Спосіб використання видів рослин з сам-метаболізмом для локального озеленення породних відвалів вугільних шахт

Реферат: Спосіб використання видів рослин з САМ-метаболізмом для локального озеленення породних відвалів вугільних шахт включає відбір рослин для озеленення з врахуванням бальної шкали з успішності інтродукції, перекопування та вирівнювання поверхні ґрунту, оконтурювання озелененої території, висаджування рослин рано навесні. Посадковий матеріал висаджують (у вигляді куртин чи окремих особин), що можна використовувати разом або окремо одне від одного, та на різних ділянках відвалу, а саме: Sedum pallidum M. Bieb. - очиток блідий; Sedum spurium M. Bieb. - очиток несправжній; Sedum rupestre L. - очиток наскельний на освітлених ділянках, причому посадковий матеріал висаджують у борозенки шириною 10 см, глибиною 15 см, а потім рядки зверху присипають тонким шаром породи. UA 99692 U (12) UA 99692 U UA 99692 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до фітоекології, рекультивації та може бути використана в озелененні антропогенно порушених територій. Забруднення навколишнього середовища досягло на сьогоднішній день глобальних масштабів. Істотний вплив на навколишнє середовище чинить видача та переробка гірничої маси та порід через проведення гірських розробок, що призводить до зайняття земель під породні відвали. Рекультивація земель, порушених при промисловій діяльності, в практичному та теоретичному відношенні - напрямок відносно новий, що, насамперед, полягає у створенні стійкого рослинного покриву на порушених землях (біологічний етап рекультивації чи фіторекультивація). Наразі постійно йде інтенсивне удосконалення методів рекультивації з точки зору як охорони довкілля, так і економічних показників. До таких напрямків можна віднести зміни як технологічних схем у зв'язку з застосуванням більш вигідного обладнання, так і принципово нові підходи щодо процесу рекультивації як гірничотехнічної, так і біологічної. Прискорені темпи розвитку техногенезу чинять вплив на природні ландшафти. Зі збільшенням атропогенних об'єктів у світі виникає потреба у зменшенні шкідливого впливу техноекосистем на навколишнє середовище. У Донбасі знаходиться біля 40 % порушених земель України. Так, в одному м. Донецьку більше 1 тис. га міських земель зайняті породними та шлаковими відвалами, відвалами вугільних шахт, які постійно забруднюють довкілля [1]. Перші спроби рекультивації відвалів вугільних шахт почали проводити на території Донецького вугільного басейну в 30-і роки минулого століття, однак, найбільш масштабні роботи розгорнули в 1960-70-і роки в районі Донбасу, Підмосков'я, а також Кузбасу. Співробітниками Донецького ботанічного саду такі роботи було розпочато у 60-і роки. У 2002 році, підсумовуючи великий досвід роботи у галузі рекультивації, було розроблено рекомендації щодо створення рослинного покриву на відвалах вугільних шахт [2], а у 2007 році - "Правила проведення біологічної рекультивації породних відвалів вугільних шахт України", що є офіційним виданням Мінвуглепрому України [3]. Стосовно створення рослинного покриву на порушених землях треба відмітити, що здебільшого такі способи стосуються розмноження рослин в техногенних екотопах за допомогою насіння й озеленення деревними рослинами. З одного боку, розмноження трав'янистих рослин насінням є легким і дешевим способом, але, з іншого боку, цей спосіб не завжди є ефективним через дію багатьох чинників, основними з яких є: роздування насіння з поверхні відвалів, неможливість їх закріплення на схилах, неможливість проростання через фітотоксичність субстрату тощо. Відомий спосіб закріплення пилоутворюючих поверхонь ярусів на відвалі порожніх розкривних порід, що включає в себе покриття поверхонь спеціальною ґрунтоутворюючою масою та гідросіяння на цьому шарі