Диссертация (Субстратно-фитоценотические характеристики участков самозарастания и рекультивации карьерно-отвальных комплексов), страница 10

Некоторые исследователи отмечают, что в условиях крайнегоСевераоптимальнымметодомрекультивацииявляетсявысадкакрупномерногопосадочного материала, как компонент экосистемы почва развивается с запаздыванием,что опять же связано с появлением растительных сообществ и накоплением определеннойкритическоймассымертвогоорганическоговещества.Основнымобразующимкомпонентом является растительное сообщество, которое детерминирует появление иразвитие всех других элементов экосистемы путем запуска биологического круговоротавеществ (Арчегова, 1992).Всегда существует ряд веществ, выпадающих из биологического круговорота, врезультате наиболее полно трансформированную часть органического вещества оченьусловно можно разделить на миграционноспособную – это такие вещества, которыевыносятся из биологически активного слоя, взаимодействуя с минеральным компонентом,они консервируются на неопределенное время.

Другая группа высокомолекулярныхорганических веществ не выносится, а наоборот накапливается в верхней части почвы,данные вещества принято называть гумусом (Орлов, 1985; Александрова, 1980). С ихнакоплением, грунт, частью которого они становятся, приобретает новые свойства. Поскорости накопления гуминовых веществ можно судить об интенсивности биологическогокруговорота. Содержание и состав гуминовых веществ отражает существующий биоценозданного участка.

Гуминовые вещества можно принять как диагностирующий элемент, поуровню накопления которого можно провести границу почвы как физического тела.Согласно принципу системности (Арчегова, 1992) каждая сухопутная экосистемасостоитизнесколькихсвязанныхкомплексов–растительногосообщества,микробиолгического компонента и фауны, которые трансформируют растительныеостатки и почву. Все три функциональные части связывает между собой биологическийоборот веществ, в результате взаимодействия происходит трансформация субстрата,образуется органо-аккумулятивный слой, накапливаются органические вещества и темсамымподдерживаетсяустойчивостьсообщества.Очаговоепочвообразованиеприурочено к отдельным парцеллам растительности, в таких участках создаются и38поддерживаютсяфрагментарноеблагоприятныеразмещениеусловияпятенсубстрата.растительностиТакоенемозаичное,способствуетслишкомбыстромувосстановлению экосистем.

С точки зрения системного подхода каждый элемент имеетсвои свойства только при взаимодействии с другими компонентами системы, вне этихвзаимодействий свойства теряются. Уничтожение одного из элементов комплекснойсистемы приводит к распаду всего комплекса.На всех карьерах восстановление почв начинается с формирования маломощногоорганогенного горизонта под которым располагается бедная элементами питанияминеральная порода. Основной задачей рекультивации почвы является формированиеверхнего гумусового горизонта, так как именно формирование этого горизонта можетзатягиваться на десятилетия, но с его появлением процессы почвообразования начинаютпроявляться наиболее интенсивно.

Таким образом, сложно переоценить влияниерастительных сообществ на процессы формирования почв. Наибольшую роль играетбиогенно-аккумулятивный горизонт, поскольку именно здесь сосредоточена основнаямасса корней и микроорганизмов. Именно ризосферу растений принято считать очагомпочвообразования, это место, где взаимодействуют микроорганизмы, абиотическийкомпонент субстрата и корни растений.

Благодаря стратегической важности данногокомпонентадляисследователейпочвообразования,(Арчегова,1992;изучениемRovira,1969;этоговопросаKennedy,1998;занималсяBrowen,ряд1999).Формирование сомкнутого травянистого покрова – один из наиболее важных моментовинтенсивногоэтапавосстановленияпочвенно-растительногопокрова.Развитиетравянистого сообщества приводит к активному накоплению на поверхности субстратабольшого количества биомассы. Одновременно с этим активизируется аккумуляцияорганического углерода, скорость накопления которого зависит от деятельностимикробного компонента. Развитие микроорганизмов ризосферы сопряжено с сукцессиейрастительного покрова (Узбек, 1995).

