Разработка комплексных мероприятий по фитосанации для восстановления агроэкосистем в промышленном регионе

Введение . Одной из актуальных проблем современного природопользования является деградация почвенного покрова на огромных массивах хозяйственно значимых земель. Это обусловливает нарушение функциональных связей всех компонентов агроэкосистем и дезорганизацию глобальных геохимических потоков. При этом наблюдается массовое проникновение поллютантов в миграционные циклы химических соединений [3, 5, 7].

Известно, что АО «РУСАЛ Ачинск» является крупнейшим производителем глинозема в нашей стране. Неотъемлемой частью технологического процесса получения глинозема является размещение отходов на шламохранилище, представляющем собой гидротехническое сооружение намывного типа площадью 451 га. В процессе эксплуатации шла-мохранилища наблюдается загрязнение прилегающей к нему территории дренажными водами.

Чтобы восстановить техногенно нарушенные земли, необходимо разработать комплексную систему агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, и в частности, фитосанацию почвенного покрова [1, 2]. Обязательным этапом является обоснование использования конкретных видов растений, создающих устойчивый травяной покров и обладающих высокой адаптацией к техногенному загрязнению почвы [9]. Для этого первоначально в лабораторных условиях изучались особенности роста и развития растений на экспериментальных субстратах, которые планируется использовать при рекультивации территории.

Цель исследования : определить перспективные виды многолетних травянистых растений для фитосанации почвенного покрова на загрязненных территориях в районе шламохранилища АО «РУСАЛ Ачинск».

Задачи исследования :

– проанализировать химический состав техногенных промпродуктов, используемых для санации загрязненных почв;

– оценить в лабораторно-вегетационном опыте адаптацию разных травосмесей многолетних трав для произрастания на экспериментальных субстратах.

Методика проведения исследования . На основании анализа литературных источников были определены адаптированные к условиям Сибири многолетние травы - это мятлик луговой ( Poa pratensis L.), тимофеевка луговая ( Phleum pratense L.), донник желтый ( Melilotus officinalis ), клевер ползучий, или белый ( Trifolium repens L.), и составлены несколько вариантов травосмесей [4, 8, 12, 13].

Перспективность разных вариантов травосмесей многолетних трав для фиторемидиационных целей изучалась в лабораторно-вегетационном экспери- менте на базе кафедры экологии и естествознания Красноярского государственного аграрного университета в 2017 году.

Для приготовления субстратов использовался почвогрунт с 4 реперных участков и следующие техногенные промпродукты: ил со дна пруда-охладителя сбросных вод ТЭЦ АО «РУСАЛ Ачинск»; супесь вскрышной породы добычи песка в пойме р. Чулым; ил с левобережных очистных сооружений г. Ачинска (5-летний). Субстраты готовились по схеме, указанной в таблице 1.

Таблица 1

Вариант	Состав	Соотношение компонентов
Участок A
1.1	Грунт	1
1.2	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : супесь	1 : 1 : 1
1.3	Грунт : ил с очистных сооружений г. Ачинска : супесь	1 : 0,5 : 0,5
1.4	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : ил с очистных сооружений г. Ачинска	1 : 1 : 0,5
Участок B
2.1	Грунт	1
2.2	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : супесь	1 : 1 : 1
2.3	Грунт : ил с очистных сооружений г. Ачинска : супесь	1 : 0,5 : 0,5
2.4	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : ил с очистных сооружений г. Ачинска	1 : 1 : 0,5
Участок C
3.1	Грунт	1
3.2	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : супесь	1 : 1 : 1
3.3	Грунт : ил с очистных сооружений г. Ачинска : супесь	1 : 0,5 : 0,5
3.4	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : ил с очистных сооружений г. Ачинска	1 : 1:0,5
Участок D
4.1	Грунт	1
4.2	Грунт : супесь	1 : 0,5

Варианты экспериментальных субстратов, используемых в опыте

Лабораторно-вегетационный опыт закладывался в трехкратной повторности в сосудах объемом 0,5 л согласно требованиям типовых методик [10, 11].