за допомогою гідрометальника травосуміші насіння, яке належить до трьох основних груп - пухкокущові, кореневищні злаки та бобові трави, догляд за ранніми сходами цих трав [4]. Цей спосіб здебільшого застосовують на молодих відвалах, де видова різноманітність незначна, й едафотоп (субстрат) має великий ступінь засолення. Існує спосіб дернування пилоутворюючої поверхні укосу ярусу відвалу, що включає покриття його деяким шаром ґрунтоутворюючої маси, у тому числі й шаром добрив, посів по всій площі ярусу багаторічних злакових трав або однолітніх злакових зернових культур [5]. Відомий технічний спосіб відновлення вироблених кар'єрів, що включає закладку виробленого простору до межі верхнього рівня ґрунтових вод будівельними відходами й укладання дренуючого шару [6]. Відомий спосіб озеленення територій багаторічними декоративними деревними рослинами в переносних контейнерах і розміщення контейнерів з вирощуваними в них деревними рослинами на озелененій території. В переносні контейнери висаджують молоді деревні рослини повільно ростучих порід для вирощування в одному контейнері одного чи декількох деревних рослин однієї породи. Для кожної пори року формують комплекти переносних контейнерів з різними породами багаторічних декоративних рослин відповідно до їх декоративності та стійкості до несприятливих кліматичних і техногенних факторів в даний період року. Впродовж року на озелененій території проводять періодичну заміну раніше розміщених на ній переносних контейнерів на інші контейнери [7]. Існує спосіб озеленення крейдяних відвалів содового виробництва Донецької області сосною звичайною, що включає посадку в лунки саджанців сосни лінійно навколо відвалів [8]. Відомий спосіб формування породних відвалів з наступною біологічною рекультивацією, що включає укладання породної маси у відвал шляхом пошарового розміщення з одночасним ущільненням, заземлювання поверхні та створення рослинного покриву шляхом сіяння насіння трав'янистих рослин і висадження деревних і чагарникових рослин на терасах [9]. 1 UA 99692 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Існує спосіб рекультивації порушених земель, що включає в себе внесення на поверхню ґрунту відходів хімічних виробництв, посів насіння рослин (конюшина лучна, люцерна посівна та пирій повзучий). Знов таки, даний спосіб дозволяє створити стійкий рослинний покрив в умовах, де треба нейтралізувати токсичність земель [10]. Відомий спосіб використання декоративних рослин аборигенної флори для озеленення територій, що важко піддаються озелененню (кам'янистих схилів, пісків, засолених ґрунтів), зокрема для деяких районів Донбасу [11]. Наведено низку видів рослин природної флори, яким до цього часу не приділяли належної уваги. Підкреслено, що в умовах культури досліджені види розкішніше розвиваються, значно подовжують період цвітіння та цвітуть повторно, що в природних умовах є дуже рідкісним явищем. Відсутні конкретні рекомендації щодо можливості вирощування рослин кам'янистих місцезростань природної флори в умовах урбанізованого середовища, а саме відвалів вугільних шахт. Існує спосіб озеленення непридатних земель з використанням місцевих степових видів рослин [12]. У даному способі наведено характеристику 206 рекомендованих видів. Відомий спосіб використання малорозповсюджених видів квітниково-декоративних багаторічників у промисловому фітодизайні міст Донбасу [13]. Головним недоліком цієї розробки є недостатнє обґрунтування рекомендованого асортименту рослин, відсутність чітких рекомендацій щодо озеленення тих чи інших ділянок в умовах міста та техногенних територій. Серед запропонованих видів здебільшого степові види рослин, які рекомендовано переважно сіяти (використовувати насіння). Найбільш близьким за технічною суттю та досягненням результату є спосіб використання