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 являются 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 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, 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 рекультивируемых 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).

Полевица побегоносная (побегообразующая) - зимостойка, но большинство ее побегов в течение зимы отмирает, неприхотлива, с хорошо развитой корневой системой.

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

Оптимальное содержание подобранных трав составляет: овсяница красная - 46÷48 мас. %, райграс пастбищный - 24÷26 мас. %, полевица побегоносная - 14÷15 мас. %, мятлик луговой - 12÷14 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.

Преимущества предлагаемого способа показаны на примере, который иллюстрирует, но не ограничивает заявленный способ.

Пример

Способ рекультивации реализуются следующим образом.

В начале рекультивации разрушенных земель Крайнего Севера проводят обработку земли, в результате которой формируется почвенный слой.

Затем в весенне-летний период года после начала вегетации аборигенной растительности в почвенный слой вносят органоминеральное удобрение, например, в количестве 24 мас. % в пересчете на сухое вещество от создаваемого плодородного слоя, например, в норме 5 кг/м² в пересчете на сухое вещество на глубину 15 см.

В качестве удобрения используют органоминеральное удобрение на основе ферментированных пищевых отходов, при изготовлении которого применяют микробиологические препараты.

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 - 47 мас. %, райграс пастбищный - 26 мас. %, полевицу побегоносную - 14 мас. %, мятлик луговой - 13 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, полевица побегоносная, мятлик луговой) 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.