научная статья по теме ЭВОЛЮЦИЯ ГУМУСОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ОТВАЛОВ КАРБОНАТНЫХ НЕОГЕНОВЫХ ГЛИН КАРЬЕРНО-ОТВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА СОКОЛОВ (ЧЕШСКАЯ РЕСПУБЛИКА) Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ЭВОЛЮЦИЯ ГУМУСОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ОТВАЛОВ КАРБОНАТНЫХ НЕОГЕНОВЫХ ГЛИН КАРЬЕРНО-ОТВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА СОКОЛОВ (ЧЕШСКАЯ РЕСПУБЛИКА)»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2009, № 7, с. 773-779

ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ

УДК 631.4

ЭВОЛЮЦИЯ ГУМУСОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ОТВАЛОВ КАРБОНАТНЫХ НЕОГЕНОВЫХ ГЛИН КАРЬЕРНО-ОТВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА СОКОЛОВ (ЧЕШСКАЯ РЕСПУБЛИКА)*

© 2009 г. Е. В. Абакумов1, И. Фроуз2

1Кафедра почвоведения и экологии почв Санкт-Петербургского государственного университета, 199178, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 16 -я линия, 29 2Институт биологии почв Чешской Академии Наук, 37005, Чехия, Чешски Будеевицы, ул. На Садкач, 7

Поступила в редакцию 21.12.2008 г.

Описаны процессы формирования гумусового профиля и системы гумусовых веществ в двух хроно-сериях восстановления почв на отвалах неогеновых глин. Хроносерии отличаются типом восстановления растительности - самозарастание или зарастание, интенсифицируемое путем высаживания саженцев древесных растений (рекультивация). Выявлено, что скорость регенерации почв и гумусового профиля гораздо выше в случае рекультивации земель, чем при самозарастании отвалов. Ускорение экогенетической сукцессии, а также симбиотическая азотфиксация в почвах рекультивированных площадок приводит к накоплению гумуса, азота и увеличению степени гумификации органического вещества. Главными причинами более интенсивной гумификации при рекультивации являются повышенная обогащенность органического вещества азотом и увеличение объемов его поступления.

ВВЕДЕНИЕ

Гумусовое состояние почв является интегральным показателем уровня ее развития и плодородия. Система показателей гумусового состояния была предложена сначала для оценки плодородия и экологического состояния зрелых [10], но затем стала применяться для характеристики молодых почв посттехногенных ландшафтов [9, 23]. Изучение гумусового состояния разновозрастных почв интересно с позиций генетического и эволюционного почвоведения, поскольку дает сведения о скорости восстановления органопрофиля, темпах гумификации и характере органо-минераль-ных взаимодействий. В случае карьерно-отваль-ных комплексов часто известны точные сроки обнажения пород на поверхности, в связи с чем на разновозрастных отвальных породах можно исследовать хроносерии почвообразования. Наибольший интерес представляют объекты, на которых возможно изучение двух хроносерий восстановления почв на одной и той же породе. Одна из этих хроносерий представлена самозарастающими, другая - рекультивированными поверхностями отвалов. Такие объекты позволяют выявить роль рекультивации в интенсификации процессов гумусонакопления и гумификации.

В России и СНГ гумусовое состояние молодых почв карьерно-отвальных комплексов исследовано в единичных работах [1-8, 10, 12, 17], хотя от-

* Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант < 08-0401128).

дельные параметры гумусового состояния приводятся во множестве работ. Нужно сказать, что изучены самые разнообразные отвальные субстраты [1, 5, 6, 15, 18, 19, 21, 25], но среди них не нашлось места неогеновым глинам, как и глинам карбонового и кембрийского возраста, несмотря на то, что эти породы составляют существенную долю в балансе горной добычи как в России, так и в других европейских странах. В связи с этим изучение объектов самозарастания и рекультивации, выбранных нами на карьерах северо-запада Чешской республики, является весьма актуальным особенно в плане изучения развития процессов накопления и трансформации органического вещества почв. В задачи исследования входило: 1 - морфологическая характеристика первичного почвообразования на неогеновых глинах, 2 - определение содержания и состава гумуса в почвах участков самозарастания и рекультивации, 3 - сравнительная характеристика гумусового состояния почв двух хроносерий.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования были проведены на крупнейшем буроугольном месторождении в Чешской Республике - на карьерно-отвальном комплексе вблизи г. Соколов. Этот город находится на северо-западе Чехии и является крупнейшим промышленным центром в Восточной Европе, связанным с добычей бурого угля, производством керамики, стекла, пластмассы, машиностроени-

ем. Месторождение относится к угольному бассейну Северной Богемии и интенсивно разрабатывается уже более 100 лет. Угольный бассейн ограничен со всех сторон массивами Крушных (рудных - по-польски) гор. Эти горы образуют естественную границу между Саксонией и Богемией. Чуть севернее главного хребта Крушных гор [20] находится граница между Германией и Чехией. В составе почвенного покрова преобладающими типами являются подзолы, подзолистые почвы, буроземы светлые и болотные почвы [24]. Природные растительные ассоциации представлены в основном еловыми лесами, в настоящее время в значительной степени уничтоженными в ходе сельскохозяйственной деятельности, либо в результате интенсивного аэротехногенного загрязнения экосистем кислотными дождями с 60-70 гг. XX в. Высота над уровнем моря здесь составляет 500-700 м, среднегодовая сумма осадков - около 650 мм, а среднегодовая температура - 6.5°С.