декоративних петрофітів аборигенної флори в ландшафтному фітодизайні урбанізованих територій [14]. Цей спосіб включає відбір рослин для озеленення, що отримали високі бали за успішністю інтродукції, перекопування та вирівнювання поверхні ґрунту, оконтурювання території, сівбу насіння місцевих степових рослин рано навесні або під зиму. Так, озеленюють сухі, добре освітлені ділянки в умовах міста, для озеленення використовують декоративні петрофітні види рослин, що в природі ростуть на бідних кам'янистих субстратах, які можна використовувати разом або окремо одне від одного, а саме наступні види рослин: цибулю жовтувату, бурячок голоніжковий, маренку суроплоду, сонцецвіт крейдяний, льон Черняєва, самосил гайовий, чебрець крейдяний. Насіння сіють у грядки, відстань між якими 30-40 см, насіння сіють рівномірно, після сівби насіння борозни засипають шаром ґрунту та злегка прижимають. Але даний спосіб, по-перше, не стосується техногенних земель, а, по-друге, в даному способі використовують насіння рослин, що не є ефективним в умовах техногенно порушених територій. В основу даної корисної моделі поставлена задача розробки способу використання для локального озеленення породних відвалів вугільних шахт видів рослин, стійких до жорстких умов цих відвалів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі використання видів рослин з САМметаболізмом для локального озеленення породних відвалів вугільних шахт, який включає відбір рослин для озеленення з врахуванням бальної шкали з успішності інтродукції, перекопування та вирівнювання поверхні ґрунту, оконтурювання озеленюваної території, висаджування рослин рано навесні, відповідно до корисної моделі, висаджують посадковий матеріал (у вигляді куртин чи окремих особин), що можна використовувати разом або окремо одне від одного та на різних ділянках відвалу: Sedum pallidum M. Bieb. - очиток блідий; Sedum spurium M. Bieb. - очиток несправжній; Sedum rupestre L. - очиток наскельний на освітлених ділянках, причому посадковий матеріал висаджують у борозенки шириною 10 см, глибиною 15 см, а потім рядки зверху присипають тонким шаром породи. САМ-метаболізм являє собою саме пристосування до умов недостатнього зволоження, що характерно саме для техногенних біогеоценозів, особливо різних відвалів, схилам яких властиві суворі гідротермічні умови вже внаслідок особливостей їхньої форми. Найбільш напружені умови при цьому характерні для схилів південних експозицій, які за "правилом випередження" Альохіна відповідають більше південній зоні. Удень температура приземного шару повітря тут може досягати 60 °C. Тому види рослин з САМ-метаболізмом, в яких рознесено у часі доби процеси дихання та фотосинтезу та знижена внаслідок цього транспірація в денний час, мають підвищену стійкість до таких умов [15]. Саме такими є рослини з САМ-метаболізмом, до яких відносять види роду Sedum L. (Crassulaceae J. St.-Hil.). Розмноження цих видів посадковим матеріалом на техногенно порушених землях має певні переваги, ніж насіннєве розмноження, оскільки розмноження насінням на відвалах вугільних шахт має багато недоліків: насіння часто не закріплюється в умовах відвалів через інтенсивні 2 UA 99692 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 процеси ерозії, зсуву поверхні на схилах, висушування поверхні, тривалий процес спокою насіння у ґрунті тощо. Перелічені ознаки складають сутність корисної моделі. Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак корисної моделі з результатом пояснюється наступним. Завдяки тому, що спосіб використання видів рослин з САМ-метаболізмом для локального озеленення породних відвалів вугільних шахт включає озеленення техногенних територій посадковим матеріалом з рослин, які пристосовані до зростання в цих умовах, на цій основі створюються ділянки, які не тільки є естетичними, але й, як всякий рослинний покрив, зменшують шкідливий вплив відвалів. Суттєва перевага даної корисної моделі в тому, що використання рослин для озеленення є економічно вигідним, не потребує догляду за створеними ділянками, поливу, внесення додаткових шарів ґрунту (зокрема, чорнозему, добрив тощо). На фіг. 1-3 зображено рослини Sedum spurium на дослідних ділянках; на фіг. 4-5 вегетативний стан та цвітіння Sedum pallidum на другій дослідній ділянці; на фіг. 6 - цвітіння Sedum rupestre на першій дослідній ділянці. Приклад конкретного виконання Оптимізація різних типів порушених земель у сенсі біологічної рекультивації з метою відновлення господарської цінності, поліпшення якості життя людини, збереження, раціонального використання та збагачення біорізноманітності полягає в створенні стійкого рослинного покриву. Чимало проведених заходів щодо сівби насіння багатьох видів рослин на відвалах вугільних шахт, особливо на тих, що знаходяться на стадії масового поселення рослин, показали недосконалість застосованої методики, по-перше, через велику конкуренцію серед адвентивних видів, по-друге, через велику посуху на відвалах насіння не встигає закріплюватись у поверхневому шарі ґрунту. В процесі добору асортименту рослин з САМ-метаболізмом для озеленення відвалів вугільних шахт нами було обрано види рослин, що успішно інтродуковані в умовах Південного Сходу України й які отримали великі бали за успішністю інтродукції відповідно до наступної шкали [16]: 1 бал - популяції існують недовгочасно та тільки у вегетативному стані; 2 - існують недовгочасно, але деякі можуть зацвісти без зав'язування насіння, нестійкі до місцевих кліматичних умов; 3 - не більше половини дорослих рослин можуть цвісти та плодоносити; 4 більше половини дорослих особин цвітуть та плодоносять, середньостійкі до місцевих кліматичних умов; 5 - всі дорослі особини регулярно цвітуть та плодоносять, стійкі до місцевих кліматичних умов; 6 - рослини масово цвітуть, плодоносять, дають поодиноко самосів чи розмножуються вегетативно, мають високу стійкість до місцевих кліматичних умов; 7 - активно саморозселюються масовим самосівом або вегетативно. Дані види вибрано тому, що при розробці рекомендацій щодо впровадження нових видів рослин, насамперед, треба враховувати успішність їх інтродукції в регіоні. Ці види пройшли успішну інтродукцію в Донецькому ботанічному саду НАН України та отримали оцінку 7 [17]. При доборі рослин використовували наступні принципи: екологічний (зв'язок з навколишнім середовищем), фітоценотичний (взаємовідношення в угрупованнях), декоративний. Sedum pallidum M. Bieb. - очиток блідий. Зростає на вологих піщаних і кам'янистих ґрунтах Балкан і Малої Азії. Трав'янистий зимовозелений терофіт. Субмезофіт. Петро-, псамофіт. Геліофіт. Листки чергові, довгасто-ланцетні. Посухостійкий. Розмножується вегетативно (живцюванням). Дає самосів. Саджанці зацвітають на 2-й рік життя. 7 балів [17]. Sedum spurium M. Bieb. - очиток несправжній. Розповсюджений в скелястих областях середніх і верхніх гірських поясів, субальпійських луках Кавказу. Багаторічник. Хамефіт, полікарпік. Субгідрофіт, петрофіт, геліофіт. Морозостійкий, посухостійкий. Розмножується вегетативно (живцюванням), вегетативно рухливий, саджанці зацвітають на 2-3-й рік життя. 7 балів [17]. Sedum rupestre L. - очиток наскельний. Багаторічник, трав'янистий зимовозелений хамефіт, полікарпик. Зростає на піщаних і кам'янистих ґрунтах. Кореневище повзуче, субксерофіт, петрофіт, псамофіт. Геліофіт. Суцвіття щиткоподібне. Вид морозо- та зимостійкий. Розмножується вегетативно (живцюванням). Вегетативно рухливий, дає самосів. 