Оценка плодородия техноземов Назаровской котловины

ниях, позволяет в местных условиях получить нормативный выход стандартного посадочного материала с

единицы площади.

Литература

1. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.

2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.

3. Гавренков Г.И. Почвы лесных питомников Приморского края и пути повышения их плодородия. - Хабаровск, 2004. - 102 с.

4. Лесной кодекс Российской Федерации. - М.: Проспект, 2009. - 48 с.

5. Павленко И.А., Юров И.В. Выращивание посадочного материала в лесных питомниках Дальнего Вос-

тока. - Уссурийск, 1975. - 86 с.

6. Юров И.В. Биологические основы выращивания посадочного материала кедра корейского в южной части Приморского края: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - Владивосток, 1969. - 23 с.

'--------♦------------

УДК 631.46 (571.51) Л.А. Прищепа

ОЦЕНКА ПЛОДОРОДИЯ ТЕХНОЗЕМОВ НАЗАРОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ*

Описаны показатели гумусного состояния в искусственных почвах на техногенных ландшафтах, из которых более подробно рассмотрены показатели биологической активности почв, кислотности и емкости катионного обмена. Выявлено, что изучение показателей гумусного состояния почв позволяет дать оценку плодородию техноземов и способности их к гумусообразованию.

Ключевые слова: гумусообразование, техноземы, почвообразовательный процесс, рекультивация, нитрификация, целлюлозоразложение.

L.A. Prishchepa

TECHNOZEM FERTILITY ESTIMATION IN NAZAROVO HOLLOW

Indices of humus condition in artificial soils on the technogenic landscapes are described. Special attention is given to the indices of soil biological activity, cation exchange acidity and capacity. It is revealed that study of humus soil condition allows to estimate technozems fertility and their capability to form humus.

Keywords: humus formation, technozems, soil formation process, recultivation, nitrification, cellulose decomposing.

Рост добычи ископаемых углей путем использования наиболее эффективного открытого способа разработки ведет к крупным потерям в земельном фонде страны вследствие нарушения почв, пригодных для использования в сельском хозяйстве (Комиссаров, Стрельцова, Кузнецова, 1979).

Ландшафты, сформированные техногенным путем, являются удобным объектом для исследований на различные показатели экологического состояния почв. Свойства и функции преобразованных рекультивацией ландшафтов определяются способами их формирования. В связи с этим важно изучить свойства формирующейся почвы с целью прогнозирования процессов почвообразования и оценки возможности управлять ими (Курачев, Батурина, 2005). Особенно важно обратить внимание на гумусное состояние почв и способность их к гумусообразованию.

Цель данной работы заключается в анализе показателей гумусного состояния в искусственных почвах на рекультивированных отвалах.

* Работа выполнена при поддержке РФФИ-ККФН (грант 05-04-97704).

Объекты и методы исследования

Исследования проводились на нарушенных землях в зоне разреза «Назаровский», расположенном в юго-восточной части Назаровского угольного месторождения. Объектами наших исследований являлись искусственные агросистемы, созданные на отвалах вскрышных пород Назаровского угольного месторождения, прошедших сельскохозяйственную рекультивацию, которая заключалась в покрытии отвалов вскрышных пород гумусным горизонтом, снятым и складированным перед началом разработки угольных разрезов. Восточный гидроотвал формировался в 3 км от г. Назарово гидравлическим смывом вскрышных пород в понижение в период 1949-1955 годов. Сереженский гидроотвал сформирован в пойме р. Сереж в 1968-1981 годах среди сельскохозяйственных полей и был оставлен под естественное зарастание. Бестранспортный отвал образован перекладыванием вскрыши на месте по мере продвижения угольного разреза и находится в стадии формирования с 1978 года. Он представляет собой выровненную территорию среди грядообразных и конусных холмов, понижений, заполненных водой. В качестве контроля использовался агроценоз агрочернозема глинисто-иллювиального. Восточный гидроотвал и агрочернозем глинисто-иллювиальный используется под пашню. Бестранспортный отвал и Сереженский гидроотвал являются пастбищами.

