Микроструктурная организация почв техногенных ландшафтов Назаровской котловины

Заключение

Анализ ферментативной активности на вырубках показал, что относительно высокой напряженностью биологических процессов отличаются подстилки и верхние минеральные слои почвы 0-10 см.

В результате несплошной рубки леса происходит изменение в первую очередь гидротермических условий. Различия в температуре и влажности почвы на разных технологических участках рубок отражаются на биохимических процессах. Более сильное влияние рубки на активность почвенных ферментов разных классов и групп отмечено на захламленных порубочными остатками волоках всех сосняков.

Тип леса и интенсивность проводимой рубки определяют активность биохимических процессов. При увеличении разреживания сосняков увеличивается активность почвенных ферментов окислительновосстановительной группы и азотного метаболизма, одновременно наблюдается снижение активности фермента углеродного обмена - инвертазы, что, возможно, свидетельствует об ослаблении трансформации углеродсодержащих соединений на участках с более высокой интенсивностью рубки.

Литература

1. Белов С.В. Лесоводство: учеб. пособие для вузов. - М.: Лесн. пром-сть, 1993. - 352с.

2. Борцов В.С. Использование автоматизированной аналитической системы на основе отражательной спектроскопии в исследовании агроценозов: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Красноярск, 2009.

- 26 с.

3. КарпачевскийЛ.О. Лес и лесные почвы. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 264с.

4. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки. - М., 1983.

5. Побединский А.В. Изучение лесовосстановительных процессов: метод. указания. - М.: Наука, 1966. - 64с.

6. Справочник лесничего / В.Д. Новосельцев, С.Г. Синицын, Г.М. Киселёв [и др.]; под ред. канд. с.-х. наук В.Д. Новосельцева. - 4-е изд., перераб. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 399с.

7. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Уфим. НЦ. - М.: Наука, 2005. - 252с.

8. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. - М.: Наука, 1982.

- 204с.

УДК 631.4

М.В. Бабаев, НЛ. Кураченко МИКРОСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НАЗАРОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ

В статье приведены результаты научных исследований по изучению микроструктурного состояния техноземов и эмбриоземов Назаровской котловины.

Ключевые слова: почва, технозем, эмбриозем, гранулометрический состав, микроагрегатное состояние.

M.V. Babaev, N.L. Kurachenko SOIL MICROSTRUCTURAL ORGANIZATION IN THE NAZAROVSKAYA HOLLOW TECHNOGENIC LANDCAPES

The scientific research results on studying the microstructural state of tehnozems and embriozems of the Nazarovskaya hollow are given in the article.

Key words: soil, tehnozem, embriozem, granulometric composition, microaggregate state.

Добыча полезных ископаемых открытым способом представляет максимальную степень негативного влияния на естественные ландшафты. В результате такого воздействия появляются техногенные ландшафты, свойства и режимы которых отдаленно напоминают аналогичные характеристики естественных экосистем [5]. Вследствие нарушения целостности почвенного покрова нарушается весь комплекс почвенно-

экологических функций [2]. Успешность рекультивации в значительной мере зависит от свойств вскрышных пород и образованных на них почв. Восстановление структурно-функциональных физических свойств, обусловленных составом и свойствами элементарных почвенных частиц и микроагрегатов, является одним из важнейших факторов создания почвенного плодородия почв техногенных ландшафтов.

Цель исследований - оценить микроструктурное состояние инициальных техноземов и эмбриозе-мов почв Назаровской котловины.

Объекты и методы исследований

Объектами исследований явились почвы, созданные на отвалах вскрышных пород Назаровского угольного разреза различными направлениями и способами рекультивации. Почвы техногенных ландшафтов изучались на примере Восточного, Сереженского и Бестранспортного отвалов. Объекты располагались на участках отвалов, прошедших лесорастительную и сельскохозяйственную рекультивацию.

Восточный внутренний гидроотвал формировался в 1949-1955 годах путем смыва вскрыши в понижения и был оставлен под естественное зарастание. В 1971 году здесь были высажены культуры сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) отделом рекультивации Назаровского угольного разреза. Площадь культур в настоящий период составляет 5,6 га [10].