Подготовленные субстраты предварительно увлажнялись. Затем производился посев травосмесей на глубину 1-1,5 см. На 24-й день определялась биомасса растений.

Для посева использовалось три варианта смесей многолетних трав:

• -    вариант № 1 - мятлик луговой - 50 %, тимофеевка луговая - 50 %;

• -    вариант № 2 - мятлик луговой - 40 %, тимофеевка луговая - 40 %, донник желтый - 20 %;

• -    вариант № 3 - мятлик луговой - 40 %, тимофеевка луговая - 40 %, клевер белый - 20 %.

Результаты исследования . По данным протоколов испытаний ФГБУ «Красноярского референтного центра Россельхознадзора» проанализирован химический состав используемых техногенных промпродуктов. Данные лабораторного анализа приведены в таблицах 2 и 3, из которых видно, что ил со дна пруда охладителя сбросных вод ТЭЦ имеет щелочную реакцию среды (рН водной вытяжки 8,6), очень низкое содержание органического вещества (< 1,0) и нитратного азота, высокое количество подвижного фосфора и обменного калия, среднее -марганца.

Таблица 2

Химический состав техногенных промпродуктов

(по данным протоколов испытаний ФГБУ «Красноярского референтного центра Россельхознадзора»)

Компонент	рН водной вытяжки	Орган. вещество, %	Фосфор подвижный	Калий подвижный	Мn	N-NО 3
			Подвижные ф		ормы, мг/кг
Ил со дна пруда-охладителя сбросных вод ТЭЦ	8,6	< 1,0	72,0	1498,0	237,8	< 2,8
Ил с очистных сооружений (5-летнего хранения)	6,3	50,2	1670	543	720,4	394
Супесь вскрышной породы	7,8	< 1,0	106,0	81,0	-	< 2,8

По своей характеристике супесь вскрышной породы добычи песка близка к илу со дна пруда охладителя сбросных вод ТЭЦ, но отличается менее щелочной реакцией среды, сравнительно низким содержанием форм подвижного калия и отсутствием марганца.

Анализ химического состава ила с очистных сооружений г. Ачинска 5-летнего хранения указывает на его нейтральную реакцию среды и высокое содержание органического вещества и подвижных соединений фосфора, азота, марганца и обменного калия, содержание тяжелых металлов не превышает нормативов безопасности.

Таблица 3

Химический состав ила с очистных сооружений г. Ачинска

5-летнего хранения (по данным протоколов испытаний ФГБУ «КРЦ Россельхознадзора»)

Компонент	Сd      \	Cu	F (подв.)     \	Pb
	мг/кг
Ил с очистных сооружений (5-летнего хранения)	2,47	126,7	< 0,95	19,75
Норматив	2,00	132,00	2,80	32,00

Таким образом, ил с левобережных очистных сооружений г. Ачинска и супесь вскрышной породы добычи песка в пойме реки Чулым соответствует санитарно-эпидемиологическим требованиям и могут быть использованы в качестве компонентов субстрата для санации загрязненных почв территорий, прилегающих к шламохранилищу АО «РУСАЛ Ачинск».

Для участка A изучались 4 варианта смешивания компонентов грунтов. Полученные результаты по фитомассе приведены в таблице 4.

