Markforskare och kemister från RUDN University, tillsammans med kollegor från Kola Science Center vid den ryska vetenskapsakademin, har utvecklat och testat en metod för återställande av ekosystem i den subarktiska teknogena ödemarken som är förorenad av avfall från icke-järnmetallurgiföretag. Tekniken är baserad på användningen av gruvavfall som kan neutralisera giftiga metallföreningar för växter. Studien involverade forskare från olika naturvetenskapsområden - geokemi, markvetenskap, mikrobiologi och ekologi. Artikeln är publicerad i tidskriften Internationell forskning om mark- och vattenvård .

Industriell bearbetning av malm och smältning av icke-järnmetaller leder till förorening av marken med koppar, nickel, zink och bly. I höga koncentrationer, dessa är farliga för människor och miljö. Starkt förorenade jordar förlorar fertilitet, och växtlighet och markbiota dödas och bryts ned. Som ett resultat, vatten- och vinderosion ökar och sådana regioner blir mänskligt skapade ödemarker. Världens största mänskligt skapade ödemarker ligger i det ryska Arktis, där stora fyndigheter av icke-järnmetaller och metallurgiska företag finns; dessa nordliga miljöer är extremt känsliga för antropogen påverkan.

Ett fältexperiment om användning av alkaliskt gruvavfall för restaurering av mänskligt skapade ödemarker i Murmanskregionen startades av forskare från Kola Science Center. Några år senare, år 2010, den fortsattes av markforskare vid RUDN-universitetet.

På platsen för ödemarken, ligger 1,5 kilometer från anläggningen för bearbetning av sulfidkoppar-nickelmalmer, forskare har skapat teknosoler som består av två lager:det övre lagret är hydroponisk vermikulit, som kan behålla fukt och främja växttillväxt; den nedre består av avfall som innehåller karbonater och silikater av kalcium och magnesium. Närliggande kontrollområden skapades utan att lägga till ett lager av avfall, och växterna dog under det första året av experimentet på grund av jordens höga toxicitet.

På varje webbplats, forskarna sådde en blandning av frön av fleråriga gräs som växer under nordliga förhållanden – rödsvingel (Festuca rubra L.), ängssvingel (F. pratensis Huds), awnless rumpa (Bromus inermis Leyss) och smaragd festulolium (X Festulolium F. Aschers. et Graebn). Komplexa gödselmedel som innehåller kväve (16 procent), fosfor (7 procent) och kalium (13 procent) infördes i jorden en gång om året (förutom det sista året av experimentet).

Sju år efter skapandet av tecnhosols och frögräs, forskarna bedömde indikatorer på effektiviteten hos tekniker för sanering av ödemark:indikatorer på markföljd, växttäckets tillstånd, och ackumulering av metaller i vegetation och markkomponent i ekosystem.

Efter att ha fått resultaten av detta experiment, forskarna bedömde kvaliteten på jorden och växternas tillstånd:gräsets höjd, biomassa ovan jord, metallinnehåll ackumulerat i teknosoler och anläggningar som ett resultat av utsläpp från metallurgiska anläggningar och även innehållet av organiskt kol, humus- och fulvinsyror, innehållet av kol i mikrobiell biomassa och aktivitet hos markmikroorganismer. Ytterligare, resultaten jämfördes med data om avfall och markegenskaper hos den ursprungliga teknogena ödemarken.

Resultaten av studien visade att trots den konstanta atmosfäriska nedfallet av tungmetaller, en aktiv jordbildande process äger rum på platser med teknosoler baserade på gruvavfall. De samlar organiskt kol, och innehållet av organiska ämnen och mikrobiell biomassa efter sju års utveckling av teknosoler var jämförbara med parametrarna för naturliga jordar.

Den maximala biomassan av gräsbeläggning var i varianten med användning av avfall som innehåller serpentinmineraler i dess sammansättning, vilket beror på det höga innehållet av kisel som är tillgängligt för växter i avfallet, vilket är en stabilitetsfaktor för spannmålsväxter under stress.

"Naturligt återställande av störda ekosystem i arktiska förhållanden tar minst 30 till 35 år. Under förhållanden med extrem nedbrytning av jord och vegetation på mänskligt skapade ödemarker, denna process kan ta hundratals år. Resultaten av experimentet visar att användningen av gruvavfall som en komponent i konstgjorda jordar – teknosoler – inte bara gör det möjligt att förhindra jorderosion och skapa vegetationstäcke under förhållanden med ständigt förekommande utsläpp av metaller, men också för att påskynda återhämtningen av jordar och minska migrationen av tungmetaller till miljön, " sa Viacheslav Vasenov.

Enligt Vasenov, cirka 100 kvadratmeter av territoriet har återtagits hittills med den nya metoden, och 10 typer av gruvavfall användes i experimenten.

"I dag, denna metod är optimal när det gäller arbetskostnader och ekonomisk effektivitet, eftersom tekniken är baserad på avfall från gruvföretag, det är, material till låg kostnad, ", avslutade forskaren.