CC BY
132
4. Иванов Г.И. Почвообразование на юге Дальнего Востока. - М.: Наука, 1976. - 200 с.
5. Канунникова Н.А. Термодинамические потенциалы и показатели буферных свойств почв. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 100 с.
6. Ковда В.А., Зимовец Б.А., Амчиславская А.Г. О гидрогенной аккумуляции 8Ю2 и R2Оз в почвах Приамурья // Почвоведение. - 1958. - № 5. - С. 1-11.
7. Корляков А.С., Сунгуров Ю.И. Химическая и минералогическая характеристика лугово-бурых оподзо-ленных, луговых глеевых оподзоленных и луговых глеевых почв долины реки Сунгач // Избыточно-увлажненные почвы Дальнего Востока и их мелиорация. - Владивосток, 1970. - Вып. 1. - С. 66-71.
8. Костенков Н.М. Генетические и химические особенности рисовых полей Приморья // Луговые почвы Приморья. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. - С. 3-61.
9. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительные режимы в почвах периодического переувлажнения (Дальний Восток). - М.: Наука, 1987. - 195 с.
10. Крейда Н.А., Кононов Д.Д., Градусов Б.П. О буроземах Приморья // Почвоведение. - 1975. - № 1. -С. 17-26.
11. Ливеровский Ю.А., Росликова В.И. О генезисе некоторых луговых почв Приморья // Почвоведение. -1962. - № 8. - С. 36-49.
12. Обменный калий и калийный потенциал как показатели обеспеченности дерново-подзолистых почв обменным калием / М.Ш Шаймухаметов, Л.В. Никитина, Э.А. Бабарина [и др.] // Почвоведение. -1991. - № 7. - С. 78-86.
---------♦'----------
УДК 631.4; 631.618 О.В. Полохин
ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ МОЛОДЫХ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ
В статье рассмотрены процессы гумусонакопления и состав гумуса почв, формирующихся на разновозрастных самозарастающих отвалах Назаровского угольного разреза. Выявлено, что характер накопления и трансформации органического вещества зависит от положения почвы в рельефе техногенного ландшафта, состава пород, слагающих отвалы, и времени почвообразования.
Ключевые слова: органическое вещество, гумус, техногенный ландшафт, почвы.
O.V. Polokhin
HUMUS STATE OF THE YOUNG SOILS IN THE MAN-AFFECTED LANDSCAPES
Humus accumulation processes and humus composition of the soils being formed on the uneven-aged and self-growing Nazarovo coal mine dumps are considered in the article. It is revealed that way of accumulation and transformation of the organic matter depends on soil position in the man-affected landscape relief, dump material nature and soil formation duration.
Key words: organic matter, humus, man-affected landscape, soils.
Введение. Нарушенные земли западной части Красноярского края представлены в основном отвалами угольных разрезов. При этом большая часть техногенных ландшафтов долгое время остается нерекуль-тивированной и оставляется под самозарастание. При переходе техногенных ландшафтов в естественные биологические процессы развитие фитоценозов является определяющим. Изучение процессов накопления биогенного органического вещества и характера его трансформации в техногенных ландшафтах на начальных этапах почвообразования позволит понять направленность процесса почвообразования, оценить почвенно-экологическое состояние таких ландшафтов, выявить перспективы их саморазвития, обосновать цели рекультивации и способы их достижения.
Процессы гумусообразования и гумусонакопления достаточно полно изучены в почвах техногенных ландшафтов Сибири, Урала, юга Дальнего Востока России [5; 8; 13-15]. Однако исследования гумусного состояния разновозрастных эмбриоземов техногенных ландшафтов в развивающейся системе геохимически сопряженных ландшафтов фрагментарны.
Цель работы состояла в изучении процессов накопления и состава гумуса в эмбриоземах в зависимости от временной стадии их эволюции, состава пород, слагающих отвалы и положения почвы в рельефе техногенного ландшафта.
Объекты и методы исследований. Исследования проводились на техногенных ландшафтах Наза-ровского угольного разреза Красноярского края, представленных внешними и внутренними отвалами вскрышных и вмещающих пород. Объектами изучения стали хроносерия самозарастающих неспланирован-ных внутренних бестранспортных отвалов 30-, 10- и 1-летнего возраста. Геоморфологически они представляют собой невысокие гряды гребневой формы и рассматриваются как формирующиеся катены [9; 11]. На каждом отвале были выбраны три позиции: на вершине - элювиальная (Эль), на склоне - трансаккумулятивная (Трансакк), у подножия - аккумулятивная (Ак).
