Кузбасс - наиболее урбанизированный регион Западной Сибири, где сосредоточено 37 % промышленно-производственных фондов и проживает 22 % населения Западной Сибири. Площадь земельных угодий составляет 9,6 млн. га. Наиболее крупными категориями земель являются земли запаса и лесного фонда, которые занимают 5,1 млн. га (49,8%) и земли сельскохозяйственного назначения - 3,5 млн. га (32,6%). Общие потери земельного фонда составляют 16 % от всей территории.
Резкие изменения, вызванные горнодобывающими работами, сопровождаются целым рядом отрицательных последствий, охватывающих всю область и прилегающие территории, вследствие переноса загрязнителей с нарушенных земель. Отрицательное влияние нарушенных земель проявляется в загрязнении почвы и атмосферы продуктами эрозии и дефляции, иссушением или подтоплением территорий, снижением биологической продуктивности прилегающих территорий. Восстановление плодородия и биологической продуктивности нарушенных земель становится социальной проблемой, от успешности решения которой зависит здоровье населения.
Рекультивация является ведущим направлением оптимизации экологической обстановки, восстановления продуктивной ценности нарушенных земель. Лесной рекультивации принадлежит ведущая роль в преобразовании и облагораживании окружающей среды. Лесная растительность отличается долговечностью к неблагоприятным факторам. Она даёт большую массу «живого вещества» на единицу площади и в целом обладает значительными средообразующими функциями.
Это не снижает важности и необходимости проведения сельскохозяйственной рекультивации, главной задачей при этом является ускоренное восстановление почвенного плодородия и получение полезной продукции.
Нами проведены многолетние исследования по созданию луговых агрофитоценозов на техногенных ландшафтах при проведении сельскохозяйственной рекультивации с нанесением плодородного слоя почвы и с использованием многолетних злаковых и бобовых трав.
Были поставлены задачи: определить пригодность техногенного элювия вскрышных пород угольных отвалов для сельскохозяйственной рекультивации и изучить особенности роста и развития, жизнеспособность и формирование травостоя на вскрышных породах с нанесением плодородного слоя почвы мощностью до 50 см.
Опытное поле расположено на вскрышных породах старовозрастного угольного отвала (16 лет) Кедровского разреза Кемеровского района. Для изучения особенностей создания луговых агроценозов и разработки научно-обоснованных технологических приёмов возделывания многолетних злаковых и бобовых трав были заложены мелкоделяночные опыты. В опытах использовались 6 видов злаковых (кострец безостый, житняк гребневидный, волоснец сибирский, овсяница луговая, пырей ползучий, тимофеевка луговая) и 5 видов бобовых трав (донник белый, клевер розовый, галега восточная, эспарцет песчаный, люцерна посевная). Исследования проводились на вариантах: вскрышные породы (ВП), ВП + плодородный слой почвы (ПСП) 10 см, ВП + ПСП 30 см, ВП + ПСП 50 см. норма высева семян многолетних трав для злаковых - 7 , для бобовых - 4 млн. шт. всхожих семян на гектар. Исследования проводились согласно методике опытов на сенокосах и пастбищах.
Техногенные комплексы отличаются от природных и культурных ландшафтов специфической структурой и экологией. Изучение агрохимических, водно-физических свойств и гранулометрического состава вскрышных пород угольного отвала позволяют считать их, по классификации В.М. Курачева (1992), потенциально плодородными, пригодными для биологической рекультивации. Преобладающими являются четыре группы пород: лессовидные суглинки, песчаники, алевролиты и аргиллиты. Гранулометрический состав техногенного элювия разнообразен. По соотношению фракций различного диаметра прослеживается преобладание тонких фракций (крупной пыли и ила). Плотность техногенного элювия (0-30 см) составляет 1,38-1,4 г/см2. Порозность и наименьшая влагоёмкость убывают от верхних горизонтов в нижним по мере повышения плотности сложения. Наименьшая влагоёмкость в 1,5 меньше чем на зональных почвах (чернозём выщелоченный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый), водопроницаемость в первый час равна 16,8-22,7 мм/сек, в четвёртый - 6,6-13,6 мм/сек.
Содержание гумуса в слое 0-20 см составило 4,1 %, а на зональный почвах 7,4 %; азота соответственно 0,13 и 0,46 %; подвижных форм фосфора и калия - 101 и 116; 142 и 162 мг/кг почвы. По обеспеченности основными элементами питания техногенный элювий вскрышных пород слабо обеспечен азотом, средне обеспечен фосфором и калием.
Для определения влияния сроков посева на полевую всхожесть и жизнеспособность злаковых и бобовых многолетних трав семена высевались на вскрышные породы весной (10-11, 18-20, 29-30 мая) и летом ( 10,20,30 июля). Наиболее оптимальным сроком посева является ранневесенний (10-11 мая). В это срок наблюдается прогревание техногенного элювия до 10-13 0С. Запас почвенной влаги составляет 60-65 % полевой влагоёмкости. Наиболее высокая полевая всхожесть отмечается у костреца безостого и донника белого; при ранне-весеннем сроке сева она составила соответственно 63,1 и 66,0 %, при летнем - 42,8 и 43,8 %. Низкая полевая всхожесть, особенно в летние сроки, отмечается у люцерны посевной и клевера розового составляет от 47% до 36%.
