растений. Увеличение дозы органоминерального удобрения ведет к засыханию и потемнению кончиков листьев, что свидетельствует об избыточности питательных элементов, что приводит к угнетению роста зеленой массы.

Рекомендуемая норма внесения органоминерального удобрения (от 4 до 6 кг/м² в пересчете на сухое вещество) позволяет создать плодородный слой почвы, соответствующий нормативным требованиям по пригодности их для использования для биологической рекультивации в зависимости от показателей химического и гранулометрического состава и инженерно-геологической характеристики согласно ГОСТ 17.5.1.03.7.6.

При использовании в способе рекультивации органоминерального удобрения нет необходимости дополнительно вносить минеральные удобрения для достижения оптимального уровня содержания питательных элементов. Минеральная составляющая органоминерального удобрения дает быстрый и видимый эффект, ускоряя рост растений за счет легкой усвояемости, а органическая составляющая за счет пролонгированного действия продлевает этот эффект до трех лет.

Продолжительность действия органоминерального удобрения при полученных характеристиках сохраняется в течение нескольких лет. Таким образом, нет необходимости вносить удобрение в почву ежегодно.

Кроме того, органоминеральное удобрение экологически чистое и не наносит вред почве.

Используемый состав травосмеси устойчив к негативным факторам зоны многолетней мерзлоты: морозоустойчивость, влагоустойчивость, засухоустойчивость, и способен давать максимальный прирост зеленой массы трав на таких землях. Критерием выбора трав также явилось их отзывчивость на органоминеральное удобрение на основе ферментированных пищевых отходов.

Овсяница красная - злак, отличающийся высокой зимостойкостью, растет в условиях многолетней мерзлоты и хорошо переносит суровые зимы. В травосмесях при благоприятных условиях ей принадлежит наибольшая конкурентная мощность, пластичность и стойкость, начиная со второго года жизни. Она хорошо растет на осушенных и окультуренных торфянистых и болотных почвах и с успехом используется для создания торфодернины.

Райграс пастбищный используется как вспомогательная культура и относится к числу быстрорастущих злаков. Райграс пастбищный способствует стабилизации почвы (борьбы с эрозией).

Мятлик луговой растет в условиях КС, выдерживает длительное затопление талыми водами. К температурным условиям нетребователен, превосходно выдерживает суровые зимы и поздние заморозки, отзывчив на удобрения.

Овсяница овечья используется как вспомогательная культура, имеет мощную корневую систему, глубоко проникающую в почву.

Оптимальное содержание подобранных трав составляет: овсяница красная - 49÷51 мас. %, райграс пастбищный - 34÷36 мас. %, мятлик луговой - 9÷11 мас. %, овсяница овечья - 4÷6 мас. %. Внесение указанных трав в меньшем количестве не позволяет получить максимальный прирост массы трав, а внесение смеси трав в большем количестве не приводит к улучшению всхожести трав, при этом приводит к удорожанию способа рекультивации.

Органоминеральное удобрение может быть получено следующим образом.

Подбирают микробиологические препараты для органоминерального удобрения. Видовой состав штаммов микробиологического препарата выбирают по максимальному охвату субстратов, входящих в состав применяемых пищевых отходов, и рекультивируемой почвы.

Примерный средний фракционный состав, средний морфологический состав и усредненный состав пищевых отходов, используемых для изготовления такого органоминерального удобрения, представлен в Таблицах 1-3. В Таблице 1 представлен средний фракционный состав пищевых отходов, в Таблице 2 - средний морфологический состав пищевых отходов, а в Таблице 3 - усредненный состав пищевых отходов.

Выбранный микробиологический препарат содержит природные штаммы-деструкторы органических отходов, выделенные из почвенных образцов регионов, где планируется его непосредственное применение и максимально охватывающих субстраты, входящие в состав пищевых отходов.

Пример эффективного используемого состава микробиологического препарата приведен в Таблице 4.