Внешние и преобладающие по площади внутренние отвалы карьерного комплекса состоят в основном из неогеновых глин кипрской серии, из самого карьера добывали бурый уголь, остатки непродуктивных толщ и пиритоносных свит складировались в отдельные отвалы, не подлежащие рекультивации ввиду токсичности мелкозема. Исследованные нами отвалы представлены только неогеновыми глинами, и в случае рекультивации, и в случае самозарастания.

Мелкозем пород исследуемых отвалов не содержит органического вещества растительного или почвенного происхождения, но включает в себя существенную долю фоссильных углеводородов, предположительно сформировавшихся в результате длительной трансформации органического вещества отмерших синезеленых водорослей в процессе диагенеза. Содержание фоссильных органических веществ составляет 2-2.1% [22], между тем, экстрагируется из них всего около 10-15% при проведении спиртобензольной вытяжки, а окисляется сернокислым раствором бихромата калия не более 20-25%. В связи с этим точное определение исходного содержания пока остается невозможным. Глины отвалов характеризуются невысокой карбонатностью, постепенно исчезающей по мере почвообразования в ходе декарбонатизации мелкозема, ранее было показано, что содержание карбоната кальция уменьшается с 5.8% на начальных стадиях развития почв до 1.0-1.2% к 40 годам [25]. Минералогический состав глин каолинит-иллито-вый, с очень низким содержанием смектита. Среднее значение рН водной суспензии составляет около 8.2, среднее содержание обменного фосфора -11-15 мг/100 г почвы.

Неогеновые глины в коренном залегании представляют собой листоватые агрегаты глини-

стого вещества, спрессованые в плитчато-ориен-тированные агрегаты, очень плотные, но хрупкие. Эти агрегаты постепенно распадаются и переходят в раздельно-частичное состояние, после чего уже ничем не отличаются от обычной глины.

В настоящей работе исследована хроносерия самозарастающих отвалов, которая включает в себя 3-, 12-, 20- и 40-летние почвы, а также хроносерия почвовосстановления на рекультивированных отвалах, включающая почвы 7-, 15-, 20-, 30-и 40-летнего возраста. Морфология профилей почв представлена на рис. 1.

Обе хроносерии представляют классическую экогенетическую сукцессию [15], при которой каждой стадии развития растительного сообщества соответствуют характерные изменения почвы, выражающиеся в накоплении твердофазных продуктов функционирования [18].

Участки самозарастания представляют серии гряд с относительным превышением около 1 м. В случае же рекультивации перед посадкой ольхи площадки выравнивали так, что в рельефе поверхности были выражены только микроформы, удобрений не вносили ни в первом, ни во втором случаях. Кусты ольхи сажали в лунки без гумуси-рованного мелкозема. Таким образом, рекультивация выражалась в планировании поверхности и биологическом этапе, связанным с посадкой ольхи. Агрохимических мероприятий, которые могли бы способствовать улучшению свойств почв, не проводилось.

Развитие профилей изученных почв можно представить в виде следующих схем.

Участки самозарастания: АС-С (3 года) - АС-С (12 лет) - Ь-Б-ЫА-А-АС-С (20 лет) -Ь-Б-АУ-АС-С (40 лет). Глубина нижней границы гумусового гор. А-АУ (гумусированного гор. АС) изменяется (относительно верхней границы минеральной почвы) как 5-8-9-26 см, соответственно. По классификации молодых почв [6], 3- и 12-летние объекты можно отнести к эмбри-оземам инициальным, в то время как 20- и 40-летние почвы являются эмбриоземами гумусово-ак-кумулятивными.

3-летние отвалы почти без растительности, на 12-летних поселяются 2-3 ели на площади около 50 м2, также встречаются вейник наземный и мать-и-мачеха, позже, на 20-летних отвалах формируются кустарниковые заросли, состоящие из ивы козьей, на 40-летней стадии, когда формируется редкостойный лес, доминирует береза повислая, встречаются осина, в кустарниковом ярусе появляется шиповник; моховой и лишайниковый покров, а также травянистый ярус почти неразвиты.

Рекультивированные участки: Ь-АУ-АС-С (7 лет) - Ь-Б-АУ-АС-С (15 и 20 лет) - Ь-Б-АИ-АС-С (30 лет) - Ь-Ы-АИ(мулль)-АС-С

А Б

I

II

III

Рис. 1. Морфология почв двух хронорядов почв на участках самозарастания (А) и рекультивации (Б). Годы: I - 3 и 7, II - 20, III - 40.

(40 лет). Мощность гумусового горизонта меняется соответственно возрастам как 3-8-17-17 см.

Названия почв будут следующими: 7-, 15- и 20-летние почвы - эмбриоземы дерновые, 30- и

40-летние почвы - эмбриоземы гумусово-аккуму-лятивные.

На всех площадках рекультивации возраст древесного яруса соответствует возрасту площад-

8

§7

со

Щ 6

к

о I

м

н

я -

К -р

0.8 3 0.7

м

о 0.6 ^ 0.5

°04 # 0.4

о аз 0.1

0 10 20 30 40 50

Сроки восстановления, лет

Рис. 2. рН водной суспензии молодых почв на участках самозарастания (1) и рекультивации (2).

ки. Высаживались саженцы ольхи черной; до 20-летнего возраста в травянистом ярусе доминирует вейник наземный, после появляются зеленые мхи. После 30 лет в ольховом лесу выражен подрост, в котором преобладает береза повислая, присутствуют дуб, клен и вяз. 40-летний лес представлен ольхой черной, дубом черешчатым, березой, кленом платановидным и вязом

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