Сереженский гидроотвал формировался с 1968 по 1981 год в обширной пойме реки Сережа, среди сельскохозяйственных полей и перелесков. На данном отвале проведена сельскохозяйственная рекультивация, заключающаяся в покрытии спланированных отвалов вскрышных пород гумусовым горизонтом, снятым и складированным перед началом карьерной разработки угольных разрезов.

Бестранспортный отвал находится в стадии формирования с 1978 года, он представляет собой плакорную возвышенность в окружении системы грядообразных и конусных холмов и увалов из вскрышных пород, понижения заполнены водой. Культуры сосны были созданы в 1985 году на площади 6 га. Выровненные участки, не покрытые лесными насаждениями, подвергались самозарастанию и в настоящее время используются под пастбище.

Вопросы классификации почв, сформированных на отвалах Назаровской котловины, разработаны [8]. Ими установлено, что почвы, прошедшие лесную рекультивацию, относятся к стволу постлитогенных. Профили их находятся на начальных стадиях формирования (эмбриоземы), что определяется главным образом малой продолжительностью срока биопедогенного преобразования породы - комплекса процессов синтеза и последующей трансформации органического вещества и его взаимодействия с минеральным субстратом. Почвы техногенных ландшафтов, сформированные технологическими приемами сельскохозяйственной рекультивации и находящиеся в пастбищном использовании, имеют иное классификационное название - техноземы.

Отбор почвенных образцов для определения гранулометрического и микроагрегатного состава проводился до глубины 70 см методом колонки в каждом 10-сантиметровом слое почвы. Гранулометрический и микроагрегатный состав определялся пипет-методом по Н.А. Качинскому [4].

Результаты и их обсуждение

Почва, как и любой объект, характеризуется несколькими уровнями структурной организации [3, 6]. На самых низких уровнях такими элементами являются элементарные почвенные частицы (ЭПЧ), соотношение которых в почве определяет ее гранулометрический состав [9]. Элементарные почвенные частицы обладают разной дисперсностью, морфологией, минералогическим, химическим составом и физическими свойствами. Эти частицы являются теми наименьшими «кирпичиками», с которых начинается структурная организация почвенной массы.

Почвы техногенных ландшафтов Назаровской котловины характеризуются разнообразным гранулометрическим составом. Почва, сформированная на Восточном гидроотвале, диагностируется по гранулометрическому составу как легкосуглинистая иловато-мелкопесчаная (рис. 1).

О 20 40 60 80 100%

О 20 40 60 80 100%

СМ 70

20 ^Ш

А

40 60

80 100%

СМ 70

Б

Г

80 100%

1,-0,25 мм 0,05-0,01 мм 0,005-0,001 мм

0,25-0,05 мм 0,01-0,005 мм <0,001 мм

Рис. 1. Гранулометрический состав инициальных почв Восточного гидроотвала (А - сосна); Сереженского гидроотвала (Б - пастбище); Бестранспортного отвала (В - сосна); Бестранспортного отвала (Г -

пастбище), %

Основной фракцией минеральной части почвы является мелкий песок. Его содержание в почвенном профиле варьирует от 54 до 64% с максимумом в слое 20-30 см. Илистая фракция (10-17%) незначительно превышает крупнопылеватые частицы (10-13%). В целом, соотношение фракций песка, пыли и ила сохраняется стабильно по всему профилю. Высокое содержание песчаных фракций в техногенных почвах отмечают и другие исследователи [1, 7]. Такой гранулометрический состав объясняется повышением процессов выветривания обломочного материала (аргиллитов, алевролитов), вынесенного на поверхность при техногенном формировании отвалов. Эти фракции следует считать специфическими образованиями для почв техногенных ландшафтов. Дальнейший распад этих частиц до элементарных составляющих возможен лишь под влиянием химического воздействия, т.е. на более поздних стадиях развития почвы.

