Singenesys of vegetation cover and redox systems forming in soils of burrows of coal-pits.pdf Введение Оценивая специфику формирования почвенного и растительного покрова в техногенных ландшафтах Сибири, прежде всего, необходимо учитывать тот факт, что основная часть предприятий, деятельность которых связана с извлечением на поверхность большого количества ископаемых пород, приурочена либо к горным областям, либо, прилегающим к ним территориям. И это не случайно, поскольку при формировании горных систем, в результате тектонических процессов, сравнительно близко к поверхности оказываются породы, служащие ценным сырьем для черной, цветной металлургии и других отраслей промышленности. Кроме того, в низкогорьях и в прилегающих к ним сильно расчлененных равнинах создаются благоприятные условия для протекания эрозионно-аккумулятивных процессов, в результате чего происходит перераспределение осадочных пород, которое обусловливает доступность угленосных пластов. Подобное распределение ресурсов промышленности и энергетики определяет очаговость и высокую интенсивность антропогенной нагрузки для некоторых регионов Сибири, особое место среди которых занимает Кемеровская область, где площадь техногенных ландшафтов по разным оценкам составляет от 75 до 200 тыс. га [1, 2]. При этом каждый год в Кузбассе только предприятия угольной промышленности выносят на поверхность до 3 млрд т твердых отходов [3]. Большую часть этих отходов составляют восстановленные вскрышные и вмещающие породы, извлекаемые при добыче угля. На поверхности, попадая в окислительные условия, эти вещества начинают окисляться. Процесс окисления сопровождается образованием новых соединений, способных накапливаться или мигрировать и тем самым осложнять экологическую обстановку в прилегающих ландшафтах. Известно, что окислительно-восстановительные системы почв способны к закреплению и детоксикации продуктов окисления. Например, в процессе гумусообразования фенольные вещества способны объединяться в полимеры, сходные по свойствам с гумусовыми кислотами [4]. Важнейшим условием, обеспечивающим трансформацию исходных (литогенных) окислительно-восстановительных систем в педогенные, является поступление на поверхность и вглубь субстрата веществ биогенной природы. Влияние растительности, как фактора, определяющего количество и качество поступающих биогенных веществ, на различных почвах неодинаково и находится в тесной связи с этапами эволюции эмбриоземов. Цель настоящего исследования - оценка влияния растительного покрова на процессы трансформации окислительно-восстановительных систем в почвах техногенных ландшафтов Кемеровской области. Материалы и методики исследования Объектами исследований были выбраны почвы, сформированные на отвалах Ольжерасского каменноугольного разреза, расположенного в горнотаежной зоне Кузбасса в 15 км к северо-востоку от г. Междуреченска Кемеровской области. В настоящее время на поверхности отвала сформированы эмбриоземы, относящиеся, в соответствии с классификацией почв техногенных ландшафтов [5], к типам инициальных, органо-аккумулятивных, дерновых и гумусово-аккумулятивных. Помимо определения флористического состава растительных группировок, в исследуемых типах эмбриоземов по глубинам 0-10, 20-30 и 40-50 см отбирались образцы почвы, в которых определялись окислительная емкость, фракционный состав окислительно-восстановительных систем [6], гранулометрический состав [7], а также содержание гумуса [8]. Результаты исследования и обсуждение Наблюдения показали, что флористический состав инициальных эм-бриоземов беден. Древесные растения представлены березой бородавчатой (Betulapendula Roth) и ивой козьей (Salix caprea L.). Редко встречаются травянистые растения, такие как мать-и-мачеха (Tussilago farfara L.), донник лекарственный (Melilotus officinalis L.), клевер луговой (Trifolium pratense L.), ежа сборная (Dactylis glomerata L.). Проективное покрытие поверхности не превышает 40%. Все это позволяет охарактеризовать растительную группировку как пионерную. Рассеянное расположение растений и бедный флористический состав пионерных группировок, определяемые высокой каменистостью и низким содержанием мелкозема (рис. 1), ослабляют роль растительности как источника поступления органического вещества в процессах формирования окислительно-восстановительных систем инициальных эмбриоземов. Поэтому