способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель

Формула изобретения

Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, предусматривающий планировку их поверхности, внесение азотных, фосфорных, калийных минеральных солей и использование биологически активного продукта перекисно-аммиачного гидролиза торфа, содержащего гуминовые кислоты, вспашку и посев семян, отличающийся тем, что биологически активный продукт перекисно-аммиачного гидролиза торфа при концентрации 0,0025-0,005% по содержанию гуминовых кислот используют для обработки семян перед посевом и вегетирующих растений с ежегодным проведением обработки вегетирующих растений и, по мере необходимости, дополнительным подсевом семян и внесением азотных, фосфорных, калийных минеральных солей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам рекультивации, нарушенных при добыче угля земель.

Известен способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, включающий планировку поверхности, внесение угольных отходов перед вспашкой, посев семян растений и инокуляцию штаммом Azotobacter chroococcum Mut-1 N ВНИИСХМ В-35 Д с посевом семян растений, при этом культуру берут в количестве 100-200 г/га /1/.

Недостатком способа является необходимость заказывать штаммы микроорганизмов в специализированном учреждении, которые в неблагоприятных условиях посттехногенных грунтов не будут работать без проведения полива, что часто невозможно осуществить. Кроме того, за счет трудности адаптации микроорганизмов к грунту эффективность их будет мала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель /2/. Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель включает планировку их поверхности, внесение химического препарата, включающего гуминовые кислоты и микроорганизмы, вспашку и посев семян, а в качестве химического препарата применяют органоминеральное удобрение, содержащее торф с адаптированными к нарушенным землям микроорганизмами, азотные, фосфорные, калийные минеральные соли и остаток от перекисно-аммиачного гидролиза торфа, являющийся отходом производства при получении стимулятора роста растений и содержащий гуминовые кислоты, причем органоминеральное удобрение вносят перед вспашкой в количестве 10-50 т/га.

К недостаткам способа прототипа относится его трудоемкость и высокая экономическая затратность, связанная с необходимостью приготовления в больших объемах органоминерального удобрения для рекультивации нарушенных земель.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании способа рекультивации нарушенных при добыче угля земель, предусматривающий планировку их поверхности, внесение азотных, фосфорных, калийных минеральных солей и использование биологически активного продукта перекисно-аммиачного гидролиза торфа, содержащего гуминовые кислоты, вспашку и посев семян, причем биологически активный продукт перекисно-аммиачного гидролиза торфа при концентрации 0,003-0,005% по содержанию гуминовых кислот используется для обработки семян перед посевом и вегетирующих растений с ежегодным проведением обработки вегетирующих растений и, по мере необходимости, дополнительным подсевом семян и внесением азотных, фосфорных, калийных минеральных солей.

Новым в заявляемом способе является применение биологически активного продукта перекисно-аммиачного гидролиза торфа для обработки семян растений перед посевом и вегетирующих растений, что создает условия для жизнедеятельности растений, стимулирует всхожесть семян, интенсифицирует фотосинтез в растениях, адаптирует их к неблагоприятным условиям (каменистости грунта, его перегреву в солнечную погоду, недостатку влаги), а также способствует активизации аборигенной микрофлоры. В способе-прототипе применяют остаток от гидролиза торфа перекисью водорода и аммиаком, являющийся отходом производства при получении стимулятора роста растений, который вносят в нарушенную почву в составе органоминерального удобрения, а в предлагаемом способе применяют сам продукт гидролиза торфа /3/, являющийся стимулятором роста растений при концентрации 0,025-0,005% по гуминовым кислотам, которым обрабатывают семена и вегетирующие растения.

Другим отличием предлагаемого способа является возможность корректировки травостоя путем дополнительного подсева семян, что обеспечивает дополнительный эффект.

Предлагаемый способ выгодно отличается от прототипа тем, что при сравнимых результатах по содержанию лабильного органического вещества, микробиологической и ферментативной активности, а также урожайности травяных культур является менее трудоемким и экономически затратным, так как не требует, как в способе-прототипе, приготовления в больших объемах необходимого для рекультивации нарушенных при добыче угля земель органоминерального удобрения. Для рекультивации предлагаемым способом на место техногенного загрязнения привозят высококонцентрированный по гуминовым кислотам продукт, который разбавляют водой до необходимой концентрации на месте.

