Характеристика почвенного покрова техногенных ландшафтов Красногорского каменноугольного разреза | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 387. DOI: 10.17223/15617793/387/38

Характеристика почвенного покрова техногенных ландшафтов Красногорского каменноугольного разреза

Рассматриваются экологические условия формирования и свойства почв техногенных ландшафтов Красногорского каменноугольного разреза, представляющих собой внешние транспортные отвалы. На основе полевых и экспериментальных исследований выявлены специфические особенности функционирования техногенных почв в пределах данного каменноугольного разреза и показана направленность процессов формирования определенных типов эмбриоземов. Установлено, что на территориях месторождений образуются техногенные ландшафты, на поверхности которых со временем формируется почвенный покров, отличающийся от почвенного покрова естественных экосистем. Проведена почвенно-экологическая оценка современного состояния территорий, находящихся в зоне воздействия техногенного объекта.

Characteristics of the soil cover of technogenic landscapes of the Red-Mountain coalmine.pdf Потребность промышленности в сырье и энергии привела к экологическому кризису тех регионов, в которых по сей день ведутся интенсивная добыча и переработка полезных ископаемых. Авторы считают, что вмешательство человека в природные процессы, такие как полное уничтожение почв и лесов, изменение рельефа, вынос глубинных пород на поверхность и т.п., наблюдаемых в лесостепной зоне и горнотаежном поясе Кузбасса, уже привели к экологической катастрофе, т.е. к необратимым последствиям. Добыча и переработка полезных ископаемых с каждым годом увеличивается, тем самым захватывая естественные территории. Восстановление нарушенных ландшафтов путем самовосстановления и рекультивации - процесс достаточно долгий и не приводящий ландшафт в первоначальное состояние. Мероприятия по реабилитации техногенных земель не успевают охватить все площади. В связи с этим проблема изучения почв техногенных ландшафтов, отличающихся от природных структурой, спецификой круговорота химических элементов и биологической продуктивностью, актуальна и имеет большое народно-хозяйственное значение. Почвы Кемеровской области достаточно хорошо исследованы, тогда как почвы техногенных ландшафтов лесостепной зоны, тем более горно-таежного пояса Кузбасса, изучены не в полной мере. Начало исследованию почв техногенных ландшафтов Кузбасса положили сотрудники Уральского государственного университета, Уральского ботанического сада и Института горного дела УРО РАН в 1950-х гг. Благодаря их работам были установлены закономерности естественного зарастания нарушенных земель, получены агрохимические характеристики субстратов отвалов, золо- и шламохранилищ [1, 2]. В 1969 г. в институте почвоведения и агрохимии СО РАН была организована лаборатория рекультивации почв. Сотрудниками лаборатории были проведены многолетние, значительные по охвату территории, а также объему, исследования [3, 4]. Благодаря этим исследованиям получены оригинальные материалы, характеризующие специфику почвообразования на нарушенных территориях. По сей день одной из важнейших задач этого коллектива является составление обзорной картины распространения техногенных ландшафтов в Сибири и других регионах [5, 6]. Целью настоящей работы явилось определение особенностей формирования почвенного покрова отвалов Красногорского каменноугольного разреза, расположенного в черте г. Междуреченска Кемеровской области, и оценка почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов, представляющих собой внешние транспортные отвалы. Субстрат отвалов состоит из хаотичной смеси вскрышных (покровные глины, тяжелые суглинки) и вмещающих (песчаники, аргиллиты, алевролиты) пород. Возраст отвалов около 60 лет. Материал для исследования подобран с выположенных и спланированных участков, оставленных под самозарастание, т.е. с тех участков, на которых был проведен горнотехнический этап рекультивации. Для изучения почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов применялись следующие подходы: сравнительно-генетические, сравнительно-аналитические и сравнительно-географические, которые позволили сопоставить почвенный и растительный покров исследуемых объектов, дать морфологическую характеристику профилей эмбриоземов и выявить их особенности. В ходе исследований проведена количественная оценка запасов фитомассы в пределах одного контура элементарного ландшафта. Биомасса определялась путем трехкратного укоса на трех аналитических площадках, площадью в один квадратный метр, расположенных по диагонали в пределах одного контура элементарного ландшафта. Исследовались сырая биомасса (масса свежесобранных вегетативных и генеративных органов растений) и сухая биомасса, определяемая при их высушивании (после взвешивания в сыром виде) до состояния сена. Как известно, на каждом геоморфологическом участке техногенного ландшафта формируется специфический почвенный покров с закономерным размещением почв в пространстве. Для выявления особенностей почвенного покрова