Породы, слагающие отвалы, представлены техногенными элювиями песчаников (часто ожелезнен-ными), алевролитами, в различной степени пиритизированными углистыми аргиллитами, четвертичными рыхлыми покровными делювиально-аллювиальными суглинками и глинами. Выбранные для исследования отвалы сходны по составу пород, рельефу, экспозиции склонов. В работе использована субстантивногенетическая классификация почв техногенных ландшафтов И.М. Гаджиева и В.М. Курачева [6;15]. Отбор образцов производился в первой декаде августа. Определение гумуса проводили по методу Тюрина, группового и фракционного состава гумуса по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [1].
Результаты исследований и их обсуждение. В результате применения технологии неселективного по породам отвалообразования происходит первоначальное хаотичное смешение пород, различающихся по степени дисперсности, свойствам и химическому составу. Это приводит к формированию отвалов высокой исходной неоднородности с созданием многочисленных макро-, мезо- и микроочагов [10;15]. На свежеотсы-панных отвалах выявлены карбонатно-кальциевые, пиритсодержащие очаги и очаги окисляющегося угля. Интенсивность окисления углей невелика. Пириты в это время только начинают окисляться и степень их влияния незначительна. Реакция среды слабощелочная вследствие наличия рассеянных карбонатов кальция. Поглощающий комплекс насыщен кальцием и магнием. Содержание органического углерода в породах 1-летних отвалов составляет 0,1-0,2% от веса почвы.
По мере выщелачивания карбонатов кальция и активного окисления пиритов реакция среды постепенно сменяется на слабокислую и сильнокислую, кислую. С появлением пионерных группировок растительности начинается образование почвенного органического вещества. В зависимости от положения формирующихся почв в рельефе техногенного ландшафта активность этого процесса различна. К 10-летнему возрасту элювиальные позиции представляют собой острые гребни, на которых интенсивно развиваются дефляционные, водноэрозионные, оползневые и другие гипергенные процессы. Формируются ксероморфные местообитания. Величина рН 4,7-5,7. Эти условия препятствует закреплению растительности и развитию биоценоза в целом. Проективное покрытие растительностью составляет около 20%. В этих условиях эм-бриоземы продолжают оставаться на инициальной стадии развития. Содержание органического вещества составляет 0,12-0,19%, при этом дифференциации его по профилю не наблюдается.
Трансаккумулятивные позиции представляют собой горизонтальные или слабонаклонные поверхности отвалов. Почвы часто подвержены эрозионным и намывным процессам, получают дополнительное увлажнение за счет вод поверхностного стока. Происходит смягчение ксероморфизма в сторону мезоморфиз-ма. Это способствует активному развитию растительности и к 10-летнему возрасту отвалов она представлена бурьянистым сообществом. Преобладающим типом почв являются дерновые эмбриоземы. Значения рН находятся в пределах 4,3-6,4 с увеличением кислотности от верхних слоев к нижним. В составе обменных катионов преобладает кальций. Содержание органического вещества в мелкоземе дернового горизонта (0-2 см) достигает значений 1,24% с резким уменьшением вглубь по профилю, что соответствует регрессивно-аккумулятивному типу распределения [12]. Такое падение его содержания с глубиной и вогнутый характер кривой распределения соответствует также грубогумусному типу профиля [2].