Интервал концентрации биологически активного продукта перекисно-аммиачного гидролиза торфа, используемого для обработки семян и вегетирующих растений устанавливали в лабораторном опыте. За показатели биологической активности взяты количество взошедших семян и высота 14-суточных побегов донника. Нижний предел концентрации биологически активного продукта (0,0025% по ГК) обусловлен тем, что при дальнейшем снижении концентрации продукта уменьшается количество взошедших семян и высота побегов. Повышение верхнего предела концентраций (выше 0,005% по ГК) также приводит к ухудшению рассматриваемых показателей (таблица 1)

Таблица 1
Показатели	Вариант опыта
Контроль Н2O	Концентрация биологически активного продукта по гуминовым кислотам, %
0,001	0,0025	0,005	0,0075
Количество взошедших семян, %	90	93	95	96	92
Высота побегов, см	9	11	14	15	13

Деляночные опыты проводили в условиях породного отвала Краснобродского месторождения Прокопьевского района Кемеровской области. Грунт состоит из аргиллитов, алевролитов, кварца, слюды, каолинита и, в незначительной степени, непромышленных прослоев угля. Отвал характеризуется слабощелочной реакцией среды (pH водн.=7,9-8,0), высокой зольностью (А=79,2-82,4%), невысоким содержанием подвижных форм питательных элементов и отсутствием лабильного органического вещества.

В примере 1 описано получение биологически активного продукта перекисно-аммиачного гидролиза торфа /3/, применяемого в заявляемом способе.

Пример 1. Низинный торф смешивают с 1,0%-ным раствором водного аммиака и 1,2%-ным водным раствором перекиси водорода в соотношении 1:5:5, нагревают до 140°С при постоянном перемешивании и отделяют жидкую фазу. Жидкая фаза, являющаяся концентрированным маточным раствором, содержит 4,5% гуминовых кислот.

В примерах 2 и 3 представлен способ рекультивации поверхности нарушенных при добыче угля земель.

Пример 2. В 1-ый год рекультивации поверхность нарушенных при добыче угля земель планировали, разравнивали, вносили азотные, фосфорные, калийные минеральные соли в количестве из расчета 60 кг/га аммонийной селитры, 105 кг/га двойного суперфосфата и 100 кг/га сернокислого калия. Затем проводили вспашку на глубину 10-15 см и посев семян донника.

Выбор донника обусловлен его способностью обогащать почву азотом за счет азотфиксации и усваивать питательные вещества из труднорастворимых соединений породы, давать высокий урожай зеленой массы. Перед посевом семена донника обрабатывали, согласно заявляемого способа, биологически активным продуктом перекисно-аммиачного гидролиза торфа /3/ при концентрации 0,005% по содержанию гуминовых кислот. Семена донника высевали в 3-кратной норме. В период кущения растения обрабатывали путем опрыскивания биологически активным продуктом при концентрации 0,005% по гуминовым кислотам.

Во 2-ой вегетационный период на рекультивируемых участках осуществляли дополнительный подсев семян донника.

Внесение азотных, фосфорных, калийных минеральных солей не проводили.

В 3-ий вегетационный период проводили одновременный посев семян многолетних бобовых и злаковых травяных культур (эсперацет, донник, люцерна, ежа сборная, костер безостый) и внесение половины от оптимальной дозы азотных, фосфорных, калийных минеральных солей.

В 4-ый вегетационный период осуществляли дополнительный подсев семян. Внесение азотных, фосфорных, калийных минеральных солей не проводили.

Во 2-ой, 3-ий и 4-ый вегетационные периоды, как и в 1-ый, семена перед посевом и подсевом, а также вегетирующие растения в период кущения, обрабатывали биологически активным продуктом при 0,005% концентрации по гуминовым кислотам.

Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Пример 3. По примеру 2 осуществляли подготовку поверхности нарушенной земли, вносили азотные, фосфорные, калийные минеральные соли, проводили вспашку и посев семян донника. Для обработки семян и вегетирующих растений использовался биологически активный продукт, концентрация которого по гуминовым кислотам составила 0,0025%.

