Рекультивация земель после добычи полезных ископаемых, например, угля, для сельскохозяйственных целей по-прежнему остается большой проблемой. Вместе с тем, традиционно предлагаемые для этого культуры, такие как мискантус или ива, не показывают ни экономически выгодного урожая, ни желаемой динамики восстановления плодородия. Новый метод рекультивации сельхозрекультивации после добычи полезных ископаемых путем выращивания промышленной конопли в ротации с люцерной впервые применили в проекте EKOHEMPKON.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива польских исследователей из Института биологических наук Университета кардинала Стефана Вышинского в Варшаве и Института натуральных волокон и лекарственных растений, авторы которой рассказывают о возрождении земель новым подбором культур.
…Планы по управлению отходами после добычи угля и рекультивация территорий, деградировавших в результате добычи угля, являются обязательными шагами и одним из важнейших видов деятельности шахты после прекращения добычи. Однако выполнить преобразование деградировавших земель в полностью функциональную и стабильную экосистему – непростая задача.
Сельскохозяйственная рекультивация - один из наиболее сложных методов, поскольку она требует восстановления надлежащей структуры почвы и улучшения ее физико-химических и биологических свойств посредством агротехнических обработок. И, в первую очередь, необходимо восстановление гумусового слоя, который определяет плодородие почвы и влияет на рост и развитие растений. Основным источником гумуса является органическое вещество почвы, содержание которого, однако, в большинстве субстратов после добычи угля очень низкое.
Выбор соответствующих культур для рекультивации, дающих высокий уровень биомассы, а также правильный севооборот могут помочь восстановить органическое вещество почвы, в то время как агротехнические процедуры, такие как вспашка, внесение удобрений и т. д., могут ускорить процессы его трансформации (минерализации и гумификации) и повлиять на биологическую активность рекультивированной почвы после добычи полезных ископаемы
В настоящее время сельскохозяйственная рекультивация деградированных земель осуществляется путем выращивания ограниченного количества культур, которые затем используются для получения энергии, продовольствия и корма.
Однако применяемые до сих пор методы сельскохозяйственной рекультивации не дают удовлетворительных результатов урожайности. Почва, опустошенная выемкой грунта, с неравномерным составом и дефицитом некоторых важных питательных веществ, не подходит для производства пищевых или кормовых культур. Кроме того, некоторые растения, такие как мискантус, энергетическая ива или кенаф, требуют больших затрат на выращивание и, как было установлено, зависят от климатических условий.
Новый метод рекультивации этих земель после добычи полезных ископаемых путем выращивания промышленной конопли в ротации с люцерной был исследован в рамках проекта LIFE11 ENV/PL/445 EKOHEMPKON, реализованного в период 2013–2018 гг. Люцерна в ротации с другими растениями, такими как злаки, часто использовалась при рекультивации территорий после добычи полезных ископаемых или деградированных территорий, тогда как ее ротация с коноплей была впервые использована в проекте EKOHEMPKON.
Оба вида растений (промышленная конопля и люцерна) были выбраны, поскольку они обеспечивают высокий выход биомассы и имеют хорошо развитую корневую систему.
Техническая конопля, однолетнее растение, может быть легко включена в севооборот, и ее выращивание не требует использования пестицидов, так как она естественно устойчива к болезням и вредителям, подавляет рост сорняков и меньше зависит от погодных условий. Конопля является одним из волокнистых растений, наиболее часто используемых в фиторемедиации из-за ее высокой устойчивости к загрязнению почвы тяжелыми металлами, но возможность ее использования при рекультивации земель после добычи полезных ископаемых или в качестве элемента севооборота плохо документирована в литературе.
Основное предположение проекта EKOHEMPKON состояло в том, что при запашке в почву остатков конопли, они обогатят почву целлюлозой и будут способствовать более быстрому восстановлению гумусного слоя, в то время как люцерна, растение, живущее в симбиозе с клубеньковыми бактериями, обогатит почву азотом и ускорит процессы разложения и минерализации органического вещества. Результаты подтвердили эти предположения.
В течение шести лет рекультивации наблюдалось постепенное увеличение уровня гумуса в почве и питательных веществ. По мере улучшения физических и химических свойств почвы на рекультивированных участках они со временем становились все более продуктивными.