техногенных ландшафтов используется картографический принцип исследования. Для этого в каждом варианте геоморфологического участка техногенного ландшафта закладывалась опытная площадка (S = 10 м2), на которой проводилось детальное картографирование почвенного покрова со всей его парцеллярной структурой. По полученной почвенной карте вычислялись площади того или иного типа почв и их доля от всей площади геоморфологического участка. В естественных условиях горно-таежного пояса Кузбасса формируются бурые горно-таежные почвы, которые развиваются на элюво-делювии плотных горных пород. Типодиагностическим горизонтом данных почв является выраженный гумусово-аккуму-лятивный горизонт мощностью 15 см с содержанием гумуса 6,1% при отсутствии четко выраженного элювиального горизонта. Бурые горно-таежные почвы обладают незначительной мощностью почвенного профиля (70-80 см), слабой дифференциацией на генетические горизонты, бурой окраской всего профиля, отсутствием иллювиально-карбонатного горизонта. На поверхности почвы отмечается опад, который при интенсивных биологических процессах минерализуется с накоплением подстилки в виде органо-перегнойных остатков мощностью до 6 см. Бурые горно-таежные почвы обладают высокой биологической продуктивностью, несмотря на кислую или слабокислую реакцию среды. Поскольку эти почвы формируются на плотных породах, то в их профиле присутствуют щебнистые частицы, содержание которых увеличивается с глубиной. Формирование бурых горно-таежных почв происходит по типу буроземообра-зования, основными слагающими процессами которого являются гумусово-аккумулятивный, оглинивание и лессиваж. Эмбриоземы горно-таежного пояса являются антропогенными образованиями, генетические признаки которых должны контролироваться особенностями зональных факторов почвообразования и сравниваться с таковыми фоновых почв. Бурые горнотаежные почвы, выступающие в качестве фоновых, в районе исследований являются широко распространенными и формируются в автоморфных позициях, как и исследуемые эмбриоземы. Разрез 1 (бурая горно-таежная среднесуглинистая почва) заложен в пределах Красногорского угольного разреза на выположенном участке северо-западного склона под естественной растительностью: древесный ярус -пихта, береза, осина; кустарниковый ярус - черемуха, рябина, малина; травянистый ярус - борщевик, бодяк, борец, володушка, дудник, скерда, вейник, овсяница. Формула почвенного профиля: АО + AY + ВМ + ВМС + С. Классификационная принадлежность в соответствии с современной классификацией и диагностикой почв России [6]: ствол - постлитогенные почвы; отдел - структурно-метаморфические почвы; тип - буроземы; подтип - типичные; род - ненасыщенные; вид - мелкие. АО 0-5 см. Подстилка, состоящая из свежего, полуразложившегося опада древесной и травянистой растительности этого года и разложившегося опада прошлого года. AY 5-16 см. Серовато-бурый, с множеством мелких и крупных корней, мелкокомковатый, среднесу-глинистый, свежий, рыхлый. Переход по плотности и окраске резкий. ВМ 16-40 см. Бурый со светло-бурыми глинистыми кутанами и охристыми пятнами окиси железа, с множеством корней, присутствуют включения в виде мелкого и среднего щебня, комковато-ореховатый, среднесуглинистый, плотнее предыдущего. Переход по плотности и окраске резкий. ВМС 40-65 см. Бурый, с единичными корнями древесной растительности, присутствуют включения в виде среднего щебня, мелкоореховатый, тяжелосуглинистый, плотнее предыдущего. Переход по плотности и окраске резкий. С 65 см и ниже. Сплошной слой из среднего и крупного щебня. Почвенный покров техногенных ландшафтов Красногорского каменноугольного разреза представлен различными типами эмбриоземов. В посттехногенный период развития ландшафта, при проведении рекультивационных работ или в результате естественного восстановления нарушенных земель, формируется специфический почвенный покров. Для реализации цели исследования в работе использовалась классификация почв техногенных ландшафтов, разработанная в лаборатории рекультивации почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН (г. Новосибирск) [7]. В соответствии с данной классификацией в составе формирующегося почвенного покрова на территории Красногорского каменноугольного разреза выделены преобладающие четыре основных типа эм-бриоземов: инициальные, органо-аккумулятивные, дерновые, гумусово-аккумулятивные. В соответствии с классификацией почв России [8] эмбриоземы относятся к стволу техногенных поверхностных образований. Эмбриоземы инициальные принадлежат к подгруппе литостратов, группе натурфабрикатов. Эмбри-оземы органо-аккумулятивные можно отнести к типу псаммоземов, принадлежащих отделу литоземов. Дерновые и гумусово-аккумулятивные типы эмбри-оземов близки к псаммоземам и пелоземам гумусовым из отдела литоземов. Эмбриоземы инициальные - эволюционно молодой тип почвоподобных тел, морфологическим признаком которых является отсутствие биогенного горизонта. Примитивность (или отсутствие) профиля данного типа обусловлена недостаточной интенсивностью преобразования субстрата, составляющего отвал, вследствие