ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 1, с. 120-128
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.411.6(571.63)
ОСОБЕННОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО И КАЛИЙНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ, ФОРМИРУЮЩИХСЯ НА ПОРОДАХ
УГОЛЬНЫХ ОТВАЛОВ © 2014 г. Е. А. Жарикова, Н. М. Костенков
Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения РАН, 690022, Владивосток, пр. 100лет Владивостока, 159 e-mail: jarikova@ibss.dvo.ru Поступила в редакцию 08.04.2013 г.
Представлены основные физико-химические параметры почв, формирующихся на отвалах вскрышных пород угольного месторождения, по сравнению с зональными почвами. Впервые проведен анализ калийного состояния эмбриоземов разных стадий развития, установлено содержание и профильное распределения различных форм калия и потенциальной буферной способности почв в отношении калия. Показано, что увеличение содержания доступных форм калия в верхних горизонтах эмбриоземов обусловлено усилением интенсивности биологических процессов и активным выветриванием вынесенных на поверхность пород. Интенсивность биологического накопления калия под травянистыми ценозами больше, чем под древесно-кустарниковыми.
Ключевые слова: эмбриоземы, гранулометрический состав, доступные формы калия, потенциальная буферная способность почв в отношении калия (ПБСк).
Б01: 10.7868/80032180X14010146
ВВЕДЕНИЕ
Восстановление почв является одним из важнейших процессов воспроизводства компонентов экосистем техногенных ландшафтов. На вынесенных на поверхность отвалах вскрышных пород угольных месторождений под влиянием природных факторов начинается процесс первичного почвообразования, формируются молодые почвы, которые заметно отличаются по свойствам от зональных почв сопредельных территорий. Постепенно активное выветривание, накопление органического вещества и биогенных элементов в процессе самозарастания способствует эволюции почвоподобных образований по схеме: эмбри-озем инициальный—эмбриозем органо-аккуму-лятивный—эмбриозем дерновый—эмбриозем гу-мусово-аккумулятивный [18].
Большинство исследователей закономерностей формирования почв в условиях техногенных ландшафтов южной части Дальневосточного региона изучают вопросы преобразования органического вещества и кислотно-основных свойств почв, загрязнения их тяжелыми металлами, практически не рассматривая их химические и агрохимические характеристики, в частности, калийное состояние [12, 14—16, 20]. Хотя при технико-экономическом обосновании проведения рекульти-
вационных работ необходимо учитывать эти показатели, как и данные о содержании и распределении в отвальных породах основных элементов питания.
Целью работы является определение физико-химических параметров почв, формирующихся на породах угольных отвалов и их калийного состояния в сравнении с зональными почвами.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Бикинское месторождение бурых углей расположено на северо-западе Приморского края. В орографическом отношении район представляет собой слабовсхолмленную равнину, частично заболоченную, которая с запада, северо-запада и севера окаймлена невысокими сопками. Абсолютные отметки рельефа колеблются в пределах от 60 до 130 м. Климатические условия в районе исследования в целом находятся в пределах общих закономерностей климата Приморья. При муссонном характере осадков и режима увлажнения проявляются определенные черты континен-тальности. Среднемесячная температура воздуха января и июля составляет —20...—24°С и + 14...+16°С. Среднегодовое количество осадков находится в пределах 850—900 мм. Вскрышные
породы представлены преимущественно некарбонатными алевролитами и аргиллитами.
В качестве объектов исследования выбраны эмбриоземы разных стадий развития, формирующиеся на угольных отвалах разреза "Лучегор-ский". Для сравнения в качестве эталонных зональных почв использованы буроземы оподзо-ленные на элюво-делювии плотных пород и дерново-буро-подзолистые почвы на глинистых отложения, наиболее широко представленные на данной территории.
Химико-аналитические исследования проведены общепринятыми методами: содержание углерода — по Тюрину, рН водный — потенциомет-рически, содержание подвижного фосфора — по Кирсанову, поглощенные основания — тригонометрически, гидролитическая кислотность — по Каппену, гранулометрический состав — по Ка-чинскому, обменный калий — по Масловой, необменный калий — по методике Почвенного института им. В.В. Докучаева. Количество необменного калия считали низким при его содержании 8— 20 мг/100 г почвы, пониженным при 20—40 мг, средним при 40—60 мг, повышенным при 60—90 мг, высоким при 90—140 мг и очень высоким при содержании, превышающим 140 мг на 100 г почвы.
Потенциальную буферную способность почв в отношении калия (ПБСк) определяли по Беккету [2]. Для этого в равновесных растворах, полученных после взаимодействия почвы с серией из шести растворов хлористого кальция одинаковой концентрации, но содержащих разное количество калия (от 0 до 1.0 мг-экв/л) при соотношении почва : раствор 1 : 10 определяли величины ±АК и АЛ. ±АК представляет собой количество подвижного калия, которое почва отдает (—АК) или поглощает (+АК) к моменту установления равновесия между калием почвы и калием раствора, АЯ равна отношению активностей ионов калия и кальция. Концентрацию калия определяли пла-меннофотометрическим, а сумму кальция и магния — комплексонометрическим методами. Изотерму сорбции, представляющую собой характерную линию, прямую в верхней части и изогнутую в нижней, строили в координатах АК и АЛ0. Пересечение ее с осью абсцисс дает величину АЯ^, соответствующую отношению активностей аК+У аСа2+ в растворе СаС12 — КС1, при котором почва не поглощает и не отдает калий, то есть отношению активностей, свойственному самой почве, это одна из важнейших химических характеристик почвы (калийный потенциал).
На основе сорбционной кривой рассчитывали непосредственно доступный (легкообменный) калий —АК0 и общие запасы подвижного (лабильного) калия —К£. Отношение —АК0/АЯ0 выражает потенциальную буферную способность почв в отношении калия, которая считается очень низкой
при величине <20, низкой от 20 до 50, средней при величине от 50 до 100, повышенной — от 100 до 200 и высокой — >200. Для всех исследованных образцов почв изотермы сорбции имели традиционную форму: это пологая прямая адсорбционная линия в верхней части и изогнутая десорбцион-ная в нижней.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Особенности морфологического строения и гранулометрического состава. Изучались представители четырех типов эмбриоземов автоморфного направления почвообразования: инициальные, органо-акку-мулятивные, дерновые и гумусово-аккумулятив-ные, отражающие наиболее важные этапы в самовосстановлении почвенного покрова техногенных ландшафтов. Эмбриоземы инициальные тяготеют преимущественно к крутым склонам, остальные — к горизонтальным или слабонаклонным поверхностям (табл. 1).
Почвы, формирующиеся на отвалах вскрышных пород, имеют схожий морфологический облик профиля и характеризуются малой мощностью гумусовых горизонтов, слабой степенью дифференциации минеральной части почвенного профиля на генетические горизонты, характерным серым цветом и непрочной комковатой структурой верхних горизонтов, обусловленным накоплением органического вещества. В поверхностных слоях дерновых и гумусово-аккумуля-тивных эмбриоземов наблюдается непрочная комковато-ореховатая структура. Различными являются степень выраженности гумусовых и органогенных горизонтов, что отражает ведущую роль биотических процессов в формировании профиля.
Биологические процессы в эмбриоземах по сравнению фоновыми почвах весьма специфичны, в них процессы синтеза и аккумуляции органического вещества явно преобладают над его минерализацией и гумификацией [3, 4, 13], поэтому в поверхностных слоях мелкозем слабо прокрашен гумусом. В зональных почвах процессы синтеза, аккумуляции, минерализации и гумификации органического вещества сбалансированы.
Гранулометрический состав мелкозема почв отвалов варьирует от среднесуглинистого до легкоглинистого при наличии незначительного количества крупнозема в глубоких слоях (2—4.5%). Процессы выветривания рыхлого материала на поверхности почвы при относительно коротком периоде их протекания, приводят к накоплению в профиле крупнопылеватой и песчаной фракций (табл. 2). Наибольшее количество песчаных фракций характерно для инициальных эмбриозе-
Таблица 1. Месторасположение и растительный покров типичных эмбриоземов и зональных почв
Номер Возраст Местоположение по элементам рельефа Растительность
разреза отвала и микрорельеф
Эмбриозем инициальный
81 до 3-х лет Средняя часть склона отвала уклон 30°-35°, бугорки, западинки Редкая несомкнутая сорная растительность
Эмбриозем органо-аккумулятивный
2 до 10 лет Склон «1°-2°, мелкие воронки, ямы, продольные понижения Разнотравно-хвощевая
76 5—10 лет Вершина отвала, слегка бугристая поверхность Эмбриозем дерновый Разнотравно-хвощевая
87 более 10 лет Слегка бугристая верхняя часть отвала, склон «2°-3° Дубово-березово-осиновый молодой лес, в напочвенном покрове разнотравье и злаки
89 12-14 лет Верхняя часть отвала, склон «1°-2°, бугорки, за-падинки Разнотравно-злаковая
Эмбриозем гумусово-аккумулятивный
74 15-25 лет Техногенно-выровненный склон «2°-3° Осоково-вейниковая
Дерново-буро-подзолистая глееватая почва
194 Межложбинные водораздельные территории Дубняки с березой и осиной кустар-ничковые разнотравные
Дерново-буро-подзолистая типичная
176 Крутые части склонов балок Бурозем оподзоленный Дубняки с лещиной и леспедецей осо-ково-разнотравные, их редколесья
106, 144 Пологие вершины Дубняки с липой и лещиной разнотравные
мов. В фоновых буроземах оподзоленных и дерново-буро-подзолистых почвах по всему профилю преобладающими являются пылеватая и илистая фракции, что свидетельствует об активном внутрипочвенном выветривании в течение длительного периода их формирования.
Анализ физико-химических
свойств почв на отвалах. Если равномерное распределение органического углерода в инициальных эмбриоземах одновременно с повышенным его содержанием в нижних горизонтах (по сравнению с фоновыми почвами) обусл
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.