7 балів [17]. Досліди з висаджування рослин проводили на відвалі шахти "Заперевальна" м. Донецька у травні 2013 року. Перед висаджуванням рослин підготували ґрунт (перекопали та вирівняли). Висаджування проводили посадковим матеріалом у борозенки шириною 10 см, глибиною 15 см. Потім посівні рядки зверху присипали тонким шаром породи для зменшення випаровування вологи, змиву та видування ґрунтового шару. В ямки насипали небагато ґрунту, більшість рослин висаджували з грудкою ґрунту, потім поливали. Борозенки розташовували з відстанню 3 UA 99692 U 5 не більше 0,2 м. Нами були виділені три ділянки, де зроблені посадки рослин: ділянка № 1 рівна, травостій, без затінення; ділянка № 2 - рівна, без затінення, гола порода, на підвищенні від першої ділянки; ділянка № 3 - рівна, невеликий насип, рослини є (переважно злакове задерніння), є тінь під деревами. Через 2 тижні було зафіксовано 100 % приживлюваність даних рослин, рослини на всіх ділянках розцвіли. Після тривалої посухи у серпні нами спостерігалась наступна картина. Таблиця Стан рослин, висаджених на відвалі, серпень 2013 р. Вид рослини Sedum pallidum M. Bieb. Sedum spurium M. Bieb. Sedum rupestre L. Стан рослини ділянка № 1 + + + ділянка № 2 + + + ділянка № 3 + рослини мають 100 % приживлюваність, - рослини загинули. 10 15 20 25 30 35 40 45 Підсумовуючи, наводимо конкретні рекомендації щодо висаджування зазначених видів роду Sedum на відвалах вугільних шахт. 1. Підготовка ґрунту до висаджування рослин. Рано навесні на ділянках, де передбачається висаджувати рослини, проводять перекопування ґрунту, а потім його вирівнюють та розбивають на борозенки шириною 10 см, глибиною 15 см. Борозенки розташовують на відстані 0,2 м одна від одної. Потім проводять оконтурювання території та ділянки готові для висаджування рослин. 2. Висаджування рослин. Рано навесні висаджують рослини (Sedum pallidum M. Bieb. очиток блідий; Sedum spurium M. Bieb. - очиток несправжній; Sedum rupestre L. - очиток наскельний), після цього рядки зверху присипають породою (тонким шаром) для зменшення випаровування вологи, змиву та видування ґрунтового шару. Оптимізація навколишнього середовища через велику кількість порушених територій на сьогодні набуває першочергового значення. Старі методи рекультивації наразі є не завжди та не на всіх відвалах ефективними, також багато запропонованих раніше видів рослин добре зростають в умовах відсутності конкуренції, на молодих відвалах, і не є конкурентоспроможними на більш старих відвалах, окрім того, як вже зазначалося, розмноження насінням має безліч недоліків. Тому нами й було вибрано легкий, простий і дешевий спосіб озеленення, він не потребує додаткових великих витрат, є економічно вигідним та сприяє поліпшенню техногенно порушених територій. Джерела інформації: 1. Глухов О.З. Індикаційно-діагностична роль синантропних рослин в техногенному середовищі / О.З. Глухов, С.І. Прохорова, Г.І. Хархота. - Донецьк: ООО "Вебер" (Донецька філія), 2008. - 232 с. 2. Рекомендации по формированию мелиоративного растительного покрова на отвалах угольных шахт Донбасса / В.Г. Башкатов, О.Н. Торохова, С.П. Жуков. - Донецк: Б.и., 2002. -36 с. 3. Правила проведення біологічної рекультивації породних відвалів вугільних шахт України / [В.Г. Башкатов, В.Т. Вовк, О.З. Глухов та ін.] - Київ: Мінвуглепром України, 2007. -30 с. 4. Пат. Україна МПК (2011.01) E21F 5/00. Спосіб закріплення пилоутворюючих поверхонь ярусів відвалу / Ратушний В.М., Ратушний Б.В., Малаховський М.І.; заявник і патентовласник Ратушний В'ячеслав Михайлович. - № u20106952, заявл. 07.06.2010; опубл. 10.01.2011. - Бюл. № 1. 5. Пат. Україна МПК (2009) E21D 11/00. Спосіб закріплення пилоутворюючих поверхонь ярусів відвалу / Ратушний В.М., Ратушний Б.В., Малаховський М.І.; заявник і патентовласник Ратушний В'ячеслав Михайлович. - № u200914010, заявл. 31.12.2009; опубл. 10.06.2010. - Бюл. № 11. 6. Пат. Ru Россия, Е21С 41/32 (2006.01). Способ восстановления выработанных карьеров / Болдырев О.