Таблица 4

Вариант	Состав	Соотношение компонентов	Биомасса растений, г/м2
			Смесь № 1	Смесь № 2	Смесь № 3
1	2	3	4	5	6
7
1.1	Грунт	1	0	0	0
1.2	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : супесь	1:1:1	243,5±6,7	189,6±10,3	293,6±6,8
1.3	Грунт : ил с очистных сооружений г. Ачинска : супесь	1:0,5:0,5	364,9±14,1	246,3±13,2	380,9±9,4
1.4	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : ил с очистных сооружений г. Ачинска	1:1:0,5	222,7±6,5	155,3±11,3	255,9±7,5

Окончание табл. 4

1 1	2	3                 1            4              1		5	6
Участок B
2.1	Грунт	1	0	0	0
2.2	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : супесь	1:1:1	256,8±8,7	145,6±5,9	298,7±7,7
2.3	Грунт : ил с очистных сооружений г. Ачинска : супесь	1:0,5:0,5	346,7±10,5	292,2±10.4	376,3±11,1
2.4	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : ил с очистных сооружений г. Ачинска	1:1:0,5	312,9± 13,1	160,8±8,7	325,5±8,7
Участок C
3.1	Грунт	1	114,3±5,8	80,6±6,2	152,9±6,4
3.2	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : супесь	1:1:1	277,1±11,3	252,2±12,2	301,5±9,3
3.3	Грунт : ил с очистных сооружений г. Ачинска : супесь	1:0,5:0,5	401,3±12,5	363,2±14,3	436,2±7,5
3.4	Грунт : ил со дна пруда-отстойника ТЭЦ : ил с очистных сооружений г. Ачинска	1:1:0,5	244,7±13,4	220,0±11,0	264,3±12,4
Участок D
4.1	Грунт	1	122,7±9,1	89,5±7,6	145,6±13,2
4.2	Грунт : супесь	1:0,5	319,5±11,2	241,2±9,4	375,4±10,3

Биомасса растений, полученная на разных опытных вариантах

Установлено, что на варианте 1.1 (загрязненный почвогрунт – 100 %) всходы растений были единичными и быстро погибали. Наибольшей продуктивностью среди изучаемых субстратов, приготовленных на основе образцов с реперного участка A, характеризовался вариант 1.3 – почвогрунт : ил с очистных сооружений г. Ачинска : супесь в соотношении 1:0,5:0,5. Зафиксирована достоверная разница с вариантами 1.2 и 1.4. Среди травосмесей наиболее продуктивной оказалась смесь № 3 – мятлик – 40 %, тимофеевка – 40 %, клевер белый – 20 %.

Подобные результаты были получены и на субстратах с реперных участков B и C.

Испытание травосмесей, где основой служил почвогрунт с участка D, показало достоверное превосходство по продуктивности трав на составе 4.2 – почвогрунт : супесь, над вариантом 4.1 – почвогрунт. Лучшей травосмесью признана, как и в предыдущих вариантах, смесь № 3 : мятлик – 40 %, тимофеевка – 40 %, клевер белый – 20 %, второе ранговое положение занимает смесь № 1 (мятлик – 50 %, тимофеевка – 50 %). Наименьшая биомасса получена при использовании травосмеси № 2: мятлик – 40 %, тимофеевка – 40 %, донник желтый – 20 %. Разница статистически достоверна.

Выводы. На основании анализа химического состава техногенных промпродуктов (вскрышной по- роды добычи песка в пойме р. Чулым; ила со дна пруда-охладителя вод ТЭЦ АО «РУСАЛ Ачинск»; ила 5-летнего хранения с левобережных очистных сооружений г. Ачинска) можно рекомендовать их для использования в качестве компонентов субстратов, предназначенных для восстановления нарушенной территории, примыкающей к шламохранилищу АО «РУСАЛ Ачинск».

По итогам лабораторно-вегетационных исследований установлена эффективность использования для фитосанации техногенно-нарушенных территорий в районе шламохранилища травосмеси следующего состава – мятлик луговой, тимофеевка луговая и клевер белый (или ползучий) в процентном соотношении 40 : 40 : 20.

Применение нетоксичных техногенных материалов в качестве компонентов субстратов и посев смеси многолетних трав обеспечивают почвовосстанавливающую роль и нормальное функционирование агроэкосистемы в промышленном регионе при сравнительно низких энерго- и капиталовложениях.