В середине 60-х годов XX в. площадь индустриальной пустыни в США составила 1,3 млн га, а в Англии — 100 тыс. га. В последние годы во всем мире наблюдается резкое возрастание площадей, занятых отвалами. Это связано с большей рентабельностью открытых разработок полезных ископаемых по сравнению с шахтным способом их добычи. Между тем каждый карьер занимает в десятки раз больше земли, чем шахта. В связи с этим Англия каждый год теряет около 20 тыс. га ранее плодородных земель.
Для того чтобы отвалы горных пород естественным путем покрылись зеленью, требуется очень много времени. Так, например, на железо-кварцитовых отвалах Кривого Рога первые растения (смолка широколистная, льнянка дроколистная, желтушник серый, спорыш обыкновенный) начинают поселяться лишь спустя 5–6 и даже 10–15 лет после отсыпки. Задача заключается, однако, в том, чтобы не просто озеленить отвалы, но и получить от этого весомую пользу. В связи с этим перед учеными встала важная и ответственная задача: разработать научно обоснованные принципы рекультивации земель, нарушенных горными разработками, отходами различных производств, с тем чтобы как можно быстрее возвращать их в хозяйственно ценные земли.
Исследования в этой области в нашей стране стали интенсивно проводиться с середины XX в. В 60-х годах были получены положительные результаты по рекультивации земель. В процессе разработки горных пород верхний слой плодородной почвы стали складировать и в таком виде сохранять до окончания разработок. Во избежание эрозии собранную почву засевают злаково-бобовыми травами. По завершении добычи полезных ископаемых карьеры засыпаются пустой породой, отвалы подвергаются выравниванию и покрываются слоем почвы толщиной 40–50 см. Толщина слоя почвы выбрана не случайно. Экспериментально установлено, что с увеличением пласта урожайность культурных растений не возрастает. Между тем транспортировка почвы требует материальных и энергетических затрат. Если же почвенный пласт будет тоньше на 10 см, это обернется недобором 5–6 ц озимой пшеницы, 3,5–4 ц яровой, 5,5 ц ячменя и озимой ржи.
Рекультивация почв включает горнотехническую и биологическую стадии. Горнотехническая рекультивация заключается в планировке отвалов, придании откосам нужной формы, насыпании плодородного слоя на отвалы в прочее. В ходе горнотехнической рекультивации требуется прежде всего прекратить процессы горения отвалов и охладить породы. В противном случае растения не смогут произрастать на отвалах. Тушение горящих отвалов проводится путем переформирования конических терриконов в плоские. Для предотвращения эрозионных процессов на склонах отвалов их поверхность выполаживают с помощью бульдозеров, а затем наносят слой грунта для предотвращения поступления кислорода внутрь горящих отвалов и замедления вследствие этого процесса окисления.
Существует и другой способ тушения отвалов, основанный на детальном изучении сущности процессов, протекающих в горящих отвалах. Оказалось, что первоначальное повышение температуры внутри отвалов, способствующее самовозгоранию породы, происходит в результате жизнедеятельности тионовых бактерий. Тионовые бактерии окисляют соединения серы, что приводит к подкислению среды из-за накопления серной кислоты. В свою очередь подкисление среды еще более активизирует деятельность тионовых бактерий. Если путем введения в породу известкового раствора изменить кислотность среды обитания бактерий, это будет способствовать предотвращению самовозгорания терриконов.
Биологическая рекультивация предусматривает работы по восстановлению плодородия отвалов, их озеленению и т. п. Наиболее оптимальной считается рекультивация земель по единому непрерывному циклу: снятая плодородная почва сразу же перевозится на спланированную площадь отвалов и засыпается слоем 35–55 см.
В зависимости от назначения высвобождаемых от горных работ земель рекультивация подразделяется на сельскохозяйственную, лесохозяйственную, водохозяйственную и рекреационную.
В основных земледельческих районах нашей страны преимущественное развитие получает сельскохозяйственная рекультивация. За годы десятой пятилетки в СССР рекультивировано 545 тыс. га земель, из которых 338 тыс. переданы для сельскохозяйственного использования.