Для поверхностных горизонтов характерно преобладание гуминовых кислот (Сгк:Сфк=1,2-1,6). Тип гумуса изменяется вниз по профилю от фульватно-гуматного к фульватному. Кривые распределения гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК) перекрещиваются на глубине 7-10 см, то есть имеют "ножничный” тип распределения, что характерно для зональных почв лесостепной и степной зон [3;8]. Гуминовые кислоты в верхнем
горизонте представлены в основном фракциями, связанными с кальцием, устойчивыми полуторными оксидами и глинистыми минералами (табл.). У фульвокислот преобладает фракция кислот, связанных с кальцием (фракция 2), и фракция агрессивных ФК (1а). Негидролизуемый остаток составляет 32-48% и имеет, скорее всего, двоякую природу образования. С одной стороны, он представлен дегидратированными формами гуминовых кислот, содержащихся в углистых частицах, с другой стороны, трудноразлагающимся лигнифици-рованным веществом исходных органических остатков [4;7]. На аккумулятивных позициях к 10-летнему возрасту преобладают органо-аккумулятивные эмбриоземы под разнотравно-камышово-злаковой растительностью. Это обусловлено влиянием линзы верховодки, сформировавшейся в процессе накопления в зоне конечной аккумуляции вод поверхностного стока. Кроме того, происходит периодическое поступление мелкозема с повышенных элементов катены и своеобразное "захоранивание” (погребение) существовавших ранее верхних горизонтов. Это объясняет специфику содержания и распределения органического вещества, имеющего зигзагообразную форму по профилю почвы. В целом тип гумуса меняется от гуматного к гуматно-фульватному вниз по профилю. Распределение ГК и ФК по профилю имеет "ножничный” характер распределения с точкой пересечения на глубине 25-30 см. Среди гуминовых кислот преобладают вторая и третья фракции. Фульвокислоты представлены в основном фракцией, связанной с кальцием и агрессивной фракцией. Характер распределения всех фракций по профилю также зигзагообразный. Величина негидролизуемого остатка меняется в пределах от 23 до 47%.
Фракционно-групповой состав гумуса разновозрастных эмбриоземов
Глуби- на, см С общ., % Гуминовые кислоты Фульвокислоты Нераство- римый остаток Сгк/ Сфк
% к С общ. почвы
1 2 3 7 1а 1 2 3 7
Эмбриозем д ерновый (10 лет) . Трансакк
0-5 0,98 6,4 15,7 11,6 33,7 5,4 5,1 8,8 4,5 23,8 42,2 1,4
5-10 0,44 6,8 4,5 11,3 22,7 9,0 0,1 36,3 0,1 45,5 31,8 0,5
Эмбриозем органо-аккумулятивный (10 лет). Акк
0-5 1,01 9,4 18,7 13,5 41,6 5,4 6,4 11,8 4,1 27,7 34,9 1,5
5-10 1,97 13,1 13,7 10,6 37,5 3,5 3,5 25,8 1,5 34,5 28,0 1,1
10-20 1,09 8,9 21,3 13,6 30,2 5,3 3,2 9,6 3,5 21,6 36,1 1,4
Эмбриозем гумусово-аккумулятивный (30 лет). Эль
0-5 6,04 11,7 45,3 13,0 70,0 1,6 3,9 8,6 0,2 14,3 15,7 4,8
5-10 2,96 15,2 19,5 7,0 41,7 2,0 1,3 13,1 2,3 18,9 39,4 2,2
10-15 2,46 4,0 14,2 5,3 23,5 2,0 0,4 7,3 0,4 10,1 66,4 2,3
15-20 1,26 13,6 6,8 12,3 32,8 2,7 0,1 35,6 0,1 38,5 28,7 0,9
20-30 1,17 2,9 10,9 5,1 18,9 3,6 0,1 19,7 43,0 66,5 14,6 0,3
Эмбриозем гу /мусово-аккумулятивный (30 лет). Трансакк
0-5 7,78 17,9 9,6 6,5 34,0 1,8 2,2 13,5 3,5 21,0 45,0 1,7
5-10 4,42 24,4 11,0 9,2 44,7 2,0 3,3 33,7 1,3 40,4 14,9 1,1
10-15 3,30 33,3 10,6 12,4 56,3 2,7 0,9 15,4 2,4 21,5 22,2 2,6
15-20 2,13 28,6 11,2 18,7 46,9 2,3 1,4 16,9 0,9 21,5 31,6 2,7
20-30 1,78 27,3 24,1 12,3 64,0 4,4 2,8 16,2 3,3 26,9 9,1 2,3
Эмбриозем дерновый глеевый иловато-болотный (30 лет). Акк
0-5 4,03 6,2 18,4 6,1 30,7 2,2 2,4 14,7 1,8 21,1 48,2 1,5
5-10 2,64 20,8 28,0 11,7 60,6 1,8 2,6 37,8 3,7 30,3 9,1 2,0
10-15 2,36 27,1 1,6 12,2 41,1 2,5 2,9 48,7 1,2 55,5 3,4 0,7
15-20 1,06 4,7 12,2 5,6 22,6 2,8 2,8 20,7 3,7 30,1 47,3 0,7
20-30 0,55 5,4 21,8 9,0 36,3 5,4 0,0 45,4 1,8 52,7 11,0 0,6
Таким образом, влияние состава пород на групповой и фракционный состав гумусовых кислот проявляется уже к 10-летнему периоду почвообразования, а неспланированные поверхности вершин отвалов задерживают процессы гумусообразования (почвообразования) минимум на 10 лет.