На рекультивированных отвалах в 2004 году были вскрыты почвенные профили, в которых из каждого 10-см слоя до глубины 120-130 см отобраны образцы сплошной колонкой. В них выделены генетические горизонты и описаны морфологические признаки. Показатели гумусного состояния определяли по методу Тюрина, рНкс1 - потенциометрическим методом, емкость катионного обмена - по Бобко, Аскинази в модификации Граборова и Уваровой. Из показателей биологической активности определили нитрификационную способность ионометрическим методом с помощью ионоселективного электрода (Методические указания..., 1984) и целлюлозоразложение - аппликацией по методу Вострова и Петровой (1961).

Результаты и обсуждение

В морфологическом отношении сравниваемые почвы имеют черты сходства и различия, обусловленные особенностями их образования. Почвы техноземов различаются по морфологическим признакам и мощности гумусового горизонта, а также количественному составу химических новообразований. Искусственные почвы Бестранспортного отвала, Сереженского и Восточного гидроотвалов сходны в том, что имеют очень неоднородную окраску и гранулометрический состав, хаотичное распределение обломочного материала, ярко выраженные химические соединения железа, структурообразовательные признаки. Различаются главным образом по глубине залегания карбонатов, сложению мелкозема и степени дезинтеграции крупнозема. Исследуемые почвы в большинстве своем являются бескарбонатными, за исключением почв Сереженского гидроотвала (неравномерное вскипание на глубине 60-80 см). На контроле карбонаты появляются с 60 см. Агрочернозем глинисто-иллювиальный сформировался в результате дернового (аккумулятивного) почвообразования. Комковато-зернистая структура в верхнем горизонте постепенно сменяется в непрочно-комковатую в горизонте В и ореховато-плитчатую в горизонте С. Корни и растительные остатки обильно распространены в верхних горизонтах почвы. В нижней части профиля проявляется сизоватость, обусловленная временным переувлажнением при оттаивании промерзшего зимой слоя (Петрова, Жеребцова, Прищепа, 2006).

На рисунке показано соотношение горизонтов А и С исследуемых почв. Агрочернозем глинистоиллювиальный характеризуется довольно мощным гумусово-аккумулятивным горизонтом, равномерно прокрашенный гумусовыми веществами в черный цвет, с языковатым переходом в иллювиальный горизонт. Морфологические признаки горизонтов AU Бестранспортного отвала и Сереженского гидроотвала, несмотря на разную мощность, во многом схожи. Искусственно сформированные гумусово-аккумулятивные горизонты почв на Восточном гидроотвале и Бестранспортном отвале (достигают 80 см), Сереженском гидроотвале (30 см) изначально задаются техническими средствами, что приводит к весьма хаотичной дифференциации строения поверхностного горизонта и обуславливает пестроту почвенного покрова (Чупрова, Шугалей, 2007).

Л.А. Гришина (1986) о гумусном состоянии почв пишет, что - это совокупность различных форм, химического состава и процессов трансформации и миграции органического вещества в генетическом профиле почв. Оценка гумусного состояния исследованных почв по критериям Д.С. Орлова и Л.А. Гришиной (1981) позволяет выявить различия в уровне их плодородия. Показатели содержания гумуса в почвах представлены в таблице 1.

> Э 3 Ф

2п-04 3п-04 4п-04 5п-04

Соотношение горизонтов А и С в почвах техноземов и контроле:

2п-04 - Восточный гидроотвал; Зп-04 - Бестранспортный отвал; 4п-04 - Сереженский гидроотвал;

