ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 1, с. 109-119
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.481
ДИНАМИКА ЭКОЛОГО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕПЛАНТОЗЕМОВ НА ОТВАЛАХ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИБИРИ
© 2014 г. О. В. Трефилова, И. Д. Гродницкая, Д. Ю. Ефимов
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 660036, Красноярск, Академгородок, 50, стр. 28
e-mail: trefilova@ksc.krasn.ru Поступила в редакцию 16.02.2013 г.
Изучалась динамика эколого-функциональных параметров (ЭФП) реплантоземов, созданных на отвалах Бородинского разреза Канско-Ачинского угольного бассейна (55°52' с.ш., 94°54' в.д.) и не вовлеченных в сельскохозяйственное пользование в течение первых 30 лет. В основе работы лежит сопряженный анализ агрохимических свойств и ЭФП, характеризующих состояние растительного покрова, микробоценоза, и биохимической активности реплантоземов, представляющих один хронологический ряд (5, 20, 30 лет).
Показано, что за 30-летний период на поверхности реплантоземов формируются многокомпонентные растительные сообщества. Насыпной горизонт реплантоземов медленно вовлекается в метаболические процессы. Мощность биологически активного слоя не превышает 10 см. Функциональная активность микробоценоза относительно стабилизируется, а величины микробной биомассы и ба-зального дыхания приближаются к фоновым только в верхнем (0—5 см) слое. Совершенствование биохимической деятельности микроорганизмов согласуется с изменениями свойств верхнего (0—10 см) слоя реплантоземов: увеличивается содержание валового азота, гумуса, степень "зрелости" гумусовых кислот, нейтрализуется щелочность, увеличивается концентрация подвижного фосфора.
Ключевые слова: техногенное поверхностное образование, реплантозем, рекультивация, угольный отвал, оценка состояния.
Б01: 10.7868/80032180X14010134
ВВЕДЕНИЕ
На юге Центральной Сибири расположен один из десяти крупнейших угольных бассейнов России — Канско-Ачинский. Поскольку пласты угля в месторождении сплошные, мощные и расположены близко к поверхности, большая часть (89%) разработок ведется открытым способом [11, 19]. В экономическом отношении это наиболее дешевый способ добычи угля. В то же время проведение открытых горных работ сопровождается полным уничтожением почвенного, растительного покровов и созданием отвалов из хаотичной смеси вскрышных и вмещающих пород [3, 24, 29, 30 и др.].
В структуре почвенного покрова земель, изымаемых под разработку угольных разрезов Кан-ско-Ачинского бассейна преобладают плодородные агропочвы с мощным гумусово-аккумуля-тивным горизонтом (черноземы, серые лесные и т.д.) [27]. Технология вскрыши на таких участках предусматривает снятие и складирование в бурты плодородного слоя почв (ПСП). Складирован-
ный субстрат ПСП в дальнейшем используется при создании на полях рекультивации искусственных почвоподобных тел или техногенных поверхностных образований (ТПО) (по [8]). Для этого отвалы пород предварительно выравнивают, а на спланированную поверхность наносят слой ПСП. Сформированный таким образом ТПО относят к группе квазиземов, подгруппе реплантоземов [8].
Дальнейшая "судьба" реплантоземов зависит не только от типа сельскохозяйственного угодья, для которого ТПО было сформировано, но и от специализации, уровня агротехники сельскохозяйственного предприятия, в распоряжение которого передается рекультивированный участок отвалов [2]. Специфика земледелия на репланто-земах западной части Канско-Ачинского угольного бассейна, в том числе влияние различных агротехнических приемов на свойства насыпных почв и урожайность культур изучены достаточно подробно [3, 24, 29, 30 и др.].
Таблица 1. Характеристика объектов
№ пр. пл. Возраст отвала, лет Сообщество Число видов на 1000 м2 Основные виды-доминанты Тип почвы (ТПО)
1 Фон Разнотравно-злаковый остепненный луг 67 Artemisia sericea, A. tanacetifolia, Calamagrostis epigeios, Galatella angustissima, Pulsatilla flavescens, Thalictrum foetidum Агрочернозем глинисто-иллювиальный типичный
2 5 Сообщества сорных и рудеральных видов растений 62 Cannabis ruderalis, Carduus crisp-us, Cirsium setosum, Calamagrostis epigeios, Calamagrostis arundina-cea, Poa pratensis ТПО подгруппы реплантоземы [8]
3 20 Злаково-сорно-разно-травные сообщества 60 Poa pratensis, Cirsium setosum, Chaerophyllumprescottii, Centaurea scabiosa, Chamaenerion an-gustifolium, Calamagrostis epigeios, Sonchus arvensis »
4 30 Злаково-разнотравные сообщества с участием сорных видов 60 Poa pratensis, Centaurea scabiosa, Seseli libanotis, Pimpinella saxifraga, Chaerophyllum prescottii, Calamagrostis epigeios »
Как показывает практика, большая часть рекультивированных территорий с созданными реплантоземами длительное время остается невостребованной, и поэтому на них развиваются естественные почвообразовательные процессы, направленные на оптимизацию функционирования ТПО и установление динамического равновесия как внутри профиля, так и с окружающей природной средой [2]. Таким образом создаются и развиваются особенные природно-техногенные образования, изначально обладающие высоким плодородием, но специфика их функционирования и эволюции в условиях Сибири остается малоизученной.