20 -

20 -

30

30

40 -

40

50 -

50

60

60

0

0

20

40

60

20 -

20

30 -

30

40 -

40 -

50

50 -

60 -

60 -

СМ

СМ 70

70

В

Г

Технозем гумусово-акумулятивный Сереженского гидроотвала имеет легкоглинистый иловатопылеватый гранулометрический состав. Содержание илистых частиц увеличивается с глубиной от 35 до 45%. Технология образования гидроотвалов приводит к лучшей сортировке смеси вскрышных пород по гранулометрическому составу. За счет этого толща гидроотвалов расчленена как бы по элювиальноиллювиальному типу. Содержание ила и физической глины заметно ниже в верхней части отвала по отношению к нижележащим горизонтам. Доля крупной пыли составляет 18-25%, частиц размером 0,005 -0,001 мм примерно столько же (18-23%). Песчаные отдельности представлены, главным образом, мелким песком. Его доля колеблется в пределах 10%.

Почвы Бестранспортного отвала в культурах сосны и на пастбище тождественны по гранулометрическому составу. В культурах сосны почва характеризуется среднесуглинистым пылевато-мелкопесчаным гранулометрическим составом. Общее количество крупного, среднего и мелкого песка здесь составляет 4046%. Его доля увеличивается с глубиной. Крупнопылеватая фракция составляет 21-24% и имеет равномерное распределение по горизонтам. Содержание ила составляет 16-22%. Профиль инициальной почвы на пастбище отвечает среднесуглинистому пылевато-мелкопесчаному гранулометрическому составу до глубины 50-60 см. Далее нижележащая толща становится легкосуглинистой. Преобладающими здесь являются также элементарные почвенные частицы размером 0,25-0,05 мм, с той лишь разницей, что их количество превышает 40%. Почва отличается меньшим содержанием крупного и среднего песка (4%) и ила (13-16%). Такие различия в гранулометрическом составе техногенно образованных почв Бестранспортного отвала следует отнести к неселективному их формированию. Хаотичная смесь четвертичных отложений различного генезиса с примесью пород неогена и палеогена оказывает большое влияние на распределение элементарных почвенных частиц в профилях почв.

Элементарные почвенные частицы при определенных условиях могут слипаться, склеиваться, свертываться, формируя микроагрегатный состав почв. Характеристика суглинистых и глинистых почв по микро-агрегатному составу дает важные предпосылки для оценки почвенной структуры. Исследованиями установлено, что почвы техногенных ландшафтов Назаровской котловины имеют различное соотношение и распределение фракций микроагрегатов в профиле (рис. 2). В микроагрегатном составе эмбриозема Восточного гидроотвала преобладает песчаная фракция размером 0,25-0,05 мм (75-80%) и в меньшем объеме представлена фракция с размером частиц 0,05-0,01 мм (11-13%). Почва характеризуется равномерным распределением фракций микроагрегатов в профиле. Технозем, сформированный на Сереженском гидроотвале, имеет иное соотношение и распределение фракций микроагрегатов. Доминирующими в профиле здесь также являются микроагрегаты размером 0,25-0,05 мм (45-60%) и 0,005-0,01 мм (20-28%). Причем, на глубине 20-50 см доля фракции микроагрегатов размером 0,25-0,05 мм возрастает. Отличительной особенностью почвы Сереженского гидроотвала является увеличение содержания в почвенной массе микроагрегатов средней, тонкой пыли и ила.

О 20 40 60 80 100% О 20 40 60 80 100%

20 -30 -40 -50 -60 -СМ 70 -

0 20 40 60 80 100%

0 20 40 60 80 100%

10 Н----------—.------------------------'-'-,-'

СМ 70

1,0-0,25 мм 0,05-0,01 мм

0,25-0,05 мм 0,01-0,005 мм

0,005-0,001 мм

<0,001 мм

Рис. 2. Микроагрегатный состав инициальных почв Восточного гидроотвала (А), Сереженского гидроотвала (Б), Бестранспортного отвала (В - сосна), Бестранспортного отвала (Г - пастбище), %

В почвах Бестранспортного отвала доминирующая масса микроагрегатов представлена песчаными фракциями крупнее 0,05 мм (63-70%). Эмбриозем в культурах сосны до глубины 50 см отличается господством микроагрегатов размером 0,25-0,05 мм (46-63%). На долю микроагрегатов крупной пыли приходится 16-22%. Содержание микроагрегированного ила в исследуемых почвах незначительно и изменяется в пределах 2-6%. В его распределении выявлены некоторые закономерности. В эмбриоземах грубогумусово-акумулятивных Восточного гидроотвала и Бестранспортного отвала распределение микроагрегатов <0,001 мм равномерное по профилю. Для техноземов Сереженского гидроотвала и Бестранспортного отвала на пастбище характерно увеличение микроагрегированного ила с глубиной. Это важно учитывать при решении вопросов структурообразования, так как цементирующей способностью обладают лишь элементарные почвенные частицы < 0,005 мм и особенно < 0,001 мм.