Фундаментальным компонентом экологического восстановления является восстановление почвенной фауны, но, несмотря на это, лишь немногие исследования затрагивают эту тему.
Почвенная фауна имеет решающее значение для формирования почвы, разложения подстилки, круговорота питательных веществ, биотической регуляции и стимулирования роста растений.
Между тем, растения влияют на почвенные сообщества посредством поступления подстилки и корневых выделений, мутуалистических отношений и формирования среды обитания.
Однако проект EKOHEMPKON и предыдущие работы на тех же участках не изучали, как развивались почвенные фаунистические сообщества в период рекультивации. Поэтому исследования, проведенные в последний (т. е. шестой) год рекультивации, были сосредоточены в основном на микрофауне (нематоды) и мезофауне (ногохвостки и клещи), которые относятся к почвенным группам, наиболее часто используемым в качестве биоиндикаторов. Они могут как влиять, так и отражать изменения, происходящие в почвенной экосистеме.
Нематоды, в частности, являются ключевой группой почвенных беспозвоночных, представленных на всех гетеротрофных уровнях почвенной пищевой сети. Трофическая структура сообществ нематод в основном определяется наличием питательных веществ в почве, поэтому изменения в структуре сообщества нематод можно использовать для оценки экологического состояния почвы.
Целью исследования было выяснить, как численность и структура сообщества нематод и микроартропод (клещей и коллембол) отражают состояние биологической активности и процессов в почве после добычи полезных ископаемых после шести лет рекультивации. Более конкретными целями исследования были оценка влияния (i) видов растений, используемых при рекультивации, и (ii) различных схем рекультивации (последовательности видов растений в шестилетнем цикле ротации) на сообщества нематод, коллембол и клещей.
Два исследовательских участка были расположены в карьере Казимеж (принадлежит Конинскому лигнитовому руднику) недалеко от города Казимеж-Бискупи (центрально-западная Польша), где горнодобывающая деятельность закончилась в 1997 году (участок I) и в 2008 году (участок II), то есть через 5 и 15 лет.
На этих участках сельскохозяйственная рекультивация началась в 2013 году на общей площади 25 га.
Каждый объект включал три участка: два участка, где рекультивация проводилась путем выращивания промышленной конопли (H) или люцерны (A), и один нерекультивированный участок (NR), где происходила спонтанная сукцессия. В 2016 году после трех лет вегетации на каждом рекультивированном участке был проведен севооборот: участок, на котором ранее выращивалась люцерна, впоследствии засевали под коноплю (3A3H), а люцерну высевали на участке, ранее занятом коноплей (3H3A).
Ежегодно после вегетационного периода растения скашивали, а всю биомассу заделывали в почву. Каждую весну вносили удобрения в следующих дозах: фосфор (150 кг/га), калий (215 кг/га) и азот (150 кг N/га под коноплю, азотное удобрение под люцерну не применялось). Коноплю (польский сорт Бялобежская (Białobrzeskie)), однолетнее растение, высевали при норме 40 кг/га.
Результаты показали существенные различия в численности и структуре сообществ фауны между методами рекультивации 3H3A и 3A3H, а также между рекультивированными участками и нерекультивированными (NR) участками, где происходила спонтанная сукцессия.
Три группы животных были более многочисленны в рекультивированной почве по сравнению с почвой NR. Самая высокая плотность нематод наблюдалась на участках 3H3A, а мезофауны — на участках 3A3H.
Методы рекультивации оказали положительное влияние на группы, участвующие в регуляции минерализации C и N, в частности на питающихся бактериями и гифами нематод и орибатидных клещей, и отрицательное влияние на питающихся растениями нематод и эвэдафических коллембол.
Вывод в том, что большинство параметров изученной биоты ясно указывают на эффективность применяемых методов преобразования деградированных земель в почвы, находящиеся в сельскохозяйственном использовании.
По статье группы авторов (Красимира Илиева-Макулец, Анна Аугустынюк-Крам, Камиль Карабан, Яцек Колодзей, Ежи Маньковский), опубликованной в журнале Agriculture 2024 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.