168087 (Экологические аспекты почвообразования в техногенных экосистемах Урала), страница 2

В целом наименьшее содержание многих микроэлементов (хотя и превышающее средние величины) найдено в растениях на отвалах Баженовского месторождения асбеста (кроме никеля, хрома, бора), месторождений песка, огнеупорных глин, угля. Наиболее высокие концентрации некоторых микроэлементов (никеля, бора, хрома) в растениях отмечаются на отвалах никелевых месторождений, железорудных и асбеста. Таким образом, химический состав травянистых растений (изучено 103 вида растений) с промышленных отвалов отражает особенности химизма пород в отвалах и свидетельствует об экологической опасности непосредственного использования таких растений в пищу животным и человеком. Поэтому не следует отводить отвалы под личные огороды и коллективные сады.

Грамотное использование отвалов в качестве кормовых трав животным возможно при смешивании их с другими кормами, содержащими пониженные количества соответствующих элементов. Рациональным использованием растительной продукции с таких отвалов можно считать выращивание растений, не используемых в пищу (технические культуры). Учитывая сильную каменистость пород в отвалах и особенности химического состава растений, лучше отводить такие земли в лесное хозяйство, тем более что в таежно-лесной зоне на них происходит естественное восстановление лесных культур.

Самозарастающие разновозрастные отвалы позволяют изучать и начальные стадии почвообразования. Появляющиеся на отвалах живые организмы (микроорганизмы, растения, животные) изменяют верхние слои пород отвалов и наряду с воздействием климата формируют первичные, молодые почвы. От зрелых фоновых почв они отличаются по многим показателям. Визуально у них не выражены или слабо выражены почвенные горизонты. Формирующиеся гумусовые горизонты имеют небольшую мощность. Даже у 200-летних почв мощность их не превышает 10 см. Аналитические методы фиксируют гумусовые вещества в небольшом количестве и на больших глубинах (до 20-43 см). Аналогичные особенности наблюдаются и у других показателей, т. е. в пределах первых 200 лет почвенный покров проходит стадию внутреннего развития почвенного профиля, стадию онтогенеза. Поэтому такие почвы предлагают называть эмбриоземами [Гаджиев, Курачев, Рагим-заде и др., 1992]. В общем виде можно считать, что эмбриоземы представляют собой начальную стадию развития существующих зрелых фоновых почв. Эта стадия характеризуется не только меньшим количественным содержанием гумуса, азота и других элементов плодородия, но и значительной изменчивостью всех свойств, связанной с мозаичным распределением растений, в свою очередь зависящим от высоты отвалов (возможна затрудненность заноса семенных зачатков), смены физических и химических свойств пород в отвалах на небольшом расстоянии, различий в микрорельефе (в микропонижениях зарастание идет быстрее в силу большей влажности и большего содержания мелкозема), особенностей окружающей среды.

В дальнейшем пестроте химических свойств эмбриоземов способствуют качественный состав опада, скорость его минерализации и гумификации и характер распределения по поверхности отвалов. На сильно каменистых отвалах сплошность почвенного покрова часто прерывается выходами на дневную поверхность крупных глыб плотных пород. Выявлены как количественные, так и качественные особенности в накоплении гумуса. Больше его накапливается под злаками и бобовыми видами и меньше - под разнотравьем. Под лиственными древесными породами гумуса образуется больше, чем под хвойными, при этом непосредственно у ствола дерева его больше, чем у края проекции крон, что связано с особенностями распределения массы опада.

На процессы гумусонакопления оказывает влияние и гранулометрический состав пород. С увеличением доли илистых частиц в почвах возрастает и содержание гумуса. Влияние химического состава пород в отвалах проявляется в наибольшем накоплении гумуса (при прочих равных условиях) на породах, обогащенных кальцием, и наименьшим - на породах, обогащенных кремнием. С возрастом (до 200 лет) содержание гумуса в почвах увеличивается. Так, в слое 0-20 см в подзоне южной тайги при увеличении возраста почв в ряду 5-10-30-50-80-100-200 лет запасы углерода органического возрастают соответственно возрасту следующим образом: 2,3-3,1-6,1-15,1-19,6-24,5-24 т/га. В разных почвах южной тайги, по данным В. П. Фирсовой и М. И. Дергачевой [1972], они колеблются в пределах 40-130 т/га. Следовательно, даже через 200 лет запасы новообразованного гумуса еще не достигли зональных значений.