На протяжении всех вегетационных периодов рекультивацию поверхности нарушенных при добыче угля земель осуществляли по примеру 2.

В таблице 2 представлены сравнительные данные по содержанию лабильного органического вещества (ЛОВ), являющегося источником питания растений и микроорганизмов, микробиологической, ферментативной активности и урожайности зеленой массы донника в конце 4-го вегетационного периода предлагаемого способа с известным способом (прототипом).

Как показал опыт, использование биологически активного продукта для обработки семян и вегетирующих растений обеспечило рост и развитие растений, что привело к повышению содержания в биологически инертном грунте лабильного органического вещества (ЛОВ), а также к повышению микробиологической и ферментативной активности нарушенной при добыче угля земли. Урожайность травяных культур в варианте с использованием биологически активного продукта оказалась несколько выше, чем в вариантах прототипа, на контрольном же варианте высеваемые ежегодно травяные культуры всходят и гибнут. К окончанию 4-го вегетационного периода в варианте с использованием биологически активного продукта по сравнению с контрольным увеличилось содержание ЛОВ (контролируемого по содержанию углерода в ЛОВ, извлекаемом 0,1 н NaOH - С_NaOH) и оказалось сравнимым с таковым в вариантах прототипа. По сравнению с контрольным вариантом в предлагаемом способе численность микроорганизмов, потребляющих как органические, так и минеральные формы азота, сахаролитических грибов, разрушителей целлюлозы оказалась выше и сравнима с численностью этих микроорганизмов в варианте прототипа. Использование биологически активного продукта обеспечило по сравнению с контрольным вариантом более высокую дегидрогеназную и полифенолоксидазную активность, которая сравнима по величине с активностью в варианте прототипа.

Таблица 2
Определяемые параметры	Способ рекультивации
Известный (Способ прототип)	Контрольный вариант - грунт отвальной породы без рекультивации	Предлагаемый способ
Органоминеральное удобрение, т/га	Концентрация биологически активного продукта по ГК,%
10	25	50	0,005	0,0025
С общ., %	4,80	5,45	5,80	4,66	4,93	4,85
С щ/р, %	0,27	0,60	0,73	0,08	0,51	0,48
С щ/р от Собщ, %	5,6	10,9	12,6	1,7	10,3	9,9
Аммонификаторы, N×10 6	5,6	18,3	14,9	9,5	15,3	14,9
Микроорганизмы на КАА, N×106	9,5	23,4	13,9	5,7	16,3	15,8
Сахаролитические грибы, N×104	5,9	7,2	9,3	8,0	6,9	7,1
Разрушители целлюлозы, N×104	17,6	27,4	27,8	15,0	55,5	50,1
Дегидрогеназа, мг ТТФ/10 г за сутки	1,13	37,4	39,7	1,65	38,1	37,5
Полифенол-оксидаза, мг n-хинона/10 г за 30 мин	0,4	13,6	7,5	0,5	7,7	7,3
Высота растений, см	57,5	60,5	66,8	2,5	61,7	59,3
Урожайность травяных культур, т/га	20,8	21,5	23,0	0	22,4	22,6

Таким образом, заявляемый способ, являясь менее трудоемким и экономически затратным, позволяет, как и в способе-прототипе, за 2-4 года рекультивации создать на поверхности нарушенной почвы устойчивый травостой, что обеспечивает накопление ЛОВ, необходимого для жизнедеятельности растений и микроорганизмов, и приводит к повышению микробиологической и ферментативной активности, т.е. нарушенная земля стремится к самовосстановлению.

Промышленная применимость предлагаемого способа не вызывает никаких затруднений, так как для этого не требуется специальных устройств, дополнительных капитальных затрат.

Источники информации

1. Патент РФ № 2072756, кл. А01В 79/02, «Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель», опубликовано: 1997.10.02.

2. Патент РФ № 2365077, кл. А01В 79/02, «Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, опубликовано: 2009.27.08.29.

3. Патент РФ № 2213452, кл. A01N 65/00, C05F 11/02, «Способ получения стимулятора роста растений», опубликовано: 2003.10.10.