При опускании фронта окисления пирита вглубь толщи пород и постепенного исчерпания ресурсов этого минерала в верхнем горизонте толщи пород реакция среды в них повышается. К этому времени пионерные группировки растительности сменяются более сложными сообществами, активизируется накопление почвенного органического вещества. Это приводит к увеличению количества гумуссодержащих очагов как в верхних корнеобитаемых горизонтах, так и в нижележащей толще. К 30-летнему возрасту в автоморфных автономных элювиальных позициях сформировались гумусово-аккумулятивные эмбриоземы. Растительность представлена злаковым сообществом. Вершины отвалов пород представляют собой в отличие от отвалов 1- и 10-летнего возраста уже не острые гребни, а уплощенные площадки. Это способствует улучшению гидрофизических условий, закреплению растительности на поверхности отвала и активному развитию биогенных процессов. Гумуссодержащие очаги увеличиваются и начинают перекрывать друг друга, образуя единый гумусовый горизонт мощностью до 7 см. Содержание общего органического углерода в гумусоаккумулятивном горизонте достигает значений 5,8-6,3% с достаточно резким уменьшением вглубь по профилю эмбиоземов. В составе гумусовых кислот до глубины 15-20 см преобладают гуминовые кислоты, ниже - фульвокислоты. Тип гумуса меняется от гуматного к фульватному. Кривые профильного распределения ГК и ФК кислот имеют "ножничный” характер. Как и следовало ожидать, для пород суглинистого состава, насыщенных основаниями, с рН среды, близкой к нейтральной, в составе гумусовых кислот преобладает вторая фракция ГК и ФК, то есть кислот, связанных с кальцием и магнием. Количество бурых кислот и связанных с глинистыми минералами ГК можно считать равнозначными. В фульвокислотном составе фракция свободных и связанных с глинистыми минералами ФК уменьшается вглубь по профилю, а вторая фракция и фракция агрессивных ФК с глубиной возрастают. Связано это с увеличением карбонатов кальция и повышением содержания в мелкоземе фракции физической глины.
Следует отметить, что недостаток влаги и более высокие температуры почвы, чем в нижерасположенных по катене эмбриоземах, создают более ксероморфные условия почвообразования (т.е. происходит как бы сдвиг условий почвообразования в более аридную зону). При этом поступающее в почву органическое вещество либо консервируется (мумифицируется), либо трансформируется до стадии преимущественно грубого гумуса.
На трансаккумулятивных позициях 30-летнего отвала сформировались также гумусовоаккумулятивные эмбриоземы, но уже под разнотравно-злаковой растительностью. В отличие от гумусоаккумулятивных горизонтов почв элювиальных позиций содержание органического углерода в соответствующих горизонтах почв трансаккумулятивных позиций возросло до 8,5%, а мощность гумусового горизонта увеличилась до 10 см. Кривая распределения его по профилю имеет вогнутый характер с резким падением с глубиной. В верхних горизонтах в групповом составе гумусовых кислот преобладают гуминовые кислоты с увеличением их содержания вглубь по профилю. Отношение углерода ГК к углероду ФК составляет 1,1-2,9. Повышенное содержание ГК в нижней части профиля объясняется не только вымыванием продуктов гумификации из верхних горизонтов в нижележащие, но и присутствием значительного количества включений угля на глубине 20-40 см. Глубже в составе гумусовых кислот возрастает доля ФК. Это дает нам основание считать, что тип гумуса меняется от гуматного (в верхней части профиля) к гуматно-фульватному (в нижней части профиля).
Во фракционном составе ГК основная часть представлена бурыми ГК, содержание которых увеличивается с глубиной. Черные ГК и ГК третьей фракции, связанной с устойчивыми полуторными окислами и глинистыми минералами, находятся в равнозначном положении. Их процентное содержание увеличивается вглубь по профилю. Фракционный состав ФК в основном представлен второй фракцией, связанной с кальцием и магнием.
