Оценка эффективности использования осадка сточных вод для рекультивации нарушенных территорий в Кольской субарктике (на примере песчаного карьера)
- 1 — д-р биол. наук главный научный сотрудник Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А.Аврорина КНЦ РАН ▪ Orcid
- 2 — канд. биол. наук старший научный сотрудник Лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики ЦНМ КНЦ РАН ▪ Orcid
- 3 — канд. техн. наук научный сотрудник Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН ▪ Orcid
Аннотация
Дана оценка эффективности рекультивационных мероприятий с применением осадка сточных вод для ускоренного формирования устойчивого противоэрозионного растительного покрова на малопродуктивном техногрунте песчаного карьера в условиях Кольского Севера. Схема эксперимента, заложенного в 2017 г., включала три варианта: контрольный – без мелиоранта, опытный 1 – фрагментарное (50 %) нанесение осадка сточных вод, опытный 2 – сплошное нанесение. На шестой вегетационный сезон были проанализированы пробы техноземов и проведены измерения эмиссии СО 2 . Показано, что использование осадка сточных вод оказывает положительный эффект на физико-химические и агрохимические свойства грунтов: снижаются рН и плотность в его естественном залегании, повышается гигроскопичность, растет содержание доступных фосфора и калия. Выявлены достоверные отличия ( р < 0,05) между эмиссиями СО 2 в контрольном и опытных вариантах. Содержание органического углерода в контрольном было ниже, чем в опытных вариантах, при фрагментарном нанесении осадка сточных вод в три раза, при сплошном – в девять раз. Также выявлены достоверные ( p < 0,05) различия в содержании углерода и азота в вытяжках холодной и горячей воды между образцами контрольного и опытного варианта со сплошным нанесением осадка сточных вод. Вместе с тем, путем расчета отношения C/N установлен очень низкий уровень обогащенности гумуса азотом. Определены основные факторы, обуславливающие изменчивость оцениваемых параметров – применение мелиоранта и способ его нанесения, вклад применения составил 60 %, вклад способа – 14 %. С учетом экономической составляющей рекомендуется фрагментарное нанесение осадка сточных вод на техногрунт песчаного карьера для создания устойчивого противоэрозионного фитоценоза.
Литература
- Даббаг А. Изучение свойств растений песчаных карьеров Московской области для восстановления растительности песчаных карьеров // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2018. Т. 26. № 3. С. 299-308. DOI: 10.22363/2313-2310-2018-26-3-299-308
- Gentili R., Casati E., Ferrario A. et al. Vegetation cover and biodiversity levels are driven by backfilling material in quarry restoration // CATENA. 2020. Vol. 195. № 104839. DOI: 10.1016/j.catena.2020.104839
- Мосейкин В.В., Гальперин А.М., Ермолов В.А., Круподеров В.С. Анализ ситуации с горнопромышленными отходами (геоэкологические аспекты) // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № S1. С. 7-23.
- Li Wang, Bin Ji, Yuehua Hu et al. A review on in situ phytoremediation of mine tailings // Chemosphere. 2017. Vol. 184. P. 594-600. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.06.025
- Иванова Н.А. Биологическая рекультивация песчаных карьеров Марийского Заволжья созданием лесных культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.): Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2020. 21 с.