отсутствия или слабого развития на его поверхности биоценозов. Разрез 2. Заложен на выположенной вершине самозарастающего автомобильного отвала в пределах Красногорского угольного разреза. Растительность: кустарниковый ярус - ива; травянистый ярус - фрагментарно мать-и-мачеха, мхи, лишайники. Формула почвенного профиля: С. Классификационная принадлежность в соответствии с классификацией почв техногенных ландшафтов [7]: ствол - постлитогенные почвы; класс -биогенно-неразвитые; тип - эмбриозем инициальный; подтип - типичный; род - обычный; вид - не выделяется. С 0-40 см. Мелкозем темно-серый, бесструктурный, легкосуглинистый, рыхлый, сухой. Крупнозем представлен алевролитами, песчаниками, аргиллитами, присутствует большое количество углистых частиц. Каменистость 96%. Ниже сплошной слой крупных камней. Эмбриоземы органо-аккумулятивные - следующая стадия развития молодых почв техногенных ландшафтов. В данном типе эмбриоземов профиль еще не дифференцирован, но на поверхности формирующейся почвы уже присутствует типодиагностический горизонт, представляющий собой слой неразложившей-ся подстилки. Гумификация аккумулированных растительных остатков ограничивается незначительным количеством организмов деструкторов. Разрез 3. Заложен на выположенной вершине самозарастающего автомобильного отвала в пределах Красногорского угольного разреза. Растительность: древесный ярус - сосна, береза, осина; кустарниковый ярус - черемуха, ива; травянистый ярус - земляника лесная, осока, мох, лишайник. Формула почвенного профиля: А0 + С1 +С2. Классификационная принадлежность: ствол -постлитогенные почвы; класс - биогенно-неразвитые; тип - эмбриозем органо-аккумулятивный; подтип -типичный; род - обычный; вид - фрагментарный. А0 0-1 см. Полуразложившийся этого и разложившийся прошлого года опад древесной и травянистой растительности, свежий. Четкий переход по смене состава субстрата. С1 1-13 см. Мелкозем буровато-серый, с множеством мелких и крупных корней, присутствует большое количество углистых частиц, неяснокомковатый, легкосуглинистый, свежий. Крупнозем составляет 86%. Переход по плотности и окраске постепенный. С2 13-40 см. Мелкозем серый, с множеством мелких корней, присутствует большое количество углистых частиц, бесструктурный, среднесуглинистый, очень плотный, свежий. Крупнозем составляет 89%. В эмбриоземах дерновых наблюдается профильная дифференциация минерального субстрата, которая диагностируется по биогенному горизонту Ад, представляющего собой дернину. При его возникновении начинается активное преобразование физических и химических свойств субстрата. Разрез 4. Заложен на выположенной вершине самозарастающего автомобильного отвала в пределах Красногорского угольного разреза. Растительность: травянистый ярус - земляника лесная, осока, пижма, клевер, ежа сборная, нивяник, полынь, лютик, зверобой, кипрей, мышиный горошек, тимофеевка, полевица. Формула почвенного профиля: А0 + Ад + С1 +С2. Классификационная принадлежность: ствол -постлитогенные почвы; класс - биогенно-неразвитые; тип - эмбриозем дерновый; подтип - типичный; род -обычный; вид - фронтальный. А0 0-1 см. Фрагментарный слой подстилки, состоящий из полуразложившихся остатков травянистой растительности, свежий. Переход заметный по характеру органического вещества. Ад 1-3 см. Слой дернины. Мелкозем темно-серый, с множеством мелких и крупных корней, присутствует большое количество углистых частиц, мелкокомковатый, среднесуглинистый, свежий. Крупно-зем составляет 93%. Переход по плотности и окраске резкий, количество корней книзу заметно уменьшается. С 3-15 см. Мелкозем темно-серый, с множеством корней, присутствует большое количество углистых частиц, неяснокомковатый, среднесуглинистый, рыхлый, свежий. Крупнозем составляет 95%. Переход по плотности и окраске постепенный. С2 15-20 см. Сплошной слой крупных камней, d > 40 см. Эмбриоземы гумусово-аккумулятивные - эволю-ционно наиболее развитые почвенные образования техногенных ландшафтов. Они обладают развитым профилем, в котором морфологически выделяются как дернина (горизонт Ад), так и гумусово-аккумулятивный горизонт (А1), что свидетельствует о глубокой степени трансформации почвообразующего субстрата под воздействием процессов разложения и синтеза органического вещества. Появление гумусо-во-аккумулятивных эмбриоземов в техногенных ландшафтах горно-таежного пояса Кузбасса определяет начало квазистационарной (или метастабильной) фазы почвообразования. Разрез 5. Заложен на выположенной вершине самозарастающего автомобильного отвала в пределах Красногорского угольного разреза. Растительность: кустарниковый ярус - малина; травянистый ярус - мятлик, нивяник, ежа сборная, клевер, тысячелистник, полынь, земляника лесная, лютик, зверобой, осока, кипрей. Формула почвенного профиля: А0 + Ад + А1 + С. Классификационная принадлежность: ствол -постлитогенные почвы; класс - биогенно-неразвитые; тип - эмбриозем гумусово-аккумулятивный; подтип -типичный; род - обычный; вид - фронтальный. А0 0-1 см. Полуразложившийся опад, свежий. Переход заметный по характеру органического вещества. А

