ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 1, с. 106-117
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.618
МОРФОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССОВ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА ОТВАЛАХ КАМЕННОУГОЛЬНЫХ
РАЗРЕЗОВ СИБИРИ*
© 2015 г. Д. А. Соколов1, В. А. Андроханов1, С. П. Кулижский2, Е. А. Доможакова3, С. В. Лойко2
1 Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, 2 Томский государственный университет, 634090, Томск, пр. Ленина, 46 3 Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, 667007, Республика Тыва, Кызыл, ул. Интернациональная, 117а е-таП: sokolovdenis@mail.ru Поступила в редакцию 17.02.2014 г.
Рассмотрены вопросы, связанные с морфологической диагностикой процессов почвообразования, протекающих в молодых почвах техногенных ландшафтов. Проведены многоуровневые морфологические исследования почв, сформированных на поверхности разновозрастных отвалов каменноугольных разрезов, расположенных в широком спектре климатических условий Сибири. Установлено, что на первых стадиях формирования почв преобладают процессы преобразования минерального субстрата (первичного почвообразования). В дальнейшем, по мере развития почв, ведущую роль в формировании профиля начинают играть процессы превращения органического вещества, что выражается через формирование специфического для каждой климатической зоны органопрофиля. Проведенные микро- и субмикроморфологические наблюдения позволили оценить характер ведущих почвенных процессов, а также выявить признаки, свидетельствующие о протекании сопутствующих процессов.
Ключевые слова: техногенные ландшафты, эмбриоземы, микроморфология, эволюция почв, гумус. БО1: 10.7868/80032180X15010153
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня, когда темпы горнодобывающей деятельности в России увеличиваются с каждым годом, техногенные ландшафты стали привычным явлением для не только традиционно промышленных, но и многих других регионов. Благодаря своим специфическим свойствам и режимам, эти ландшафты привлекают большое внимание специалистов из различных областей науки, а посвященные им исследования остаются актуальными на протяжении десятилетий. Основная часть техногенных ландшафтов сложена породами, вынесенными из иной геохимической обстановки, а их функционирование направлено на установление равновесия в свойствах этих пород с факторами внешней среды, из-за чего они представляют исключительный интерес для почвоведов. На наш взгляд особого внимания заслуживают механизмы установления этого равновесия или, другими словами, почвообразовательные процессы, диагностика которых позволяет оценить специфику и направленность трансформационных изменений.
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 13-04-90773).
На долю Сибири приходится свыше 80% минеральных и энергетических ресурсов страны [30], а особенности их распределения обуславливают очаговость высокой техногенной нагрузки, поэтому проблемы диагностики процессов почвообразования в молодых почвах актуальны и обостряются существенным разнообразием как самих техногенных объектов, так и климатических условий районов, в которых они расположены.
Существующие подходы к диагностике почвообразовательных процессов, протекающих на поверхности техногенных ландшафтов, можно разделить на две крупные группы. К первой группе относятся те работы, где основное внимание уделяется свойствам породы. Прежде всего учитывается ее гранулометрический и минералогический состав, реже — содержание растворимых солей, реакция среды, емкость катионного обмена почв [10, 15, 21, 41, 46, 50]. Для второй группы характерна диагностика почв по типу их органопрофиля [3—5, 9, 23—24, 36—39, 48]. Если первая группа подходов опирается на свойства, унаследованные от пород, то вторая дает информацию о современных почвенных процессах. Но, в силу того, что они во многом определяются литогенной буфер-
Таблица 1. Климатические условия почвообразования исследуемых объектов
Показатель Название разреза
Ольжерасский Листвянский Черногорский Чаданский Каа-Хемский
Геоморфологический район Кузнецкий Алатау Кузнецкая котловина Минусинская котловина Хемчикская котловина Центрально-Тувинская котловина
Тип климата Гумидный Субгумидный Семиаридный Аридный Аридный экстраконтинентальный
Сумма активных температур, °С 1500-1700 1700-1900 1900-2000 2100-2200 2100-2200
Осадки за год, мм 750-1400 400-500 250-300 220-270 170-250
ГТК по Селянинову 1.9 1.5 1.2 1 0.7
Коэффициент увлажнения по Иванову 2.2 1.3 0.7 0.6 0.3
Зональные почвы Дерново-глубокоподзолистые Черноземы выщелоченные Черноземы южные Темно-каштановые Степные криоаридные*
* Тип почв по Волковинцеру [8].
ностью [2], и этой информации не всегда достаточно для генетической интерпретации процессов почвообразования. Поэтому при диагностике процессов, протекающих в почвах техногенных ландшафтов, необходимо использование комплексных подходов и методов, опирающихся на определение приобретенных педогенных и унаследованных субстратных признаков.