Общее количество микроагрегатов недостаточно четко свидетельствует о степени микроагрегиро-ванности почв, так как в составе относительно крупных фракций присутствуют и элементарные почвенные частицы соответствующих размеров, не являющиеся результатами агрегированности. Поэтому для суждения о потенциальной способности почв к образованию водопрочных агрегатов нами были выбраны такие показатели, как содержание истинных микроагрегатов >0,05 мм (Им), коэффициент дисперсности (Кд) и коэффициент агрегатности по Бейверу и Роадесу (Ка), расчет которых основан на данных гранулометрического и микроагрегатного анализов. Особенности микроагрегатного состава техноземов и эмбриоземов и их способность к оструктуриванию отражены в таблице.

Исследованиями установлено, что инициальная почва Восточного гидроотвала отличается не высоким содержанием истинных микроагрегатов. Максимальное их количество (26%) приходится на 0-10 см слой, затронутый процессом почвообразования. Способность эмбриозема к агрегированию различается по слоям и характеризуется в целом как неудовлетворительная, так как коэффициент дисперсности составляет 10-17 %. Степень агрегатности также отвечает низким показателям, что свидетельствует о слабой способности микроагрегатов противостоять разрушающему действию воды.

20

20

30

30

40

40

50

50

60

60

СМ 70

В

Г

Микроагрегатный состав инициальных почв, %

Пробная площадь Слой, см Размер частиц, мм Кд Ка

>0,05 <0,001 Им >0,05

0-10 84,0 1,6 25,6 9,5 30,5

10-20 84,0 1,6 22,2 11,7 26,4

Восточный 20-30 84,0 1,5 18,9 15,4 22,5

гидроотвал, 30-40 83,0 1,7 19,9 12,7 24,0

сосна 40-50 82,0 1,8 20,9 11,1 25,5

50-60 81,6 2,1 20,4 13,5 25,0

60-70 81,2 2,4 20,0 16,6 24,6

0-10 56,9 4,5 45,7 12,9 80,2

10-20 60,3 5,5 50,6 13,7 83,9

Сереженский 20-30 63,7 6,4 55,5 14,2 87,1

гидроотвал, 30-40 57,7 7,9 49,2 17,7 85,3

пастбище 40-50 51,8 9,4 43,0 21,1 83,0

50-60 52,9 6,7 43,5 14,9 82,2

60-70 54,0 3,9 44,0 8,7 81,5

0-10 65,9 3,6 25,9 16,8 39,3

10-20 65,5 3,1 24,1 16,5 36,8

Бестранспортный 20-30 65,1 2,6 22,2 15,7 34,1

отвал, 30-40 66,6 2,9 23,0 17,6 34,5

сосна 40-50 68,0 3,1 23,6 19,5 34,7

50-60 66,0 2,9 20,5 17,9 31,1

60-70 64,0 2,6 17,4 16,2 27,4

0-10 69,5 2,4 27,7 15,1 39,9

10-20 68,4 3,2 24,9 21,4 36,4

Бестранспортный 20-30 67,4 4,0 22,2 28,5 32,6

отвал, 30-40 65,2 5,2 19,8 36,6 30,4

пастбище 40-50 63,0 6,3 17,4 43,6 27,6

50-60 63,0 6,1 17,8 44,8 28,3

60-70 62,9 5,9 18,1 44,8 28,8

Примечание: Им - истинные микроагрегаты; Кд - коэффициент дисперсности; Ка - коэффици-

ент агрегированности по Бейверу и Роадесу.