Почвы аккумулятивных позиций представлены эмбриоземами дерновыми глеевыми иловатоболотными. На данном элементе рельефа сформировался осоково-вейниковый луг в окружении зарослей Salix sp. Реакция среды в верхних горизонтах близкая к нейтральной, в нижних (15-40 см) слабощелочная. Степень насыщенности основаниями высокая.
Содержание органического вещества ниже, чем в гумусово-аккумулятивных эмбриоземах, что объясняется типом растительности, гидротермическим режимом, рельефообразующим фактором. Распределение гумусовых кислот по профилю имеет ножничный характер с преобладанием ГК в верхней части профиля. Соотношение углерода ГК к углероду ФК в слое 0-10 см составляет 1,3-2,0, глубже тип гумуса становится гуматно-фульватным. Среди ГК преобладают первая и вторая фракции. Во фракционном составе ФК возрастает только доля кислот, связанных с кальцием. Четких закономерностей между показателями и распределением по профилю между гумусовыми кислотами и остальными показателями не наблюдается, что гово-
рит о несформировавшемся гумусовом составе и сохраняющимся проявлении влияния на него литогенного состава пород.
Заключение. Таким образом, наиболее интенсивные процессы гумусонакопления происходят в верхних корнеобитаемых горизонтах (слоях) почв трансаккумулятивных позиций техногенного ландшафта, где складываются благоприятные водный и температурный режимы, а также лучше развивается растительность. В лесостепной зоне вне зависимости от положения почвы в рельефе кривые распределения гумуса соответствуют регрессивно-аккумулятивному (грубогумусному) подтипу. С течением времени тип распределения сохраняется. На ранних этапах эволюции эмбриоземов групповой и фракционный состав гумуса определяются в основном литогенными свойствами пород, слагающих отвалы техногенных ландшафтов. Причиной ксероморфизма на элювиальных позициях является неблагоприятный для гумусообразования (почвообразования) рельеф поверхности отвалов. Поэтому планировка поверхности отвалов должна являться одним из обязательных элементов технологии рекультивации.
Литература
1. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
2. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. - Л.: Наука. Ле-нингр. отд-ние, 1980. - 287 с.
3. Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статика и динамика (на примере Западной Сибири). -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. - 352 с.
4. Кленов Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 176 с.
5. Костенков Н.М., Пуртова Л.Н. Общие закономерности формирования почв на отвальных породах и их гумусовое состояние // Вестн. КрасГАУ. - Красноярск, 2009. - Вып. 6. - С. 17-22.
6. Курачев В.М., Кандрашин Е.Р., Рагим-заде Ф.К. Сингенетичность растительности и почв техногенных ландшафтов: экологические аспекты, классификация // Сиб. экол. журн. - 1994. - № 3. - С. 205-213.
7. Курачев В.М., Батурина В.Б. Темпы разложения растительных остатков в почвах техногенных ландшафтов // Сиб. экол. журн. - 2005. - № 5. - С. 789-793.
8. Махонина Г.И. Экологические аспекты почвообразования в техногенных экосистемах Урала. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2003. - 365 с.
9. Мордкович В.Г., Шатохина Н.Г., Титлянова А.А. Степные катены. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1985. - 118 с.
10. Полохин О.В. Специфика преобразования минеральных форм фосфатов при почвообразовании в техногенных ландшафтах // Сиб. экол. журн. - 2007. - № 5. - С. 843-847.
11. Полохин О.В., Сиухина М.С. Катенный подход как элемент методологиии при изучении процессов
почвообразования в техногенных ландшафтах // Современные проблемы почвоведения в Сибири:
мат-лы междунар. науч. конф. - Томск: ТГУ, 2000. - Т. 1. - С. 26-29.
12. Розанов Б.Г. Морфология почв. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - 320 с.
13. Шляхов С.А., Осипов С.В. Техногенные поверхностные образования на месте разработки россыпных
месторождений золота (Буреинское нагорье, Дальний Восток) // Почвоведение. - 2004. - № 10. -
С. 1250-1258.
14. Шугалей Л.С., Горбунова Ю.В. Формирование гумусовой системы инициальных почв техногенных ландшафтов под культурами сосны // Вестн. КрасГАУ. - 2006. - № 5. - С. 79-86.
15. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1992. - 305 с.