содержание восстановленных, преимущественно литогенных, веществ значительно превышает таковое в других типах эмбриоземов. Также о преобладании литогенных компонентов в окислительно-восстановительных системах инициальных эмбриоземов свидетельствует высокое содержание в профиле трудноокисляемых веществ (таблица). В то же время некоторое увеличение содержание гумуса в верхнем 10-сантиметровом слое говорит о химическом преобразовании исходных компонентов. Таким образом, если учитывать всю неразвитость биогенных и педогенных процессов в данном типе почв, то характер преобразования исходной окислительно-восстановительной системы можно определить как хемогенный. В отличие от инициальной на органно-аккумулятивной стадии эволюции эмбриоземов [9] во флористическом составе преобладают травянистые растения, относящиеся к семейству бобовых (Fabaceae). Это клевер луговой (Trifolium pratense), донник лекарственный (Melilotus officinalis), донник белый (Melilotus albus Medik.), чина Гмелина (Lathyrus gmelinii Fritsch). Также встречаются и несколько видов злаковых растений, таких как полевица гигантская (Agrostis gigantea Roth), ежа сборная (Dactylis glomerata). Проективное покрытие здесь составляет 80%. Поэтому местообитаниям, представленным органно-аккумулятивными эмбриоземами, соответствуют простые растительные группировки. 1-10 см 100% -| - - - - 75% - --^^ ^^ - 50% -25% - 0% -I---■---■---■--- 20-30 см 100% -1 - - 0- ..... . . 75% - ------- 50% -25% - 0% -I---1---1---1--- 40-50см 100% -1 - - - - 75% " ^^Z ZZ 50% -25% - 0% -I---1---1---1--- Инициальный Органо-аккумулятивный Дерновый Гумусовоаккумулятивный □ фракция > 3 мм □ фракция 1-3мм q фракция < 1 мм Рис. 1. Распределение фракций крупнозема в исследуемых почвах Содержание и распределение компонентов окислительно-восстановительных систем Содержание Доля фракции, % от валового количества Тип почвы Глубина, гумуса, % восстановлен см ных веществ, трудносреднелегкомг-экв./100 г окисляемые соединения Инициальный эмбриозем 0-10 0,70 2526 9,9 69,8 20,3 20-30 0,54 2557 20,6 53,5 25,9 40-50 0,59 1745 12,2 62,3 25,5 Органо- 0-10 1,64 1462 16,3 60,6 23,1 аккумулятивный 20-30 1,68 1112 11,9 65,5 22,5 эмбриозем 40-50 1,68 1239 14,1 58,6 27,2 Дерновый эмбриозем 0-10 1,83 1342 11,9 62,9 25,2 20-30 1,81 1108 10,2 66,7 23,1 40-50 1,56 1117 6,1 68,8 25,1 Гумусово- 0-10 1,95 1906 22,3 52,2 25,5 аккумулятивный 20-30 1,98 1537 10,8 60,8 28,5 эмбриозем 40-50 1,83 1503 5,4 63,8 30,9 НСР 05 - 0,21 62 - - - Развитие простых растительных группировок способствует накоплению мелкозема в верхнем 10-сантиметровом слое, однако отмеченное соотношение количества мелкозема и камней приводит к иссушению верхнего слоя почвы. Это ограничивает развитие микроорганизмов, разлагающих растительные остатки. По этой причине в органо-аккумулятивных эмбриоземах формируется и долго сохраняется хорошо выраженный горизонт аккумуляции биогенных восстановленных веществ (подстилки). Образовавшийся генетический горизонт в результате действия биогенных окислительно-восстановительных процессов со временем претерпевает изменения. Эти процессы, а также их продукты, воздействуют на нижележащую породу, что приводит к наложению биогенных окислительно-восстановительных процессов на хемогенные. Результатом такого взаимодействия можно считать появление восстановленных веществ педогенной природы, т.е. начало формирования педогенной окислительно-восстановительной системы. Это сопровождается повышением содержания гумуса, в то время как количество восстановленных веществ в данном типе эмбриоземов уменьшается примерно в 1,5 раза (таблица). Следующая стадия развития эмбриоземов, дерновая, характеризуется сложной растительной группировкой. Проективное покрытие растительностью достигает 90%. Характерной особенностью местообитаний является преобладание злаковых (Poaceae) растений. Это полевица гигантская (Agrostis gigantea), полевица тонкая (Agrostis tenuis Sibth.), тимофеевка луговая (Phleum pratense L.), мятлик обыкновенный (Гоа trivialis L.). Из бобовых (Fabaceae) наиболее часто встречаются клевер луговой (Trifolium pratense), донник лекарственный (Melilotus officinalis). Реже встречаются виды, относящиеся к семейству сложноцветных (Asteraceae): это полынь Сиверса (Artemisia siever-siana Willd.), нивяник обыкновенный (Leucanthemum vulgare Lam.). Благодаря тому, что преобладающие