Рекультивация нарушенных земель и предотвращение отрицательного воздействия горнодобывающей и перерабатывающей промышленности - одна из важнейших государственных проблем из-за того, что горнопромышленное производство вызывает серьезные нарушения природных ландшафтов при котором разрушаются сельскохозяйственные, лесные и другие ценные земли, загрязняется окружающая среда продуктами отходов при их добыче и переработке, а также нарушаются сложившиеся биогеоценотические связи и экологические закономерности. Рекультивация ландшафта включает комплекс работ, направленных на восстановление хозяйственной, медико-биологической и эстетической ценности нарушенного ландшафта. Восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель включает два этапа - горнотехнический и биологический.
Лесорастительные условия вскрышных горных пород характеризуются большим разнообразием и по степени пригодности для биологической рекультивации подразделяются на 3 основные группы: пригодные, малопригодные, непригодные.
К группе пригодных относят плодородные и потенциально плодородные грунты. Первые могут использовать для создания пахотного горизонта при землевании малопригодных для земледелия горных пород. К потенциально плодородным относят почвообразующие и другие породы с благоприятным механическим и минералогическим составом. Они могут быть подстилающими при создании пашни и непосредственно использоваться при лесной рекультивации. После их мелиорации они пригодны под пашню.
Малопригодные грунты имеют неблагоприятные физико-химические свойства. Это кислые, среднезасоленные и солонцеватые горные породы. Они требуют минерализации путем известкования, пескования, глинования, гипсования и промывки. После этого для создания пашни их покрывают гумусированным слоем почвы. Для лесоразведения грунты пригодны после их глинования и пескования т.е. создания оптимального механического состава почвогрунтов, обеспечивающего благоприятный водный, воздушный, гидротермический и питательный режимы, а также активизируется полезная почвенная микрофлора - важнейший элемент живой природы.
Объем вносимого грунта тяжелого механического состава при глиновании песков и песка при песковании глинистых пород рекомендуется определять по формуле:
,
где Н – слой грунта, вносимого на поверхность, см;
h – мощность мелиорируемого пахотного горизонта, т.е. величина образуемого пахотного горизонта;
q1 – содержание физической глины в грунте, %;
q2 – содержание физической глины во вносимом грунте, %;
qn - проектируемое содержание физической глины в создаваемом пахотном горизонте, % (для хвойных пород qn - рекомендуется иметь в пределах 20 - 35 %).
К непригодным грунтам для биологической рекультивации относят скальные горные породы и конгломераты, а по химическим - породы, содержащие сухой остаток - более 0,8 %, рН водной вытяжки - менее 3,5 и более 9,0, подвижный алюминий - более 15 мг/100 г, натрий -более 20 % от емкости поглощения, гумус отсутствует. Эти фитотоксичные породы (сульфидосодержащие и сильнозасоленные солонцы и т.п.) разного механического состава перед биологической рекультивацией должны покрываться пригодными грунтами.
Облесение площадей производят сразу после завершения горнотехнического этапа рекультивации, если в последующие годы происходит зарастание сорняками и сильно уплотняется грунт. На площадях, где возможно сильное оседание горных пород с образованием провалов лесокультурные работы проводят через 4-5 лет и позднее. На нетоксичных техногенных субстратах посадку проводят в первые 2-3 года после разравнивания отвалов и их уплотнения. На токсичных субстратах лесокультурные работы рекомендуется проводить после биологической мелиорации грунтов путем посадки лесных культур мелиоративного назначения из ольхи черной и серой, лоха узколистного, ивы, акации, облепихи и других пород. В качестве мелиорантов также используют почвоулучшающие травы - клевер, донник, люцерну, экспарцет, которые отличаются довольно высокими урожаями и способствуют более быстрому восстановлению почв. Древесные породы, кустарники и травы осуществляют снегозадержание. При этом повышается влажность почвогрунтов и происходит их промывка. Посадку и посев мелиорантов производят на токсичных техногенных субстратах за 1-2 года до посадки культур, а на нетоксичных - одновременно с созданием лесных культур.
Обработка почвы и подбор древесных пород определяются почвенно-климатическими условиями для каждого объекта рекультивации. Уплотненные грунты тяжелого механического состава требуют глубокого рыхления. На землях легкого механического состава и рыхлого сложения посадка лесных культур возможна без обработки почвогрунтов. Насаждения могут быть чистыми и смешанными. В противоэрозионные лесные культуры вводят до 50 % кустарников. Если позволяют условия наиболее целесообразно выращивать смешанные насаждения с введением почвоулучшающих пород. Смешение главных, сопутствующих и почвоулучшающих пород производят с учетом всех факторов возможного их взаимовлияния.