Интересен вопрос о скорости роста содержания гумусовых веществ в почвах. Известно, что со временем накопление в почвах гумуса снижается и в зрелом состоянии, при неизменности факторов почвообразователей, остается практически неизменным. Определив запасы гумуса в молодых почвах и зная их возраст, мы нашли скорость прироста гумуса в год (т/га, %). У 5-летних почв она составляет 0,52 т/га/год С, или 0,05 %, а у 200-летних - 0,17 т/га/год, или 0,005 %.

Из приведенных величин видно, что со временем скорость гумусонакопления снижается. Если предположить, что после 200 лет скорость гумусонакопления существенно не уменьшится, то для достижения в молодых почвах запасов гумуса, в ненарушенных зрелых почвах потребуется 370-800 лет. Эти результаты свидетельствует об очень медленном естественном восстановлении плодородия почв в техногенных экосистемах.

Эмбриоземы в техногенных экосистемах отличаются от зрелых фоновых почв не только меньшим содержанием гумуса, но и иным строением молекул гуминовых кислот (ГК). Об этих особенностях можно судить по величинам оптических плотностей ГК (табл. 2) почв, формирующихся в подзоне южной тайги на разных почвообразующихся породах.

Таблица 2

Так как величины оптических плотностей ГК зависят от соотношения углерода, входящего в состав ядра молекул ГК, и углерода периферических цепочек, то величины меньше, чем у фоновых почв, свидетельствуют о преобладании в молекулах ГК периферических цепочек, не имеющих окраски. А это в свою очередь указывает на химическую "молодость" молекул ГК в почвах (эмбриоземе) на промышленных отвалах.

В целом все полученные результаты свидетельствуют о том, что почвы в техногенных экосистемах естественным путем восстанавливаются по многим параметрам очень медленно, и для ускорения этого процесса необходимо разрабатывать специальные приемы биологической рекультивации, учитывая повышенное содержание в почвообразующих породах и растениях тяжелых металлов.

Таким образом, разработка полезных ископаемых карьерным способом формирует на дневной поверхности новые места, практически лишенные семенных зачатков. По В. И. Вернадскому, жизнь начинает оказывать на них "давление", осваивая и перерабатывая их. В результате такого освоения формируются почвы, которые начинают выполнять характерные для них экологические функции, перечисленные выше. Однако степень проявления этих функций даже через 200 лет несоизмеримо меньше, чем у полноразвитых почв, что указывает на необходимость сохранения почвенного покрова как природного ресурса, полностью практически невозобновимого за историческое время.

Список литературы

1 Боханов В. К. Роль почвообразования в эволюции биосферы // Тез. докл. Второго съезда Общества почвоведов. СПб., 1996.

2 Гаджиев И. М., Курачев В. М., Рагим-заде Ф. К. и др. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. Новосибирск, 1992.

3 Дергачева М. И. Оптические свойства системы гумусовых веществ лесных почв Урала и Зауралья // Лесные почвы южной тайги Урала и Зауралья. Свердловск, 1972. Вып. 85.

4 Добровольский Г. В., Никитин Е. Д. Экологические функции почв. М., 1986.

5 Дороненко Е. П. Эффективность использования земельного отвода и рекультивируемой площади при различных параметрах отвалов // Растения и промышленная среда. Свердловск, 1976.

6 Колесников Б. П, Лукьянец А. И. Биорекультивационное районирование Свердловской области // Растения и промышленная среда. Свердловск, 1976.

7 Махонина Г. И. Химический состав растений на промышленных отвалах Урала. Свердловск, 1987.

8 Столбовой В. С., Шеремет Б. В. О почвенном фонде России // Почвоведение. 1997. N 12.

9 Фирсова В. П., Дергачева М. И. Состав органического вещества почв южно-таежных лесов Урала и Зауралья // Лесные почвы южной тайги Урала и Зауралья. Свердловск, 1972. Вып. 85.

9 Чибрик Т. С., Елькин Ю. А. Формирование фитоценозов на нарушенных промышленностью землях. Свердловск, 1991.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.eunnet.net/