Цель настоящей работы заключается в изучении динамики реплантоземов, не вовлеченных в сельскохозяйственное пользование, в течение первых 30 лет их функционирования. В основе работы лежит изучение реплантоземов, представляющих один хронологический ряд, посредством сопряженного анализа агрохимических свойств ТПО и эколого-функциональных параметров состояния растительного покрова, микробных сообществ и биохимической активности.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводятся на пробных площадях (пр. пл.) экспериментального полигона (55°52' с.ш., 94°54' в.д.), заложенного на территории угольного разреза "Бородинский" (Канская котловина). Разрез расположен в восточной части Канско-Ачинского угольного бассейна (Красноярский край).
Согласно физико-географического районированию Сергеева [20], территория Бородинского
разреза находится в пределах Восточного средне-высотного подрайона, Ирбейско-Укрского р-на в подзоне типичной лесостепи Присаянской провинции Средне-Сибирской страны Ирбейско-Уярского р-на и представляет южную часть лесостепного округа.
По термическим условиям (Е(? > 10°) = 1600) — это умеренно прохладный агроклиматический район, расположенный в умеренном климатическом поясе [1]. По данным ближайшей метеостанции (г. Ур), среднегодовая температура в пределах изучаемой территории не превышает — 0.6°С, минимальная в январе равна —23.5°С, максимальная в июле +24.4°С [13]. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом составляет 150, безморозного — 105, вегетационного (с t > 5°) — 150 дней [27]. За год в среднем выпадает 375—400 мм осадков, за период с температурой выше 10°С — 200 мм. ГТК = 1.2, что характеризует район как умеренно влажный [13].
Почвенный покров территории экспериментального полигона приходится на Красноярско-Канскую подпровинцию выщелоченных и обыкновенных черноземов, лугово-черноземных и серых лесных длительно сезонномерзлотных почв, в пределах Западноприсаянской провинции островных лесостепей с преобладанием высокогуму-сированных маломощных сезонномерзлотно-глеевых черноземов и серых лесных почв [23].
Большая часть плодородных почв (черноземы, серые лесные почвы) на территории угольного разреза распахана и использовалась в сельскохозяйственном производстве. Преобладающие в пределах изучаемой территории залежные агро-ценозы изучали на примере пр. пл. 1 (табл. 1).
Для изучения динамики состояния репланто-земов подобранна серия отвалов, рекультивированных 5, 20 и 30 лет назад, это соответственно пр. пл. 2, 3 и 4. Рекультивация данных отвалов произведена по одной технологии: на поверхность выровненного (спланированного) породного отвала нанесен слой ПСП. Породный отвал представляет собой хаотичную уплотненную смесь нетоксичных вскрышных, вмещающих пород угольного разреза и ископаемого угля. Включения угля разнородны по степени окисления и размеру (от крупных кусков до угольной пыли). Мощность ПСП на разных участках рекультивированных отвалах, как правило, варьирует, в среднем составляя 15—20 см. Сразу после создания рекультивированные земли были оставлены под самозарастание, агротехнических мероприятий при этом не проводилось.
Изучение реплантоземов проводили в течение двух вегетационных сезонов 2007 и 2010 гг. На каждой пробной площади закладывались почвенные разрезы, составлялись морфологические описания профиля, отбирались образцы для химических и микробиологических анализов.
Аналитический план работы включал: а) определение агрохимических свойств условно зональных почв и ТПО разного возраста (в 2007 г.); б) измерение эколого-функциональных показателей, которые совместно с анализом основных свойств почв, позволяют раскрыть специфику ряда изменений происходящих в профиле реплантоземов и залежных агрочерноземов.
Показатели первой группы определяли по общепризнанным методикам: актуальную кислотность (1 : 2.5) — потенциометрически; содержание гумуса (по Тюрину); содержание валового азота, фосфора, калия, обменного калия и подвижного фосфора (спектрометрическим методом, аналитическая система PSCO/ISI IBM-PS 4250); подвижные формы азота (с реактивом Несслера); плотность и влажность — весовым методом [4, 17].
В числе показателей второй группы рассматривали: а) параметры структуры растительного покрова (видовой состав, запас надземной фито-массы, проективное покрытие почвы, состав жизненных форм, эколого-ценотических элементов сообществ); б) нитри- и аммонифицирующая способность почв; в) показатели функционирования микробоценоза (интенсивность ба-зального дыхания и микробная биомасса, коэффициент минерализации почвы и ТПО); в) ферментативная активность (целлюлазы, уре-азы, протеазы).
Изучение растительного покрова, как фитоин-дикатора состояния ТПО, включало геоботанические описания растительности для выявления ценотического разнообразия сообществ и отбор укосов с целью оценки запасов надземной фито-
массы в них. Геоботанические описания растительности производились на временных
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.