Техногенные субстраты бесструктурны, лишены полезной почвенной микрофлоры и микоризы, так необходимой для древесных пород. В связи с этим они требуют применения удобрений, полимерных структурообразователей, микоризации а также внесения биопрепаратов активаторов почвенной микрофлоры, азовит, бактофосфит и др.) активизирующих почвенную микрофлору и обогащающих грунты питательными веществами.
Техногенньй ландшафт часто подвержен процессам эрозии. В этом случае предварительно проводят работы по предотвращению этого явления, а затем создают лесные культуры, например, может производиться шелюгование с последующей посадкой культур под защитой шелюги.
Лесная рекультивация - наиболее распространенный, дешевый и целесообразный способ освоения нарушенных земель, так как лесонасаждения меняют и оздоровляют нарушенные промышленной деятельностью ландшафты. Выбор способов облесения определяется рельефом, крутизной откоса, свойствами грунтов, кислотностью, экспозицией. Для обеспечения механизации лесокультурных работ необходимо предварительное сплошное разравнивание отвалов – создание равнинного, равнинно-волнистого или склонового с откосами до 25° (для террасирования) рельефа.
На равнинных местоположениях, в зависимости от механических свойств грунтов, обработку почвы проводят на полосах плугом ПЛН-4-35, а при отсутствии задернения сеянцы высаживают без обработки почвы лесопосадочными машинами МЛУ-1. На волнистых участках при уклонах до 12° применяют напашное террасирование, а свыше 12° - нарезное.
Для облесения отвалов наиболее перспективны следующие породы: лох серебристый, робиния лжеакация, карагана древовидная, облепиха крушиновая, смородина золотая, ива шершавая, а на слабозасоленных почвах также сосна обыкновенная и крымская, береза повислая, тополь белый и др.
Для ускорения смыкания крон и закрепления поверхности отвалов бугристых участков при ручной посадке растения высаживают с размещением 1 х 1 или 1 х 1,5 м. При механизированной посадке ширину междурядий увеличивают до 2,5 м, в рядах растения высаживают через 0,75 м. Лучшей приживаемостью отличаются одно- и двухлетние стандартные сеянцы. Посадка 3 – 4-летними саженцами менее целесообразна ввиду сложности их адаптации.
В сочетании с лесными насаждениями при рекультивации используют плодовые и ягодные культуры. С этой целью подбирают площадки отвалов, отсыпанные потенциально плодородными породами, - суглинками и их смесями с нетоксичными породами в отношении не менее 1:1. Откосы отвалов из неустойчивых грунтов (пески) обсаживают корнеотпрысковыми кустарниками, предотвращающими сползание грунтов.
По договорам с заказчиком в лучших растительных условиях возможно залужение в сочетании с защитными лесными насаждениями. В этих случаях подготовку участков заказчик начинает за 3 - 4 года до посева травосмесей. После планировки поверхности отвала по всей площади вносят органические (навоз 50 - 60, торф - 30 т/га) и минеральные удобрения - фосфорные и калийные по 90 - 150 кг/га действующего вещества. Осенью производят вспашку на глубину 25 – 27 см, а весной следующего года вносят азотные удобрения - 90 кг/га действующего вещества. После этого проводят вспашку на глубину 20 - 22 см, культивацию и высевают многолетние травы. В течение 2 - 3 лет их используют как сенокосы и сидераты (запашка зеленой массы на глубину 22 см). По соответствующим схемам на залуженных участках закладывают ветрозащитные лесные полосы из древесных пород - робинии лжеакации, тополя, сосны обыкновенной, березы повислой и др.
На самых благоприятных в экологическом отношении участках могут закладываться ягодники и фруктовые сады. Саженцы плодовых культур в зависимости от сорта размещают 3 х 4, 6 х 3 м, косточковых - 3 х 4 м.
В подготовленные ямы целесообразно засыпать гумусовый слой с органическими и минеральными удобрениями: 10 - 25 т/га навоза с торфом и гумусовым слоем (1:1:1) и 0,5 - 0,7 ц/га смеси суперфосфата и калийной соли в соотношении 4:1, 6:1.
После посадки приствольные круги обрабатывают по мере появления сорняков. В междурядьях высевают горчицу, фацелию, горох, донник, сераделлу или другие культуры с последующей их запашкой.