в данном типе эмбриоземов злаковые растения образуют мощную корневую систему, в почвенном профиле, под травянистой подстилкой, формируется четко выраженный дерновый горизонт. Поэтому, в результате образования еще одного генетического горизонта, контакт между породой и поверхностью осложняется. В связи с этим отмечается дальнейшее снижение количества камней, особенно в верхних горизонтах (см. рис. 1). Ниже оно может возрастать и даже превышать содержание их в профиле органо-аккумулятивного эмбриозема. Содержание мелкозема в верхнем 10-сантиметровом слое около 20%. Вниз по профилю оно несколько уменьшается по сравнению с органо-аккумулятивным эмбриоземом. Наблюдаемые особенности объясняются тем, что на смену физическому выветриванию, которое ослабевает вследствие ограничения прямого контакта породы с поверхностью, приходит биофизическое и биохимическое. Все это приводит к возрастанию активности биогенных окислительно-восстановительных процессов и обеспечивает вовлечение материала техногенного элювия в активное взаимодействие с биогенной частью профиля. Содержание гумуса при этом продолжает увеличиваться и превышает 1,8%. (см. таблицу). На гумусово-аккумулятивной стадии формирования эмбриоземов, син-генетичной замкнутому фитоценозу, отмечается смыкание надземного и подземного ярусов растительного покрова. Таким образом, проективное покрытие составляет здесь 100%. Во флористическом составе преобладают травянистые растения, относящиеся к семейству злаковых (Poaceae). Это пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski), овсяница луговая (Festucapra-tensis Huds.), полевица гигантская (Agrostis gigantea), тимофеевка луговая (Phleum pratense), мятлик обыкновенный (Роа trivialis). Следующая группа наиболее встречающихся в данном фитоценозе растений относится к семейству сложноцветных (Asteraceae) и представлена полынью Сиверса (Artemisia sieversiana), нивяником обыкновенным (Leucanthemum vulgare Lam.) и репейником большим (Arctium lappa L.). Реже встречаются виды, относящиеся к семейству бобовых (Fabaceae), такие как клевер луговой (Trifolium pratense), донник лекарственный (Melilotus officinalis). В результате формирования замкнутого фитоценоза увеличивается количество, а также улучшается разнообразие поступающего в почву растительного опада. Об этом свидетельствует значительное увеличение в верхней части профиля гумусово-аккумулятивного эмбриозема содержания биогенных трудноокисляемых восстановленных веществ, что, в совокупности с другими факторами почвообразования, приводит к повышению интенсивности формирования педогенных окислительно-восстановительных процессов и, как следствие, к образованию горизонта аккумуляции восстановленных веществ педогенной природы (гумусово-аккумулятив-ный горизонт). Заключение Таким образом, обобщая описанные выше особенности развития окислительно-восстановительных систем в зависимости от состава растительных группировок, отметим следующее: 1. Формирование педогенных окислительно-восстановительных систем при почвообразовании протекает поэтапно, сингенетично стадиям сукцессии фитоценозов. 2. Пионерная растительная группировка, характерная для инициальных эмбриоземов, не обеспечивает поступления достаточного количества биогенных веществ. Преобладающими процессами трансформации окислительно-восстановительных систем в этих эмбриоземах являются хемо-генные. 3. Простая растительная группировка, свойственная органо-аккумуля-тивным эмбриоземам, способствует протеканию активных биологических процессов. Это выражается в напочвенном накоплении восстановленных веществ биогенной природы, формирующих горизонт травянистой подстилки. Для данного типа эмбриоземов свойственно преобладание биогенных окислительно-восстановительных процессов. 4. Формирование сложной растительной группировки на дерновых эм-бриоземах обеспечивает развитие педогенных окислительно-восстановительных процессов. Это происходит при внутрипочвенном воздействии на субстрат живых организмов, а также продуктов их жизнедеятельности. 5. Замкнутый фитоценоз, характерный для гумусово-аккумулятивных эмбриоземов, способствует протеканию педогенно-аккумулятивных окислительно-восстановительных процессов. Развитие этих процессов сопровождается образованием горизонта аккумуляции восстановленных веществ педогенной природы или гумуса.

Скачать электронную версию публикации