научная статья по теме ГУМУСОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ЗАБРОШЕННЫХ КАРЬЕРНО-ОТВАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ГУМУСОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ЗАБРОШЕННЫХ КАРЬЕРНО-ОТВАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2008, № 3, с. 287-298

ХИМИЯ ПОЧВ

УДК 631.418:631.6

ГУМУСОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ЗАБРОШЕННЫХ КАРЬЕРНО-ОТВАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ*

© 2008 г. Е. В. Абакумов, Э. И. Гагарина

Санкт-Петербургский государственный университет, 198504, Санкт-Петербург, Ораниенбаумское шоссе, 2

e-mail: e_abakumov@mail.ru Поступила в редакцию 23.05.2006 г.

Рассмотрены результаты оценки гумусного состояния молодых разновозрастных почв, формирующихся на разнообразных отвалах карьеров по добыче четвертичного и дочетвертичного сырья в Ленинградской обл. Приводится характеристика органопрофилей, темпов гумусонакопления, оценка запасов органического вещества, обогащенности гумуса азотом, а также степени гумификации органического вещества и содержания отдельных фракций гумусовых кислот в почвах на различных отвальных породах. Обсуждаются также особенности состава гуминовых кислот различных молодых почв. Показано, что при равном периоде биологической активности в условиях южной тайги, решающим фактором, определяющим темпы и направленность гумусово-аккумулятивного процесса в молодых почвах являются ли-тологические особенности отвалов, определяющие как химические процессы профильной дифференциации гумусовых веществ, так и особенности экогенетических сукцессий растительности.

ВВЕДЕНИЕ

Почвообразование является прямой функцией биогенно-аккумулятивных процессов и особенно тесно связано по всем своим параметрам с гумусо-образованием [5, 6, 17, 19]. Как указывает Дергаче-ва [12], проблема возникновения и эволюции гумуса есть часть проблемы возникновения почвы как естественно исторического тела в процессе развития растительных сообществ. Теоретически это обосновала Пономарева [17, 19], охарактеризовав зависимость типа гумусового профиля от условий водно-минерального питания растений. Она показала, что специфика водно-физического и пищевого режимов почв, обусловливаемых литологической основой почвообразования способствует проявлению "биолитогенной" изменчивости почв, существующей наряду с биоклиматогенной изменчивостью почв. Работы В.В. Пономаревой впервые четко показали, что почвообразование и гумусо-образование являются почти синонимичными понятиями.

Гумусообразование как глобальный процесс перспективно рассматривать в качестве биогеохимического механизма приспособления растительных сообществ к наземным условиям существования. Биогенно-аккумулятивные процессы были основными в эволюционном развитии древних почв при выходе растительности на сушу [12], а в современной обстановке они представляют собой механизм, обеспечивающий инициацию регенерацион-

* Работа выполнена при поддержке гранта Еи БР-6 "ОМ-ИЕК" и гранта МК-8138.2006.4 для молодых кандидатов наук (Совет по грантам при Президенте РФ).

ного почвообразования в посттехногенных экосистемах карьерно-отвальных комплексов [1, 2].

Особенно тесная зависимость направленности и темпов почвообразования от биогенно-аккумулятивных процессов характерна для начальных стадий восстановления почв на отвалах карьеров, поскольку почвообразование начинается на стадии поселения низшей растительности и интенсифицируется при зарастании отвалов высшими растениями [15, 21]. При этом степень сложности организации почвенного профиля тесно связана с уровнем развития растительного сообщества [30]. Даже классификационное положение молодых почв отвалов во многом определяется степенью развитости гумусового профиля и наличием тех или иных органогенных или органо-минеральных горизонтов [4]. Накопление органического вещества и его трансформация признается главным и ведущим процессом почвообразования на начальных стадиях, то есть в фазу становления почв [5, 6, 21, 24, 28].

Предметом настоящего исследования являются почвы, формирующиеся в процессе самозарастания карьерно-отвальных комплексов Ленинградской обл. Самозарастание отвалов представляет собой экогенетическую сукцессию, то есть такую смену, при которой происходит необратимое изменение субстрата, на котором и формируется регенераци-онный биоценоз [20, 31]. Это необратимое изменение чаще всего и представляет собой почвообразование [20], которое, как известно, находит выражение в накоплении твердофазных продуктов функционирования [22]. Одним из главных продуктов функционирования почв, аккумулирующихся на начальных стадиях почвообразования является гу-

мус [2-4, 7, 8, 15, 23, 24, 26, 29, 31, 33, 34]. Продукты трансформации органического вещества оказывают влияние на минеральную часть почв, способствуя декарбонатизации, выщелачиванию, кислотному гидролизу минералов, лессиважу, оструктури-ванию, формированию геохимических барьеров. В связи с этим параметры гумусного состояния молодых почв являются главными критериями, по которым можно судить о направленности почвообразовательного процесса и его зависимости от типа отвального субстрата, что особенно интересно в практических целях. При этом под параметрами гумусного состояния мы понимаем показатели, которые были предложены Гришиной [11], а в дальнейшем уточнены Орловым, а также некоторые дополнительные характеристики органического вещества почв. В литературе значительное внимание уделено особенностям гумусообразования под различными видами растений [9, 10, 25, 30, 32]. Между тем, особенности инициальной почвы, связанные с литоло-гическими характеристиками отвала, играют не менее важную роль как в скорости гумусонакопления, так и в формировании фракционно-группового состава гумуса и миграции гумусовых веществ по профилю.