5п-04 - агрочернозем глинисто-иллювиальный

Распределение гумуса в изучаемых почвах имеет прогрессивно-аккумулятивный тип, который обусловлен приемами сельскохозяйственной рекультивации. Мощность рекультивируемого гумусного горизонта в них превышает мощность гумусово-аккумулятивного горизонта в агрочерноземе глинисто-иллювиальном. В почвах на отвалах вскрышных пород содержание гумуса в горизонте Ри в 2-5 раз превышает таковое в почвообразующей породе (Петрова, Жеребцова, Прищепа, 2006). На гидроотвалах и Бестранспортном отвале заметно более высокое распределение гумуса, чем в агрочерноземе глинисто-иллювиальном. Характер распределения гумуса по профилю почв техноземов и контроля можно отнести к постепенно убывающему. На контроле отмечается наибольшее содержание гумуса в горизонтах Ри (7,23 %) и Аи (6,38%) и постепенное его убывание вниз по профилю. На Бестранспортном отвале (в среднем 9,8%) и гидроотвалах (5,2 и 4,1%) отмечается более высокое содержание гумуса в верхних и средних слоях, чем в аналогичных слоях агрочернозема глинисто-иллювиального (2,8%). Этот фактор можно объяснить тем, что при интенсивном использовании почв пашни (распашке) без внесения органических и минеральных удобрений происходит изменение профиля почв и их гумусного состояния в худшую сторону. Тогда как на пастбище профиль почвы не нарушается, происходит ежегодное накопление растительных остатков на поверхности, с последующими процессами распада и синтеза органического вещества в почве. В почве накапливается огромное количество энергии в виде органических веществ (почвенного гумуса), остатков отмирающей растительности и плазмы микроорганизмов. Вовлекаясь в грандиозный по масштабу и значимости биологический круговорот энергии и веществ, аккумулированная в органическом веществе почв энергия оказывает влияние на характер и интенсивность протекающих в ней биологических процессов (Фаткулин, 1979). Различие в содержании гумуса между пастбищами на Бестранспортном отвале и Сереженском гидроотвале, на наш взгляд, обусловлено различием биоклиматических условий и микрорельефа исследуемых объектов.

Таблица 1

Запасы гумуса на отвалах Назаровской котловины

Глубина, см Гумус, % Запасы гумуса, т/га

1 2 3

2п-04 Восточный гидроотвал

PU(0-10) 7,65 85,70

(10-30) 7,99 88,65

AU(30-40) 8,56 95,90

(40-70) 7,67 87,87

С1(70-80) 4,76 58,10

(80-100) 2,09 30,15

С2(100-120) 1,51 20,30

(120-130) 1,52 18,00

Окончание табл. 1

1 2 3

Зп-04 Бестранспортный отвал

О (0-2) 9,33 101,70

AU 1(10-20) 12,24 135,90

(20-40) 14,30 159,40

AU2(40-50) 12,50 143,80

(50-80) 10,58 124,73

С1 (80-90) 8,56 103,60

(90-100) 5,90 72,00

С2(120-130) 4,67 57,40

4п-04 Сереженский гидроотвал

0(0-3) 7,63 90,56

AU( 10-20) 5,44 65,28

(20-30) 5,00 61,00

С 1(30-40) 4,75 57,95

(40-60) 4,12 52,68

С2(60-70) 3,71 48,60

(70-80) 3,95 52,54

С3 (80-90) 3,84 51,07

(90-100) 2,60 34,58

5п-04 агрочернозем глинисто-иллювиальный

PU(0-10) 7,23 71,58

AU( 10-20) 6,38 71,46

BI(20—30) 3,55 42,25

(30-40) 2,34 28,55

Вса(40-50) 1,98 24,35

(50-60) 1,63 20,38

ВСса(60-70) 0,61 7,63

(70-80) 0,67 8,38

Сса(80-100) 1,09 13,94

Согласно показателям гумусного состояния почв (Орлов, Гришина, 1981), уровень содержания гумуса в исследуемых почвах распределяется следующим образом (см. табл. 1):

- на Бестранспортном отвале в слоях 0-50 см содержание гумуса в среднем составляет 12 % (очень высокий уровень), на Восточном гидроотвале - 8 % (высокое), на Сереженском гидроотвале и агрочерноземе глинисто-иллювиальном в аналогичных слоях - низкое, соответственно 5 и 4 %.

- по нашим данным, низкий уровень запасов гумуса в слоях 0-20 см отмечен на Восточном (88 т/га) и Сереженском (78 т/га) гидроотвалах, а также на контроле (72 т/га). На Бестранспортном отвале в аналогичных слоях наблюдается высокий уровень содержания запасов гумуса (119 т/га). В слое 0-100 см запасы гумуса на Восточном и Сереженском гидроотвалах составляют соответственно 485 и 514 т/га, на Бестранспортном отвале - 899 т/га, что свидетельствует об очень высоком уровне плодородия, на контроле - 289 т/га.

Л.А. Гришина (1986) отмечает, что биологическая активность почв - один из важнейших показателей гумусного состояния почв. Результаты исследований биологической активности представлены в таблице 2. Из данных таблицы видно, что все показатели биологической активности почв действуют комплексно. Высокая интенсивность накопления нитратов связана с хорошей обеспеченностью их органическим веществом, благоприятной реакцией среды, а также характером распределения нитратного азота в профиле почв. Наибольшая нитрификационная способность на Сереженском гидроотвале наблюдается в верхних слоях (2,04 и

1,42 мг/100г), но с глубиной она резко уменьшается. Это обусловлено снижением запасов подземного растительного вещества с глубиной. Характер распределения нитратного азота в почвенном профиле Восточного гидроотвала можно отнести к постепенно убывающему. На Бестранспортном отвале и контроле наблюдается скачкообразное распределение нитратного азота. Скорее всего, в техноземе неравномерность в накоплении нитратов обусловлена наличием включений в виде углей, а на контроле - наличием большого количест-

ва подземных растительных остатков и корней. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наибольшее количество нитратного азота наблюдается на пашне, наименьшее - на пастбище. Сходные данные приводят Г.П. Гамзиков (1981); П.И. Крупкин (2002); Н.Н. Пигарева, В.М. Корсунов (2004).

Ранее уже было отмечено, что существует прямая зависимость между содержанием нитратов в почве и разложением целлюлозы. Как видим, высокая интенсивность целлюлозоразложения заметна на Восточном гидроотвале по всему почвенному профилю. На Бестранспортном отвале и контроле обнаруживается неравномерность в процессе целлюлозоразложения, что обусловлено неодинаковым содержанием гумуса в профилях почв, а также спецификой формирования технозема. Наиболее заметное уменьшение целлюло-зоразложения наблюдается в верхних слоях технозема на Бестранспортном отвале (0-2 см) и контроля (010 см). Интенсивность целлюлозоразложения в профиле технозема на Сереженском гидроотвале снижается постепенно, за исключением небольшого скачка на глубине 40-60 см.

Таблица 2

Показатели биологической активности, кислотности и ЕКО на отвалах Назаровской котловины

Глубина, см Нитрификационная способность, мг/100г Целлюлозоразло-гающая способность, % рН кс1 Емкость катионного обмена

1 2 3 4 5

2п-04 Восточный гидроотвал

PU(O—10) 1,92 8,03 5,73 33,44

(10-30) 2,30 10,39 5,81 34,17

АЩ30-40) 2,24 9,09 5,96 36,26

(40-70) 1,78 12,61 5,88 40,31

С1(70-80) 1,36 14,05 6,09 37,48

(80-100) 1,1 3,64 5,86 29,19

С2(100-120) - - 5,78 25,61

(120-130) 0,01 0,01 5,63 23,92

3п-04 Бестранспортный отвал

О (0-2) 0,44 0,01 5,11 25,99

AU1 (10-20) 0,20 2,58 5,40 36,47

(20-40) 0,08 4,88 5,46 29,51

АU2 (40-50) 0,01 9,33 5,63 25,96

(50-80) 0,76 13,97 5,49 26,84

С1 (80-90) - - 5,56 15,96

(90-100) 0,34 2,16 5,10 15,19

С2(120-130) 0,36 0,01 5,72 15,41

4п-04 Сереженский гидроотвал

О (0-3) 2,04 9,02 5,63 32,07

AU( 10-20) 1,42 7,31 5,90 31,05

(20-30) - - 6,07 31,28

С 1(30-40) 0,22 3,96 6,10 31,88

(40-60) 0,12 2,68 6,22 31,48

С2(60-70) - - 6,17 29,67

(70-80) 0,12 4,64 6,17 29,22

СЗ (80-90) - - 6,39 30,84

(90-100) 0,94 0,01 6,46 31,51

Окончание табл. 2

1 2 3 4 5

5п-04 агрочернозем глинисто-иллювиальный

Ри(0-10) 1,56 2,42 5,66 33,53

Аи( 10-20) 1,04 11,39 5,78 33,49

В1(20-30) - - 6,05 31,38

(30-40) 0,79 9,0 6,26 26,78

Вса(40-50) 0,53 6,68 5,81 25,97

(50-60) 0,82 2,12 5,94 25,07

ВСса(60-70) - - 5,99 22,36

(70-80) 1,1 0,01 5,88 21,62

Сса(80-100) 1,04 0,01 5,94 22,26

Показатели реакции среды и емкости катионного обмена позволяют отметить следующие особенности исследуемых почв. На Восточном гидроотвале реакция среды в верхних и нижних горизонтах профиля почв нейтральная, лишь на глубине 70-80 см слабощелочная. Бестранспортный отвал отличается слабокислой реакцией среды по всему профилю, за исключением показателей на глубине 40-50 и 80-90 см, где реакция среды нейтральная. В верхних горизонтах (0-20 см) Сереженского гидроотвала отмечена нейтральная реакция среды, нижележащие горизонты имеют слабощелочную реакцию среды. Агрочернозем глинистоиллювиальный по всему профилю почвы имеет нейтральную реакцию среды, за исключением слоев 20-40 см со слабощелочной реакцией среды. Согласно этим данным, техногенные почвы и контроль имеют благоприятную реакцию среды для роста и развития растений. Емкость катионного обмена на гидроотвалах и контроле в профилях почв отмечена как высокая, лишь на Восточном гидроотвале на глубине 40-70 см - очень высокая. На Бестранспортном отвале на глубине 0-80 см ЕКО высокая, ниже по профилю изменяется в убывающую сторону до среднего показателя.

Таким образом, техногенные почвы по сравнению с контролем характеризуются довольно высоким содержанием гумуса и биологическим состоянием почвы. Реакция среды и емкость катионного обмена позволяют свидетельствовать о благоприятных условиях роста и развития растений.

Литература

1. Курачев В.М., Батурина В.Б. Темпы разложения растительных остатков в почвах техногенных ландшафтов // Сиб. экол. журн. - 2005. - № 5. - С. 789-793.

2. Востров И.С., Петрова А.Н. Определение биологической активности почвы различными методами // Микробиология. - Т.30. - 1961. - № 4. - С.665-669.

3. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири: моногр. - М.: Наука, 1981. - 266 с.

4. Методические указания по определению нитрификационной способности почв. - М.: ЦИНАО, 1984. -

16 с.

5. Чупрова В.В., Шугалей Л.С. Особенности макроморфогенеза почв на отвалах угольных разрезов На-заровской котловины // Вестн. КрасГАУ. - Красноярск, 2007. - № 1. - С. 61-70.

6. Петрова Е.С., Жеребцова А.В., Прищепа Л.А. Макроморфологическая характеристика почв на отвалах Назаровской котловины // Студенческая наука - взгляд в будущее: мат-лы всерос. студ. науч. конф. Ч. 1 / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2006. - С. 209-211.

7. Гришина Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - 244 с.

8. Крупкин П.И. Черноземы Красноярского края: моногр. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2002. - 332 с.

9. Фаткулин ФА Энергетика гумусонакопления в техногенных ландшафтах Кузбасса / ФА Фаткулин // Почвообразование в техногенных ландшафтах. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. - С. 203-212.

10. Комиссаров И.Д., Стрельцова И.Н., Кузнецова Т.П. Химическая природа гумусовых веществ молодых почв, техногенных элювиев и окисленных углей Кузбасса и их взаимодействие с минералами // Почвообразование в техногенных ландшафтах. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. - С. 212-258.

11. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. - 272 с.

12. Пигарева Н.Н., Корсунов В.М. Агрохимия почв криолитозоны Забайкалья. - Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2004. - 204 с.