Сельскохозяйственная рекультивация земель в объединении «Тулауголь» осуществляется в течение 5–8 лет. На участках, предназначенных для сельскохозяйственного освоения, в первые 2–4 года возделываются многолетние травы, бобовые и другие почвоулучшающие культуры (люпин многолетний, донник, люцерна, клевер розовый и др.). А после 3–5 лет в севооборот включаются ценные зерновые культуры (рожь, ячмень, овес).
Исследования ученых показали, что на отвалах открытых разработок Чиатурского месторождения марганца после их планирования, нанесения почвы и улучшения посевом многолетних трав с успехом можно выращивать виноградники.
Следует иметь в виду, что травы, выращенные на отвалах, образующихся, например, при добыче асбеста, огнеупорных глин и формовочных песков, могут содержать вредные для скота соединения хрома, титана, кобальта, кадмия, никеля, дозы которых в десятки раз превышают норму. В связи с этим ученые предложили выращивать в таких местах специально подобранные растения, которые не накапливают в своих тканях ядовитые вещества.
Лесохозяйственная рекультивация наряду с сельскохозяйственной является одним из основных путей восстановления биологической продуктивности нарушенных земель. Она способствует оздоровлению окружающей среды в промышленных районах, защищает почвы от эрозии, улучшает гидрологический режим почв. В нашей стране уже выращены десятки тысяч гектаров лесных насаждений на нарушенных промышленными разработками землях.
Лесохозяйственная рекультивация земель активно осуществляется, например, в Эстонской ССР. В 1960 г. здесь начаты посадки леса на отвалах старых карьеров в сланцевом бассейне. В 1970 г. лесопосадками, главным образом сосной и лиственницей, было занято более 700 га. Ежегодный прирост деревьев в высоту составляет 60–70 см. Помимо сосны и лиственницы здесь успешно растут облепиха, береза, липа, ольха черная.
В объединении «Тулауголь» лесохозяйственная рекультивация проводится путем создания смешанных лесов, где главными породами являются сосна обыкновенная, лиственница сибирская, береза бородавчатая, тополь, желтая акация.
Среди многих причин, обусловливающих медленный рост растений на техногенных ландшафтах, основное место занимает очень низкое плодородие отдельных грунтосмесей, и прежде всего полное отсутствие азота. В связи с этим при лесохозяйственной рекультивации земель необходимо применять удобрения. Способствуют обогащению почвы азотом бобовые растения (люпин, донник). Кроме того, улучшить питательный режим лесных рекультивационных насаждений способны посадки ольхи черной и серой, а также белой акации. Наконец, ученые выделили штаммы азотфиксирующих бактерий, которые после размножения в специальных установках вносятся на выровненный бульдозером участок отвала. Благодаря этому приему удается интенсифицировать процесс накопления азота в почвах техногенных ландшафтов. Сразу же после внесения микроорганизмов высеваются семена трав, которые дают дружные всходы. Этот метод в настоящее время внедряется в угледобывающих районах Урала, Средней Азии и Казахстана.
Огромное количество микроорганизмов содержат бытовые и хозяйственные сточные воды. В связи с этим золоотвалы и хранилища отработанных пород предложено поливать этими водами. После каждого полива склоны безжизненных отвалов перепахивают. В результате этого здесь довольно быстро формируется плодородный слой.
Лесохозяйственная рекультивация осуществляется во многих странах мира. В США этому виду рекультивации отдается предпочтение при проведении буроугольных разработок. При этом особое внимание уделяется подбору ассортимента видов древесных растений.
Рекреационная рекультивация имеет целью превращение территорий промышленной пустыни в зоны отдыха трудящихся. Так, например, в г. Орджоникидзе Днепропетровской области карьеры и отвалы горнообогатительного комбината были превращены в зону отдыха. На площади 300 га здесь построили водный бассейн, пляжи, спортивный комплекс.