Внесение удобрений способствует увеличениюсодержания микробного компонента, а также увеличению длины грибного мицелия(Ковалева и др., 2013), в результате активизируются микробиологические процессы,трансформация и разложение органического вещества. С появлением ризосферы связанозамыкание процессов биологического круговорота веществ, что связывает все в систему, испособствует устойчивости формирующихся экосистем. Основная масса различныхтрофических групп бактерий сосредоточена вблизи корней, с удалением от которыхсокращается содержание питательных веществ, вместе с этим сокращается численность, атакже уровень жизнедеятельности микроорганизмов (Ковалева и др., 2013; Мишустин,1954; Красильников, 1958).

Наиболее интенсивно преобразование субстрата происходит в39ризосфере, именно поэтому почвообразование носит очаговый характер. Ризосфера вданном случае представляет комплекс компонентов, состоящий из растений, которыеявляются поставщиками органического вещества, микроорганизмов, которые преобразуютвыделения корней, а также снабжают элементами питания растение и преобразуютсубстрат. Именно комплексное действие позволяет сформироваться сложным идлительнымпроцессампочвообразования.Основноевниманиеприпроведениирекультивации нарушенных территорий имеет смысл уделять взаимосвязи междуэлементами системы с ведущей ролью растительных сообществ, инициирующихкруговорот органического вещества.

Цель первого этапа рекультивации – создание новогорастительного покрова (Арчегова, 2013).Установление растений на голом субстрате инициирует изменения в грунте поразным направлениям. На примере развития почв под недавно сошедшими моренами вгорах было показано, что направления педогенеза хорошо скоррелированы с первичнойсукцессией растительного покрова. Было обнаружено 3 различных тренда развития подтипичным субальпийским лесным сообществом, субальпийскими лугами и в условияхальпийских прерий. Выше границы леса основные направления педогенеза в почвахмоложе 200 лет – это накопление органического вещества и выветривание породы.

Этипроцессы приводят к формированию А горизонта с максимальной мощностью исодержанием органического углерода в 260 летних почвах. Со временем зарастанияотношения углерода к азоту в минеральных горизонтах увеличивается. Выветриваниепороды, высвобождение железа и алюминия приводит к формированию слабомощных АВи ВС горизонтов в 190 летних почвах. Молодые почвы содержат лишь А горизонт, в товремя как настоящий, структурированный Вw горизонт появляется спустя 260 лет посленачала сукцессии. Нулевой этап педогенеза характеризуется нейтральной реакцией рН, современем развития и накопления органических веществ происходит значительноеснижение реакции рН. В субальпийском поясе под травянистой растительностьюпочвенные процессы и формирование горизонтов происходит сходным образом сальпийским поясом, но намного быстрее.

Накопление органического вещества такжеувеличивается со временем, а реакция рН снижается. Спустя 130 лет формируетсяслаборазвитый Вw горизонт, при этом, под травянистой растительностью подзолистогогоризонта не формируется. Под лесной растительностью наибольшие морфологические ихимические изменения происходили в первые 60-65 лет. Здесь намного больше мощностьподстилки, развивается темно серый А горизонт, активное выветривание приводит кформированию ВС горизонта. Значения рН ниже, чем под травянистой растительностью, аотношение углерода к азоту намного больше чем под луговыми сообществами (20 против4011-15). Также именно под лесными сообществами происходит интенсивное болеевыраженное подзолообразование.Авторы отмечают, что ранние стадии сукцессии как растительности, так и почвсходны абсолютно в разных климатических условиях, кроме того виды пионеры, какправило, принадлежат к космополитам.

Также отмечено, что первичная сукцессиярастительности в наиболее суровых условиях сильно зависит от нанорельефа имикроклимата. Идентичность направлений первичной сукцессии растительности вальпийском и субальпийском регионах быстро прекращается, и уже спустя 60 летдревесные породы начинают доминировать в субальпийском поясе. Стабилизациявидового состава в лесном поясе происходит только после установления кустарничков,чье наличие является обязательной стадией подготавливающей условия для поселениядеревьев.

Более высокие темпы развития почвы обусловлены как высокими темпамиразвития растительных сообществ, так и качественным, более продуктивным составомбиоценозов, что в свою очередь обусловлено более мягкими климатическими условиями.Под луговыми сообществами содержание органического углерода в почве увеличиваетсяв течении первых ста лет зарастания до момента равновесия между поступлением черезразложение растительности и потерей углерода посредством минерализации и эрозии.Под лесными сообществами содержание органического углерода было ниже, значениядостигали максимальных показателей к 60 летнему возрасту, после этого содержаниеорганического углерода начинало уменьшаться.