Растения при летних сроках посева уходят в зиму в фазу кущения-ветвления со слаборазвитой корневой системой и небольшим запасом питательных веществ, что отрицательно влияет на сохранность и зимостойкость растений. Процент отросших растений на второй год жизни составляет при весеннем сроке от 40 до 60 %, при летнем 34-51% от числа высеянных семян. Продуктивность зеленой массы (высота среза 5-6 см) в первый год использования составила 2,6-3,5 т/га при весеннем сроке и от 2,1 до 3,0 т/га при летнем сроке посева.
На основание многолетних наблюдений можно сделать вывод, что посев многолетних трав необходимо проводить в весенние сроки (10-11 мая). Летние сроки посева снижают жизнеспособность растений в 1,3-1,5 раза. Нанесение плодородного слоя мощностью 30-50 см способствует увеличению полевой всхожести, сохранности и зимостойкости растений, среди которых лучшими являются кострец безостый, житняк гребневидный, донник белый, эспарцет песчаный и галега восточная.
Для злаковых трав наиболее устойчивое вегетативное размножение отмечается у костреца безостого и житняка гребневидного, что обеспечивает интенсивное побегообразование. Для бобовых трав закономерно снижение вегетативного возобновление с увеличением возраста.
Лучшая урожайность была у костреца безостого и составила от 5,14 т/га (вариант ВП) до 10,75 т/га (вариант ВП + ПСП 50 см). К четвёртому году у костреца безостого не наблюдается снижение продуктивности надземной массы, что можно объяснить его биологическими особенностями. Средняя урожайность для них соответственно равна на варианте ВП (контроль) 4,65, 5,12 и 4,47 т/га. На лучшем варианте (ВП + ПСП 50см) она составила соответственно 8,38, 8,63 и 8,4 т/га. Урожайность на том варианте для выше названных видов по сравнению с контролем увеличилась почти в 2 раза.
Самая низкая урожайность отмечена у овсяницы луговой, и в среднем она составила на контроле (ВП) 4,07 т/га, на варианте с нанесением плодородного слоя 50 см - 8,22 т/га.
Лучшими по урожайности среди бобовых трав являются донник белый и галега восточная. Урожайность зеленой массы донника белого на второй год жизни на варианте (ВП) составляет 5,4 т/га, на вариант ВП + ПСП 30-50 см - 7,53-8,54 т/га. Биологические особенности донника белого позволяют его использовать как один из лучших фитомелиоратов при сельскохозяйственной рекультивации. Урожайность зелёной массы галеги восточной на варианте ВП + ПСП 30 см - 8,69, а на варианте ВП + ПСП 50 см в среднем составила 8,96 т/га. Галегу восточную по комплексу биологических свойств и хозяйственно ценных признаков можно считать перспективной для формирования устойчивых продуктивных фитоценозов на нарушенных землях. Урожайность люцерны посевной и эспарцета песчаного была несколько ниже, чем у донника белого и галеги восточной. Наблюдалось некоторое снижение к четвертому году жизни. В среднем за 2-4-й годы жизни она составила на варианте ВП + ПСП 50 см - 6,64 и 8,2 т/га. На техногенных ландшафтах, как и зональных почвах, они при правильном использовании могут произрастать и давать высокие урожаи 4-5 лет.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Вскрышные породы угольных отвалов по гранулометрическому составу и по основным показателям агрофизических и водно-физических свойств относятся к потенциально плодородным, пригодным для сельскохозяйственной рекультивации с использованием многолетних злаковых и бобовых трав. Степень обеспеченности азотом, подвижными формами фосфора и калия характеризуется средними значениями.
2. Создание оптимальных условий для роста и развития злаковых и бобовых трав в чистом виде и травосмесях возможно при нанесении плодородной почвы мощностью 30-50 см при ранних весенних сроках посева (10-11 мая), с нормой высева 7 млн. шт. всхожих сеням на гектар.
3. Лучшими по жизнеспособности, формированию выровненного травостоя и продуктивность являются донник белый, кострец безостый и злаково-бобовые травосмеси. Урожайность зелёной массы на вскрышных породах в среднем для них составляет 5-7 т/га, с нанесением плодородного слоя почвы мощностью 30-50см - 11-15 т/га. Величина урожая соответствует аналогичной для зональных злаково-разнотравных суходольных лугов.
Литература:
- Использование многолетних трав при сельскохозяйственной рекультивации на угольных отвалах Кедровского разреза / Материалы международной межвузовской конференции. - Кемерово, 1998. - С.211-214.
- Влияние сельскохозяйственной рекультивации на азотфиксирующую активность угольных отвалов // День Земли: экология и образование / Материалы III Международной межвузовской конференции. - Бийск, 1998. - С. 166-168.
- О программе исследований по рекультивации техногенных ландшафтов Кузбасса // Почва, жизнь, благосостояние / Материалы международной конференции. - Пенза, 2000. - С. 17-19.