Микробиологический препарат содержит живые клетки и споры непатогенных штаммов природных бактерий, относящихся к различным семействам и родам, которые обладают усиленной и ускоренной способностью к биодеградации отходов растительного и животного происхождения, деструкции мочевой кислоты и утилизации аммиака, лигнино- и целлюлозолитическими активностями, способностью к подавлению патогенных микроорганизмов за счет синтеза антибиотических и других биологически активных веществ, а также агрономически ценных бактерий (азотфиксирующих, фосфатразлагающих, продуцирующих ростовые вещества).

Массу пищевых отходов, планируемых для ферментации, принимают 87,15 мас. % от планируемой массы субстрата.

Измельчают пищевые отходы. Добавляют минеральную компоненту, в качестве которой используют карбонат кальция и средний суглинок с содержанием в нем физической глины не менее 30 мас. %, например 20 мас. %. Минеральную компоненту органоминерального удобрения берут в количестве 6 мас. % от исходной массы пищевых отходов. Минеральная компонента способствует структуризации субстрата и процессу ферментации ТБО. Минеральную компоненту добавляют в количестве 7,5% от массы субстрата.

Разводят микробиологический препарат водой - из расчета 2,85% от массы субстрата.

Рассчитывают дозу микробиологического препарата - из расчета 35 г на 1 тонну субстрата.

Осуществляют выгрузку пищевых отходов и формирование штабеля, орошение субстрата расчетной дозой микробиологического препарата и укрытие полиэтиленовой пленкой. Субстрат выдерживают 14 суток. Перевод в аэробную стадию осуществляют снятием полиэтиленовой пленки и ворошением штабеля. Для возобновления деятельности аэробных бактерий, после перехода в аэробную стадию, проводят повторную обработку микробиологическим препаратом.

При изготовлении органоминерального удобрения контролируют рН, влажность и температуру. Перемешивание субстрата осуществляют каждые 14 суток. При повышении температуры выше +50°С или при резком снижении рН ниже 5,5 субстрат дополнительно перемешивают. Если температура не поднимается выше +50°С, срок выдержки продлевают при измерении температуры каждые трое суток.

Режим изготовления органоминерального удобрения - периодический. Перемешивание обеспечивает повышение газопроницаемости субстрата в 1,2-1,5 раза. Минимальный срок компостирования измельченных пищевых отходов составляет 10 недель.

Зрелый компост должен иметь рН в интервале, близком к нейтральным или подщелоченным значениям рН, и иметь бурый или буро-рыжеватый цвет, рыхлую структуру и обладать сыпучестью.

После внесения в почвенный слой органоминерального удобрения проводят перекопку и посев выбранной смеси многолетних трав, содержащей, например, овсяницу красную - 50 мас. %, райграс пастбищный - 35 мас. %, мятлик луговой - 9 мас. %, овсяницу овечью - 6 мас. %.

Затем проводят полив почвенного слоя и покрытие почвенного слоя укрывным материалом - полиэтиленом, до всходов растений.

Восстановление растительно-дернового покрова нарушенных земель Крайнего Севера проводят в течение одного вегетативного периода.

Применение для реализации способа рекультивации нарушенных земель травосмеси на основе местных дикорастущих трав (овсяница красная, райграс пастбищный, мятлик луговой, овсяница овечья) в определенном соотношении, а в качестве удобрения - органоминерального удобрения на основе ферментированных пищевых отходов, при изготовлении которого используют микробиологические препараты, видовой состав штаммов которых задают по максимальному охвату субстратов, входящих в состав пищевых отходов, и естественных обитателей рекультивируемых почв, которое вносят в почвенный слой в количестве 20÷25 мас. % в пересчете на сухое вещество от создаваемого плодородного слоя, обеспечивает максимальный прирост массы трав для всех почв в зоне многолетней мерзлоты в течение одного вегетативного периода. Данный способ рекультивации прост, т.к. продолжительность действия органоминерального удобрения при полученных характеристиках сохраняется в течение нескольких лет, при этом исключается необходимость вносить удобрение в почву ежегодно.

Таким образом, изобретение позволяет создать простой и дешевый способ рекультивации разрушенных земель в зоне многолетней мерзлоты.