- Осипенко Р.А., Зарипов Ю.В., Белов Л.А., Морозов А.Е. Опыт рекультивации песчаных карьеров в северной подзоне тайги // Леса России и хозяйство в них. 2020. № 4 (75). С. 12-19. DOI: 10.51318/FRET.2020.40.90.002
- Копцик Г.Н., Копцик С.В., Смирнова И.Е. Альтернативные технологии ремедиации техногенных пустошей в Кольской Субарктике // Почвоведение. 2016. № 11. С. 1375-1391. DOI: 10.7868/S0032180X16090082
- Лусис А.В., Иванова Л.А., Горбачева Т.Т., Румянцева А.В. Формирование противоэрозионного растительного покрова на песчаном карьере в условиях Арктики с помощью осадка сточных вод // Горные науки и технологии. 2023. Т. 8. № 3. С. 223-231. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-01-73
- Garbini G.L., Caracciolo A.B., Rolando L. et al. Effects of municipal waste compost on microbial biodiversity and energy production in terrestrial microbial fuel cells // New Biotechnology. 2023. Vol. 78. P. 131-140. DOI: 10.1016/j.nbt.2023.10.009
- Asemaninejad A., Langley S., Mackinnon T. et al. Blended municipal compost and biosolids materials for mine reclamation: Long-term field studies to explore metal mobility, soil fertility and microbial communities // Science of The Total Environment. 2021. Vol. 760. № 143393. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143393
- Shengguo Xue, Feng Zhu, Xiangfeng Kong et al. A review of the characterization and revegetation of bauxite residues (Red mud) // Environmental Science and Pollution Research. 2016. Vol. 23. Iss. 2. P. 1120-1132. DOI: 10.1007/s11356-015-4558-8
- Asensio V., Covelo E.F., Kandeler E. Soil management of copper mine tailing soils – Sludge amendment and tree vegetation could improve biological soil quality // Science of The Total Environment. 2013. Vol. 456-457. P. 82-90. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.03.061
- Novo L.A.B., Covelo E.F., González L. The use of waste-derived amendments to promote the growth of Indian mustard in copper mine tailings // Minerals Engineering. 2013. Vol. 53. P. 24-30. DOI: 10.1016/j.mineng.2013.07.004
- Lingyan Zhou, Zhaolong Li, Wen Liu et al. Restoration of rare earth mine areas: organic amendments and phytoremediation // Environmental Science and Pollution Research. 2015. Vol. 22. Iss. 21. P. 17151-17160. DOI: 10.1007/s11356-015-4875-y
- Lin Zhang, Wen Liu, Shenghong Liu et al. Revegetation of a barren rare earth mine using native plant species in reciprocal plantation: effect of phytoremediation on soil microbiological communities // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. Iss. 2. P. 2107-2119. DOI: 10.1007/s11356-019-06645-2
- Копцик Г.Н., Смирнова И.Е., Копцик С.В. и др. Эффективность ремедиации почв техногенных пустошей вблизи комбината «Североникель» на Кольском полуострове // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2015. № 2. С. 42-48.
- Виноградов Д.В., Василева В.М., Макарова М.П. и др. Агроэкологическое действие осадка сточных вод и его смесей с цеолитом на агроценозы масличных культур // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 3. С. 127-133. DOI: 10.25750/1995-4301-2019-3-127-133
- Asensio V., Vega F.A., Andrade M.L., Covelo E.F. Technosols Made of Wastes to Improve Physico-Chemical Characteristics of a Copper Mine Soil // Pedosphere. 2013. Vol. 23. Iss. 1. P. 1-9. DOI: 10.1016/S1002-0160(12)60074-5
- Петрова Т.А., Рудзиш Э. Рекультивация техногенно-нарушенных земель с применением осадков сточных вод в качестве мелиорантов // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 767-776. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.16
- Пуртова Л.Н., Костенков Н.М., Семаль В.А., Комачкова И.В. Эмиссия углекислого газа из почв природных и антропогенных ландшафтов юга Приморья // Фундаментальные исследования. 2013. № 1. Ч. 3. С. 585-589.