В., Мухортов В.В., Нелюбин И.В., Олейник С.П., Попов С.Н.; заявитель и патентообладатель. Общество с ограниченной ответственностью "Экостройресурс". № 2010136051/03; заявл. 31.08.2010; опубл. 20.02.2012. 7. Пат. Ru Россия, A01G 1/00. Способ озеленения территорий многолетними декоративними древесными растениями / Львов С.М., Шашова М.В.; заявитель и патентообладатель Львов 4 UA 99692 U 5 10 15 20 25 30 35 Сергей Михайлович, Шашова Марина Васильевна. - № 2003124455/12; заявл. 27.02.2005; опубл. 10.09.2005. 8. Пат. UA Україна, (2006.01) Е21С 41/32, A01G 23/02 (2006.01). Спосіб сприяння природному відновленню сосни звичайної на крейдяних відвалах та кар'єрах содового виробництва Донецької області / Коршиков І.І., Пастернак Г.О.; заявник і патентовласник Донецький ботанічний сад НАН України. - № u201212263; заявл. 26.10.2012; опубл. 10.06.2013. Бюл. № 11. 9. Пат. Україна А01В 79/02, Е21С 41/00. Спосіб формування породних відвалів з наступною біологічною рекультивацією / Попа Ю.М., Козак О.В.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. - № u20040402883; заявл. 20.04.2004; опубл. 15.02.2005. - Бюл. № 2. 10. Пат. Ru Россия, МПК А01В79/02 (2006.01). Способ рекультивации нарушенных земель / Блинов С.М., Хозяйкин А.И., Усольцева С.П., Доможирова С.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный университет" - № 2006142543/12; заявл. 30.11.2006; опубл. 01.08.2007. 11. Володченко В.С. Деякі перспективні декоративні рослини флори УРСР і можливості введення їх в культуру / B.C. Володченко // Питання експериментальної ботаніки. - К.: Наук. думка, 1964. - С. 156-161. 12. Декоративные растения природной флоры Донбасса (рекомендации) / [Е.Н. Кондратюк, Р.И. Бурда, Т.Т. Чуприна и др.]. - Донецк, 1990. - 95 с. 13. Пельтихина Р.И. Новые виды цветочно-декоративных многолетников в промышленном фитодизайне городов Донбасса / Р.И. Пельтихина, A.M. Рубина // Каталог разработок Донецкого ботанического сада. - Донецк, 1994. - С. 9-10. 14. Пат. Україна, МПК (2011.01) A01G7/00. Спосіб використання декоративних петрофітів аборигенної флори в ландшафтному фітодизайні урбанізованих територій / Глухов О.З., Хархота Г.І., Прохорова С.І., Кунець Н.Ю., Дерев'янська Г.Г.; заявник і патентовласник Донецький ботанічний сад НАН України. - № u201104038; заявл. 04.04.2011; опубл. 25.01.2012. Бюл. № 2 (найближчий аналог). 15. Жуков С.П. Использование сезонной и суточной динамики техногенних биогеоценозов для их фиторекультивации / С.П. Жуков // Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона.-2012. - № 1 (12). - С. 83-87. 16. Баканова В.В. Цветочно-декоративные многолетники открытого грунта / В.В. Баканова. К.: Наук. думка, 1984.-155 с. 17. Крохмаль И.И. Декоративные травянистые растения мировой флоры в Донецком ботаническом саду / И.И. Крохмаль, М.А. Павлова, И.Ф. Пирко, Н.А. Кряж, Н.В. Усманова Донецк: "Ноулидж", 2011. - 166 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб використання видів рослин з САМ-метаболізмом для локального озеленення породних відвалів вугільних шахт, який включає відбір рослин для озеленення з врахуванням бальної шкали з успішності інтродукції, перекопування та вирівнювання поверхні ґрунту, оконтурювання озелененої території, висаджування рослин рано навесні, який відрізняється тим, що висаджують посадковий матеріал (у вигляді куртин чи окремих особин), що можна використовувати разом або окремо одне від одного, та на різних ділянках відвалу, а саме: Sedum pallidum M. Bieb. - очиток блідий; Sedum spurium M. Bieb. - очиток несправжній; Sedum rupestre L. - очиток наскельний на освітлених ділянках, причому посадковий матеріал висаджують у борозенки шириною 10 см, глибиною 15 см, а потім рядки зверху присипають тонким шаром породи. 5 UA 99692 U 6 UA 99692 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7