Микроагрегированность почвы, созданной на Сереженском гидроотвале, выражена хорошо. Она в полной мере соответствует уровню черноземов естественного сложения. Благодаря высокому содержанию ила, принимающего основную роль в образовании микроструктуры, содержание истинных микроагрегатов >0,05 мм в данном техноземе высокое (43-56%). Коэффициент дисперсности изменяется в широких пределах по профилю (9-21%). На наш взгляд, данный показатель не в полной мере оценивает устойчивость микроструктуры. В данном случае лучше доверять коэффициенту агрегатности, который указывает на хорошо выраженную устойчивость микроагрегатов рекультивированной почвы.

Уровень микроагрегированности почв Бестранспортного отвала соответствует почве Восточного гидроотвала. Агрегирующая способность почв здесь выражена слабо. Коэффициент дисперсности под посадками сосны равен 16-20%. На пастбище способность к образованию устойчивых микроагрегатов снижена более чем в два раза (Кд = 15-45%). Наибольшее количество истинных микроагрегатов приходится на верхний 0-20 см слой почв (22-26%).

Таким образом, почвы техногенных ландшафтов Назаровской котловины характеризуются от слабой до высокой устойчивости агрегирующих связей микроструктуры, что обусловлено особенностями их гранулометрического состава. Высоким уровнем микроагрегированности отличается технозем Сереженского гидроотвала на пастбище, имеющий легкоглинистый иловато-пылеватый гранулометрический состав.

Литература

1. Андроханов В.А. Специфика и генезис почвенного покрова техногенных ландшафтов // Сиб. экол. журн. - 2005. - №5. - С.795-800.

2. Андроханов В.А. Восстановление почвенно-экологических функций в техногенных ландшафтах Кузбасса // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове. - Томск, 2010. - Т.2. - С. 11-14.

3. Воронин А.Д. Методические принципы и методическое значение концепции иерархии уровней структурной организации почвы // Вестн. МГУ. Сер. Почвоведение. - 1979. - №1. - С.20-25.

4. Качинский Н.А. Физика почвы. - М.: Высш. шк., 1965. - 322с.

5. Курачев В.М., Фаткулин Ф.А., Андроханов В.А. Принципы оценки экологического состояния почв техногенных ландшафтов // Тез. докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. - М., 2000. - Кн.2.

- С.292-293.

6. Розанов Б.Г. Морфология почв. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - 320с.

7. Тарасов П.А. Экологическая оценка водно-физических свойств техногенных почв КАТЭКа при лесной рекультивации: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Красноярск, 1993. - 22с.

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

9. Шоба С.А. Морфология и морфогенез почв // Структурно-функциональная роль почвы в биосфере. - М.: Геос, 1999. - С. 20-29.

10. Шугалей Л.С., Яшихин Г.И., Дмитриенко В.К. Биологическая рекультивация нарушенных земель КАТЭКа. - Красноярск, 1996. - 186 с.

УДК 577.4:582.86(571.51) С.М. Трухницкая

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ФИТОЦЕНОТИЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЧВЕННЫХ АЛЬГОСИНУЗИЙ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

В статье анализируется степень изученности видового разнообразия сообществ почвенных водорослей и цианобактерий в почвах Красноярского края.

Ключевые слова: биоразнообразие, цианопрокариоты, почвенные водоросли, Красноярский край.

S.M. Trukhnitskaya

SOME ASPECTS OF SOIL ALGOSYNUSIA PHYTOCOENOTIC ORGANIZATION IN KRASNOYARSK REGION

The level of knowledge about biodiversity of soil algae and blue-green algae cenosis in Krasnoyarsk region soils are analyzed in the article.

Key words: biodiversity, cyanoprocaryotes, soil algae, Krasnoyarsk region.

Первые гипотезы о значении водорослей в жизни почвы появились почти 100 лет назад. В России, по сведениям Э.А. Штиной (1997), в 1915 году А.Д. Фокин собрал на известковой задернованной почве на склоне берега реки Быстрицы (ныне Кировская область) корочки наземной водоросли Nostoc commune, позднее - пробы водорослей из разных районов Кировской области, оставшиеся необработанными.

Одна из первых известных работ по изучению почвенных водорослей в России принадлежит К.И. Мейеру (1922), в ней описаны водоросли поймы р. Яхромы (работа опубликована в 1937г.). А первой публикацией о почвенных водорослях в России была статья А.А. Рихтера и К.И. Орловой (1928) о водорослях почв окрестностей г. Саратова (Штина, 1997).