Большая часть исследований процессов гумусообразования в посттехногенных экосистемах связана с изучением почв рекультивированных земель. Но изучение биогенно-аккумулятивных процессов в ходе самозарастания отвалов не менее интересно, поскольку позволяет получить новые данные о природных механизмах регенерации почв и развитии их органопрофиля.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами нашего исследования являются почвы заброшенных карьеров Ленинградской обл. Характерной их особенностью является то, что техногенные поверхности не подвергались горнотехнической рекультивации и в настоящее время представляют собой неоднородные в геоморфологическом плане пространства, где, наряду с возвышенными отвалами, распространены склоны различной крутизны и депрессии рельефа, отличающиеся повышенным гидроморфизмом. Кроме того, неоднородность отвальных пород, их вертикальная стратификация, пространственная вариабельность свойств гораздо выше в случае заброшенных карьеров по сравнению с рекультивированными землями, где происходит гомогенизация почвенного пространства в процессе горнотехнической рекультивации. Основными объектами нашего исследования являются карьеры по добыче: кембрийских глин (окрестности гг. Никольское и Колпино), мореных глин (карьер у ст. Рябово, Тосненский р-н), озерно-ледниковых глин (карьер у ст. Кирпичный завод), водно-ледниковых песков (карьерный комплекс

Малукса-Турышкино, Кировский р-н), гранитов и гранито-гнейсов (отвалы отсевов дробления этих пород, расположенные в окрестностях пос. Кузнечное, Приозерский р-н), известняков и доломити-зированных известняков (карьеры у ст. Елизавети-но Волосовского р-на, Ордовикское плато, карьер вблизи Петровщинской лиственничной рощи, Пу-тиловское плато), известковых туфов (карьер в пос. Пудость, Гатчинский р-н). Данные об изученных стадиях почвовосстановления и о характере сукцессии приведены в табл. 1. При оценке пригодности пород к рекультивации мы опирались на существующий ГОСТ 17.5.01.03-86, для оценки пригодности грунтов по гранулометрическому составу использовали рекомендации Федосеевой [27], для оценки обогащенности подвижным фосфором и обменным калием - традиционные градации, принятые при исследованиях агрохимических свойств почв. Мы считаем, что в случаях самозарастания и рекультивации отвальные породы следует классифицировать по параметрам пригодности к рекультивации. При этом последние будут являться как бы эталоном, максимальным уровнем потенциального плодородия почвогрунта. Пригодность пород для рекультивации оценивается также по величине емкости катионного обмена грунта. Основываясь на литературных данных [15], мы считаем, что пригодными для рекультивации можно считать породы с емкостью обмена не менее 10 сМ(+)/кг. Необходимо отметить, что каменистость для различных по гранулометрическому составу грунтов может иметь как положительное, так и негативное значение. Так, в высокощебнистых карбонатных грунтах создаются весьма засушливые условия, а в тяжелоглинистых отвальных породах наличие каменистого материала способствует некоторому увеличению проницаемости (рыхлости) субстрата. Еще одним лимитирующим фактором жизни растений является твердость грунта.

Оценка пригодности отвальных пород для биологической рекультивации, проведенная по основным признакам (табл. 2, собственные данные) показала, что кембрийские глины, достаточно обеспеченные элементами питания, имеют слишком высокую твердость и плотность. Суглинистые отвалы карьеров по добыче четвертичных глин отличаются сравнительно высоким плодородием и являются вполне пригодными для рекультивации. Выявлено, что на песчаных породах основным фактором, лимитирующим плодородие, является низкое содержание фракции физической глины (5-15%) и низкая обеспеченность фосфором. Содержание доступного растениям фосфора несколько выше в песчаных отвалах отсева дробления гра-нито-гнейсов. Это связано с тем, что песчаные отложения ледникового генезиса в силу своей сложной голоценовой истории потеряли основную часть элементов питания, в песчаных же породах,

Таблица 1. Характеристика объектов исследования

Тип добываемого сырья Тип отвальной породы Изученные возрастные стадии, лет Тенденция восстановления растительности

Кембрийские глины ("Никольское") Кембрийские глины 3-10-30 Лесная, разреженное травянистое сообщество к 30-40 годам появляются ивово-сероольховые леса с сомкнутым древесным пологом

Моренные суглинки ("Рябово") Озерно-ледниковые суглинки ("Кирпичный завод") Суглинистый и тяжелосуглинистый отвальный субстрат 50 20 Лесная, до 20 лет растительность представлена беднотравными

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком