МОРФОЛОГО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ГОРЛОВСКОГО АНТРАЦИТОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ В ПРЕДЕЛАХ КАММЕНОУГОЛЬНОГО
БАССЕЙНА «ГОРЛОВСКИЙ» 5
1.1. Климатические условия 5
1.2. Геологическое строение, рельеф и гидрология 6
1.3. Растительный покров 7
1.4. Почвообразующие породы 8
2.ОББЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ФОНОВЫХ ПОЧВ 14
4. МОРФОЛОГО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОГЕННЫХ
ПОЧВ ИССЛЕДУЕМОГО УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА 21
4.1. Классификация почв техногенных ландшафтов 21
4.2. Морфологические особенности и гранулометрический состав 27
4.3. Химическое состояние эмбриоземов 39
4.4. Агрохимические свойства эмбриоземов 43
4.5. Некоторые аспекты рекультивации эмбриоземов 45
ВЫВОДЫ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 52
ПРИЛОЖЕНИЕ А 59
1. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ В ПРЕДЕЛАХ КАММЕНОУГОЛЬНОГО
БАССЕЙНА «ГОРЛОВСКИЙ» 5
1.1. Климатические условия 5
1.2. Геологическое строение, рельеф и гидрология 6
1.3. Растительный покров 7
1.4. Почвообразующие породы 8
2.ОББЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ФОНОВЫХ ПОЧВ 14
4. МОРФОЛОГО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОГЕННЫХ
ПОЧВ ИССЛЕДУЕМОГО УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА 21
4.1. Классификация почв техногенных ландшафтов 21
4.2. Морфологические особенности и гранулометрический состав 27
4.3. Химическое состояние эмбриоземов 39
4.4. Агрохимические свойства эмбриоземов 43
4.5. Некоторые аспекты рекультивации эмбриоземов 45
ВЫВОДЫ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 52
ПРИЛОЖЕНИЕ А 59
Актуальность. Одной из основных проблем в современном обществе является необходимость эффективного использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Быстрый прогресс индустриализации увеличивает воздействие промышленности на земельные ресурсы. Техногенные ландшафты представляют собой тип антропогенных ландшафтов, формирование которых связано с деятельностью человека. В Уральском регионе около 50% ландшафтов формируются отвалами углей, в Пермской области и Хабаровском крае - примерно 60% и 20% соответственно. В Кемеровской области 90% ландшафтов связаны с добычей угля (Артамонова, Бортникова, 2017). Добыча угля и других полезных ископаемых привела к изъятию в 1975 году 83 тысяч гектаров земель из сельскохозяйственного и лесного фонда в Сибири и на Дальнем Востоке (Ковалев, Гаджиев..., 1978).
Изучение проблем генезиса, классификации, диагностики земель, нарушенных промышленностью, осложнено большими масштабами и экологическим разнообразием территорий, подвергшихся техногенной нагрузке. В промышленно развитых странах Европы, начиная с 30-х годов XX века, реализуются рекультивационные мероприятия по восстановлению нарушенных земель, ориентированные, в основном, на сельскохозяйственное и лесохозяйственное направления (Hall, 1957; Knabe, 1959). В СССР также создается ряд научных, научно-производственных коллективов, целью исследований которых являлось разностороннее изучение техногенно-нарушенных территорий, их классификация и разработка технологий рекультивации (Етеревская, 1984; Ужегова, Махонина, 1984; Рагим-заде, 1977; Моторина, Овчинников, 1975; Фаткулин, 1988; и др.). В 1969 г. в ИПА СО РАН (г. Новосибирск) была организована лаборатория рекультивации почв. Уже с момента образования одной из ее первых задач становится составление общей картины распространения техногенных ландшафтов на территории Сибири и некоторых прилегающих территориях. Переломным моментом в изучении почв техногенных ландшафтов, а также в понимании процесса рекультивации необходимо считать разработку основ принципиально новой профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов (Гаджиев, Курачев, 1992). При разработке данной классификации авторы исходили из того, что техногенный ландшафт чаще всего представляет собой экоклин, внедренный в систему естественных ландшафтов. Тем не менее, в посттехногенную фазу развития естественные процессы начинают преобладать над антропогенными и поэтому формирующиеся почвы необходимо признать естественноисторическими образованиями и, следовательно, подходить к их классификации нужно с позиций классического генетического почвоведения. В настоящее время работы, посвященные изучению свойств пород и почв техногенных ландшафтов, направлены на оценку их экологической (Семина, 2013; Семина, Шипилова, 2017) и почвенно-генетической значимости (Госсен, Беланов, 2011: Соколов, 2012). Изучению восстановления техногенных ландшафтов посвящено множество работ, большинство из которых исследуют конкретные аспекты и направлены на практическое решение задач рекультивации ( Капелькина, 2013; Уфимцев, 2023).
Изучение процессов формирования почв техногенных ландшафтов представляет собой основу для рекультивации нарушенных участков земель и их дальнейшего использования, например, в хозяйственных целях, а также в целом для восстановления нарушенных ландшафтов.
Цель работы: изучение свойств техногенных почв в пределах угольного бассейна «Горловский» и выявление особенностей химического состояния и агрохимических свойств эмбриоземов на разной эволюционной стадии развития.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить экологические условия образования техногенных и зональных почв в пределах каменноугольного разреза «Горловский»;
2. Охарактеризовать зональные почвы и провести морфолого-аналитическую характеристику техногенных почв;
3. Оценить гранулометрический состав, химическое состояние и агрохимические свойства эмбриоземов на разной стадии развития;
4. Рассмотреть аспекты рекультивации почв техногенных ландшафтов.
Изучение проблем генезиса, классификации, диагностики земель, нарушенных промышленностью, осложнено большими масштабами и экологическим разнообразием территорий, подвергшихся техногенной нагрузке. В промышленно развитых странах Европы, начиная с 30-х годов XX века, реализуются рекультивационные мероприятия по восстановлению нарушенных земель, ориентированные, в основном, на сельскохозяйственное и лесохозяйственное направления (Hall, 1957; Knabe, 1959). В СССР также создается ряд научных, научно-производственных коллективов, целью исследований которых являлось разностороннее изучение техногенно-нарушенных территорий, их классификация и разработка технологий рекультивации (Етеревская, 1984; Ужегова, Махонина, 1984; Рагим-заде, 1977; Моторина, Овчинников, 1975; Фаткулин, 1988; и др.). В 1969 г. в ИПА СО РАН (г. Новосибирск) была организована лаборатория рекультивации почв. Уже с момента образования одной из ее первых задач становится составление общей картины распространения техногенных ландшафтов на территории Сибири и некоторых прилегающих территориях. Переломным моментом в изучении почв техногенных ландшафтов, а также в понимании процесса рекультивации необходимо считать разработку основ принципиально новой профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов (Гаджиев, Курачев, 1992). При разработке данной классификации авторы исходили из того, что техногенный ландшафт чаще всего представляет собой экоклин, внедренный в систему естественных ландшафтов. Тем не менее, в посттехногенную фазу развития естественные процессы начинают преобладать над антропогенными и поэтому формирующиеся почвы необходимо признать естественноисторическими образованиями и, следовательно, подходить к их классификации нужно с позиций классического генетического почвоведения. В настоящее время работы, посвященные изучению свойств пород и почв техногенных ландшафтов, направлены на оценку их экологической (Семина, 2013; Семина, Шипилова, 2017) и почвенно-генетической значимости (Госсен, Беланов, 2011: Соколов, 2012). Изучению восстановления техногенных ландшафтов посвящено множество работ, большинство из которых исследуют конкретные аспекты и направлены на практическое решение задач рекультивации ( Капелькина, 2013; Уфимцев, 2023).
Изучение процессов формирования почв техногенных ландшафтов представляет собой основу для рекультивации нарушенных участков земель и их дальнейшего использования, например, в хозяйственных целях, а также в целом для восстановления нарушенных ландшафтов.
Цель работы: изучение свойств техногенных почв в пределах угольного бассейна «Горловский» и выявление особенностей химического состояния и агрохимических свойств эмбриоземов на разной эволюционной стадии развития.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить экологические условия образования техногенных и зональных почв в пределах каменноугольного разреза «Горловский»;
2. Охарактеризовать зональные почвы и провести морфолого-аналитическую характеристику техногенных почв;
3. Оценить гранулометрический состав, химическое состояние и агрохимические свойства эмбриоземов на разной стадии развития;
4. Рассмотреть аспекты рекультивации почв техногенных ландшафтов.
На основании изучения техногенных почв, формирующихся в пределах Горловского угольного месторождения, можно сделать следующие выводы.
1. Резко континентальный климат, достаточное количество осадков, равнинный слабо всхолмленный рельеф, лессовидные почвообразующие породы, лугово-степная растительность с примесью березово-осиновых лесов в пределах лесостепной зоны Новосибирской области создают условия для образования черноземных почв. Согласно классификации почв России, зональная почва представлена черноземом глинистоиллювиальным типичным карбонатсодержащим среднемощным среднегумусированным средневыщелоченным легкосуглинистым, относящемуся к стволу постлитогенных почв аккумулятивно-гумусового отдела. Исследуемый чернозем характеризуется значительным содержанием гумуса, нейтральной реакцией среды, высокими величинами суммы обменных катионов (46,55 мг-экв/100г почвы), достаточным содержанием основных питательных элементов, что обусловливает его высокое потенциальное плодородие.
2. На отвалах Горловского угольного месторождения, согласно классификации
почв техногенных ландшафтов, развиваются преимущественно 3 типа эмбриоземов, относящихся к стволу техногенных поверхностных образований (ТПО): инициальные, органо-аккумулятивные и дерновые. Визуально у них не выражены или слабо выражены почвенные горизонты, что обусловливается технологией неселективного
отвалообразования. Главными морфологическими особенностями исследуемых техногенных почв, в отличие от зональных, являются: слаборазвитый почвенный профиль (до 50 см), высокая каменистость субстрата, достигающая 95%, наличие углистых частиц в профиле.
3. Изменение гранулометрического состава в процессе развития от одной стадии посттехногенного почвообразования к другой вызвано воздействием процессов физической и биологической дезинтеграции, а также накоплением органического вещества в биогенных горизонтах. В направлении от инициальных к органоаккумулятивным эмбриоземам происходит увеличение содержания мелкозема и уменьшение крупнозема. Во всех эмбриоземах в мелкоземе преобладает фракция крупного песка, распределение илистой фракции либо равномерное по всему профилю, либо имеет тенденцию к увеличению в нижних горизонтах вследствие элювиальных процессов.
4. Установлено, что в дерновых эмбриоземах, по сравнению с инициальными и органо-аккумулятивными, происходит более интенсивное накопление углерода. Можно предполагать, что углерод более молодых техногенных почв представлен литогенными формами, обусловленными содержанием в профиле большого количества углистых частиц; с течением времени, в связи с усилением биогенных процессов, происходит трансформация литогенных форм углерода в педогенные. В этом же ряду эмбриоземов, в ходе смены стадий посттехногенного почвообразования, увеличивается сумма обменных катионов с преобладанием в составе ППК кальция. Реакция среды изученных техногенных почв преимущественно нейтральная или слабощелочная.
5. В эмбриоземах нет четко выраженной закономерности в распределении форм питательных элементов. Количество валовых форм фосфора и калия зависит от состава материнских пород, в минеральных горизонтах эмбриоземов отмечается приблизительно равное содержание этих элементов. Содержание валового азота коррелирует с содержанием органического вещества в профиле и увеличивается в верхних горизонтах некоторых органо-аккумулятивных и дерновых эмбриоземов. Содержание легкогидролизуемого азота незначительное и отмечается лишь в органогенных горизонтах органо-аккумулятивных и дерновых эмбриоземов. Эмбриоземы высокообеспечены подвижными формами фосфора и калия, количество подвижного фосфора повышено в органогенных горизонтах, содержание обменного калия увеличивается по всему профилю в ряду от инициальных к дерновым эмбриоземам.
6. Оценка почвообразовательных процессов в техногенных ландшафтах является основанием для формирования целей и выбора технологии рекультивации. Исходя из условий почвообразования, гранулометрического состава, морфологического строения, а также учитывая результаты определения физико-химических и агрохимических свойств техногенных почв Горловского угольного разреза, наиболее благоприятными свойствами для проведения рекультивации обладают дерновые эмбриоземы.
1. Резко континентальный климат, достаточное количество осадков, равнинный слабо всхолмленный рельеф, лессовидные почвообразующие породы, лугово-степная растительность с примесью березово-осиновых лесов в пределах лесостепной зоны Новосибирской области создают условия для образования черноземных почв. Согласно классификации почв России, зональная почва представлена черноземом глинистоиллювиальным типичным карбонатсодержащим среднемощным среднегумусированным средневыщелоченным легкосуглинистым, относящемуся к стволу постлитогенных почв аккумулятивно-гумусового отдела. Исследуемый чернозем характеризуется значительным содержанием гумуса, нейтральной реакцией среды, высокими величинами суммы обменных катионов (46,55 мг-экв/100г почвы), достаточным содержанием основных питательных элементов, что обусловливает его высокое потенциальное плодородие.
2. На отвалах Горловского угольного месторождения, согласно классификации
почв техногенных ландшафтов, развиваются преимущественно 3 типа эмбриоземов, относящихся к стволу техногенных поверхностных образований (ТПО): инициальные, органо-аккумулятивные и дерновые. Визуально у них не выражены или слабо выражены почвенные горизонты, что обусловливается технологией неселективного
отвалообразования. Главными морфологическими особенностями исследуемых техногенных почв, в отличие от зональных, являются: слаборазвитый почвенный профиль (до 50 см), высокая каменистость субстрата, достигающая 95%, наличие углистых частиц в профиле.
3. Изменение гранулометрического состава в процессе развития от одной стадии посттехногенного почвообразования к другой вызвано воздействием процессов физической и биологической дезинтеграции, а также накоплением органического вещества в биогенных горизонтах. В направлении от инициальных к органоаккумулятивным эмбриоземам происходит увеличение содержания мелкозема и уменьшение крупнозема. Во всех эмбриоземах в мелкоземе преобладает фракция крупного песка, распределение илистой фракции либо равномерное по всему профилю, либо имеет тенденцию к увеличению в нижних горизонтах вследствие элювиальных процессов.
4. Установлено, что в дерновых эмбриоземах, по сравнению с инициальными и органо-аккумулятивными, происходит более интенсивное накопление углерода. Можно предполагать, что углерод более молодых техногенных почв представлен литогенными формами, обусловленными содержанием в профиле большого количества углистых частиц; с течением времени, в связи с усилением биогенных процессов, происходит трансформация литогенных форм углерода в педогенные. В этом же ряду эмбриоземов, в ходе смены стадий посттехногенного почвообразования, увеличивается сумма обменных катионов с преобладанием в составе ППК кальция. Реакция среды изученных техногенных почв преимущественно нейтральная или слабощелочная.
5. В эмбриоземах нет четко выраженной закономерности в распределении форм питательных элементов. Количество валовых форм фосфора и калия зависит от состава материнских пород, в минеральных горизонтах эмбриоземов отмечается приблизительно равное содержание этих элементов. Содержание валового азота коррелирует с содержанием органического вещества в профиле и увеличивается в верхних горизонтах некоторых органо-аккумулятивных и дерновых эмбриоземов. Содержание легкогидролизуемого азота незначительное и отмечается лишь в органогенных горизонтах органо-аккумулятивных и дерновых эмбриоземов. Эмбриоземы высокообеспечены подвижными формами фосфора и калия, количество подвижного фосфора повышено в органогенных горизонтах, содержание обменного калия увеличивается по всему профилю в ряду от инициальных к дерновым эмбриоземам.
6. Оценка почвообразовательных процессов в техногенных ландшафтах является основанием для формирования целей и выбора технологии рекультивации. Исходя из условий почвообразования, гранулометрического состава, морфологического строения, а также учитывая результаты определения физико-химических и агрохимических свойств техногенных почв Горловского угольного разреза, наиболее благоприятными свойствами для проведения рекультивации обладают дерновые эмбриоземы.