- Иванова Л.А., Лусис А.В., Горбачева Т.Т., Красавцева Е.А. Пора восстанавливать Арктику. Использование отходов производства и потребления региональных водопроводно-канализационных хозяйств для реабилитации нарушенных ландшафтов. Апатиты: Кольский научный центр РАН, 2023. 77 с. DOI: 10.37614/978.5.91137.494.5
- Шмакова Н.Ю., Иванова Л.А., Ермолаева О.В., Лусис А.В. Фотосинтетическая продуктивность искусственно созданных фитоценозов с применением осадка сточных вод // Маркшейдерия и недропользование. 2023. № 3 (125). С. 60-68. DOI: 10.56195/20793332_2023_3_60_68
- Hamkalo Z., Bedernichek T. Total, cold and hot water extractable organic carbon in soil profile: impact of land-use change // Zemdirbyste-Agriculture. 2014. Vol. 101. № 2. P. 125-132. DOI: 10.13080/z-a.2014.101.016
- Корнейкова М.В., Васенев В.И., Салтан Н.В. и др. Анализ эмиссии СО2 городскими почвами в условиях Крайнего Севера // Почвоведение. 2023. № 11. С. 1385-1399. DOI: 10.31857/S0032180X23600373
- Mikha M.M., Benjamin J.G., Stahlman P.W., Geier P.W. Remediation/Restoration of Degraded Soil: I. Impact on Soil Chemical Properties // Agronomy Journal. 2014. Vol. 106. Iss. 1. P. 252-260. DOI: 10.2134/AGRONJ2013.0278
- Хордан М.М., Бек Дж., Гарсия-Санчес Э., Гарсия-Оренес Ф. Анализ объемной плотности и агрегатной устойчивости в перколяционных колоннах // Записки Горного института. 2016. Т. 222. С. 877-881. DOI: 10.18454/PMI.2016.6.877
- Matiasek S.J., Pellerin B.A., Spencer R.G.M. et al. Water-soluble organic carbon release from mineral soils and sediments in an irrigated agricultural system // Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 343. № 118184. DOI: 10.1016/j.jenvman.2023.118184
- Бобрик А.А. Закономерности эмиссии парниковых газов почвами северотаежных и лесотундровых экосистем Западной Сибири: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М.: Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, 2016. 26 с.
- Singh A.K., Kumar S., Kalambukattu J.G. Assessing aggregate stability of soils under various land use/land cover in a watershed of Mid-Himalayan Landscape // Eurasian Journal of Soil Science. 2019. Vol. 8. Iss. 2. P. 131-143. DOI: 10.18393/ejss.514319
- Хлыстов И.А. Углерод и азот органических соединений почвы в условиях загрязнения выбросами медеплавильного завода // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 5. С. 17-22.
- Šeremešić S., Milošev D., Sekulić P. et al. Total and hot-water extractable carbon relationship in chernozem soil under different cropping systems and land use // Journal of Central European Agriculture. 2013. Vol. 14. Iss. 4. P. 1496-1504. DOI: 10.5513/JCEA01/14.4.1382
- Ortner M., Seidel M., Semella S. et al. Content of soil organic carbon and labile fractions depend on local combinations of mineral-phase characteristics // SOIL. 2022. Vol. 8. Iss. 1. P. 113-131. DOI: 10.5194/soil-8-113-2022
- Шамрикова Е.В., Кубик О.С., Денева С.В., Пунегов В.В. Состав водорастворимой фракции почв побережья Баренцева моря: органический углерод и азот, низкомолекулярные компоненты // Почвоведение. 2019. № 11. С. 1322-1338. DOI: 10.1134/S0032180X19110108
- Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г., Зукерт Н.В. и др. Межгодовые изменения ФАР и влажности почвы в теплый сезон могут быть важнее для направления годового углеродного баланса в тундрах, чем колебания температуры // Журнал общей биологии. 2013. Т. 74. № 1. С. 3-22.
- Гончарова О.Ю., Семенюк О.В., Матышак Г.В., Богатырев Л.Г. Биологическая активность городских почв: пространственная вариабельность и определяющие факторы // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1009-1022. DOI: 10.31857/S0032180X22080032
- Xiaomei Chen, Muying Liu, Zhanying Xu, Hui Wei. Influences of temperature and moisture on abiotic and biotic soil CO2 emission from a subtropical forest // Carbon Balance and Management. 2021. Vol. 16. № 18. DOI: 10.1186/s13021-021-00181-8