К таким подходам относятся сравнительно -географический и структурно-организационный, применение которых совместно с морфологическими методами дает возможность получить качественно новую информацию с каждого уровня организации почвы [12, 34]. Особый интерес при работе с молодыми почвами техногенных ландшафтов представляют микроморфологические методы, поскольку они позволяют выполнять раннюю диагностику продуктов функционирования почвенных процессов, находящихся на начальных стадиях развития [16, 42], и тем самым прогнозировать дальнейший ход эволюции молодых почв.
Цель исследования состояла в том, чтобы при проведении многоуровневых морфологических исследований выявить закономерности и специфику развития процессов почвообразования в техногенных ландшафтах, расположенных в различных природно-климатических условиях Сибири.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В качестве объектов исследований были выбраны почвы техногенных ландшафтов, широко распространенных в различных природных зонах Сибири. Этому критерию отвечают почвы, сформированные на отвалах каменноугольных разрезов. В Сибирском федеральном округе они расположены в различных климатических условиях. Их суммарная площадь по разным оценкам составляет от 100 до 300 тыс. га и существенно увеличивается с каждым годом. Исследуемые отвалы подразделяются по возрасту на группы [3]: молодые — до 10 лет, средневозрастные — 10—20 лет и старые — более 20 лет.
Были изучены почвы автономных позиций техногенных объектов, расположенных в гумид-ном и субгумидном (горно-таежная и лесостепная зоны Кемеровской обл.), а также семиарид-ном (степи Хакасии), аридном и аридном экстраконтинентальном климате (сухие степи Тувы). Таким образом, ряд исследованных объектов можно выстроить по степени увеличения аридно-сти и континентальности климата (табл. 1).
Для исследованных территорий характерны техногенные ландшафты, представленные разновозрастными отвалами плотных осадочных пород (аргиллитов, алевролитов и песчаников). На таком субстрате формируются молодые почвы, для которых высокая каменистость является общим свойством. Содержание каменистых фракций в
профиле превышает 70%, мелкозема — не более 25%, физической глины — менее 10% [39].
Проводились макро-, микро- и субмикромор-фологические исследования. Макроморфологиче-ская диагностика выполнялась на основе классификации почв техногенных ландшафтов, разработанной Гаджиевым и Курачевым [9]. Описания почвенных профилей проводили по общепринятым в почвоведении методам [33].
Для диагностики процессов почвообразования на микро- и субмикроморфологическом уровнях из профиля отбирались образцы мелкозема, которые упаковывались в специальные боксы. В силу высокой каменистости не всегда получалось сохранить исходное сложение, поэтому исследовались отдельные агрегаты. Мик-роморфологиеские наблюдения проводили с использованием сканирующего электронного микроскопа Hitachi TM-3000 с EDS приставкой для элементного анализа поверхности Bruker Quan-tax 70. Данная модель микроскопа, благодаря наличию режима низкого вакуума, позволяет изучать образцы при увеличении до 2000—5000 раз (в зависимости от диэлектрической проницаемости образца) без использования металлического напыления, что обеспечивает получение более точных значений элементного состава. Исследуемые образцы мелкозема наносились на проводящий скотч, закрепленный на металлической площадке, которая впоследствии помещалась в микроскоп. Процедура микроскопирова-ния осуществлялась в три этапа: 1 — типизация и выявление основных морфологических элементов изучаемого образца с использованием стереоскопического микроскопа; 2 — съемка выявленных элементов строения на сканирующем микроскопе; 3 — определение элементного состава поверхности выявленных объектов с целью их идентификации. Кроме почв, сформированных на поверхности техногенных ландшафтов, исследовались образцы естественных зональных почв, а также почвообразующих пород. Интерпретация полученных материалов выполнялась на основе работы международного коллектива авторов "Interpretation of micromorphological feaures of soils and regoliths" под редакцией Ступса [49], а также статьи Герасимовой с соавт. [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Макр о м о р ф ол огическая диагностика почв, сформированных на отвалах каменноугольных разрезов и расположенных в различных климатических условиях, показала, что дифференциация их профиля происходит путем образования системы специфических органогенных горизонтов. Согласно классификации почв техногенных ландшафтов, каждый почвенный тип определяется по наличию соответствующего
типодиагностического горизонта [9]. Так, на исследуемых территориях были отмечены инициальные, органо-аккумулятивные, дерновые и гумусово-аккумулятивные эмбриоземы. Как указывают авторы используемой нами классификации, каждому типу эмбриоземов соответствует определенная стадия почвообразования, диагностируемая по выраженности органо-акку-мулятивного, дернового или гумусово-аккумуля-тивного процессов. На поверхности техногенных ландшафтов Кузбасса и КАТЭКа, где была впервые апробирована эта классификация, выделяемые стад
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.