Ключевые слова

Кемеровская область, техногенные ландшафты, почвенный покров, эмбриоземы, сукцессии, почвенно-экологическое состояние, Kemerovo Region, technogenic landscapes, soil cover, embryozems, succession, soil-ecological condition

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Середина Валентина ПетровнаТомский государственный университетд-р биол. наук, профессор кафедры почвоведения и экологии почвSeredina_V@mail.ru
Двуреченский Вадим ГеннадьевичИнститут почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской академии наукканд. биол. наук, науч. сотр. лаборатории рекультивации почвdvu-vadim@mail.ru
Всего: 2

Ссылки

Колесников Б.П. О научных основах биологической рекультивации техногенных ландшафтов // Проблемы рекультивации в СССР. Ново сибирск, 1974. С. 12-25.
Овчинников В.А. Комплексность исследований по рекультивации земель, нарушаемых карьерами // Растительность и промышленные загрязнения. Свердловск, 1970. Вып. 7. С. 90-96.
Попов В.М., Рагим-заде Ф.К., Трофимов С.С. Классификация вскрышных пород Кузбасса по пригодности для целей биологической ре культивации // Рекультивация в Сибири и на Урале. Новосибирск : Наука, 1970. С. 25-41.
Трофимов С.С. Экология почв и почвенные ресурсы Кузбасса. Новосибирск : Наука, 1975. 300 с.
Лопатовская О.Г., Двуреченский В.Г., Лазарева С.Л., Киселева Н.Д. // Известия Иркутского государственного университета. 2012. Т. 5, № 2. С. 81-87.
Соколов Д.А., Кулижский С.П., Доможакова Е.А., Госсен И.Н. Особенности формирования почв техногенных ландшафтов в различных природно-климатических зонах юга Сибири // Вестник Томского государственного университета. 2012. № 364. С. 225-229.
Курачев В.М., Андроханов В.А. Классификация почв техногенных ландшафтов // Сибирский экологический журнал. 2002. № 3. С. 255 261.
Классификация и диагностика почв России. Смоленск : Ойкумена, 2004. 342 с.
Двуреченский В.Г. Географо-генетическая характеристика форм железа в эмбриоземах Кузбасса : автореф. дис.. канд. биол. наук. Ново сибирск, 2011. 19 с.
Поморцева Н.С., Двуреченский В.Г. Групповой состав железа в почвах техногенных ландшафтов Красногорского каменноугольного разреза // II Ковалевские молодежные чтения «Почва как базовый компонент наземных экосистем». Новосибирск : Окарина, 2013. С. 182-184.
Шилова И.И., Логинова Н.Б. Экологическая специфика отвалов предприятий цветной металлургии и оценка возможности создания на них культурфитоценозов // Растение и промышленная среда. Свердловск, 1974. С. 45-56.
Щербатенко В.И., Кандрашин Е.Р. Естественная растительность отвально-карьерных ландшафтов Сибири // Восстановление техногенных ландшафтов Сибири. Новосибирск : Наука, 1977. С. 65-80.
Середина В.П., Алексеева Т.П., Сысоева Л.Н., Трунова Н.М., Бурмистрова Т.И. Исследование процессов формирования органического вещества в нарушенных при угледобыче почвах // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 1 (17). С. 18-31.
Критерии оценки экологической обстановки для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. М. : Мин-во охраны окр. среды и природн. ресурсов, 1992. 56 с.
Грейг-Смит П. Количественная экология растений. М. : Мир, 1967. 328 с.
Андроханов В.А. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка : автореф. дис.. д-ра биол. наук. Новосибирск, 2005. 34 с.
 Характеристика почвенного покрова техногенных ландшафтов Красногорского каменноугольного разреза | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 387. DOI: 10.17223/15617793/387/38

Характеристика почвенного покрова техногенных ландшафтов Красногорского каменноугольного разреза | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 387. DOI: 10.17223/15617793/387/38