Диссертация (1154500), страница 30
Текст из файла (страница 30)
al., 1987). Можно отметить, что если в 2004 г. в изученных образцахнаиболее развитыми являлись длинные линейные цепочки углеводородов, то к 2014 г.129некоторые пики из этого диапазона теряют свою интенсивность. Согласно рядуисследований, в случае лесных почв, демонстрирующих пики в диапазоне алкильныхструктур, генезис гуминовых кислот обусловлен именно накоплением растительныхпроизводных, а не продуктами микробного метаболизма (Kоgel et al., 1992; Webster et al.,2000). На вторую область спектра 32-50 ppm не приходится ни одного значительногопика, данный диапазон соответствует протонам углерода и коротким разветвленнымалифатическим цепочкам с концевыми СН3 группами (Wilson, 1981).На втором и третьем участках в оба года наблюдения (на первом более явно в2014г.) выделяются пики в области 50-60 ppm.
Ряд авторов полагает, что данный диапазонсоответствует алифатическим частям лигниновых молекул – продуктов деградациикумарового, синапового и кониферилового спиртов (Лодыгин и др., 2001; Кечайкина идр., 2011). Согласно более ранним публикациям – это область резонирования углеродааминокислот (Breit-Maier и Voelter, (1974)).Во всех изученных образцах наблюдаются пики в области 64-73 ppm, чтохарактеризует O- и N-замещенные алифатические «карбогидратные» фрагменты.Довольно широкий спектр 108-170 ppm соответствует типичным ароматическимструктурам. Максимальная площадь пиков среди ароматических фрагментов приходитсяна диапазон 108-135 ppm (протонированный ароматический углерод).
Отчетливый пик напервой площадке под елью в районе 128 ppm в 2004 г. и менее интенсивные пики этогодиапазона на других участках могут характеризовать Н- и С-замещенные ароматическиеструктуры, предположительно по типу замещенного фенилпропана. С. Н. Чуков (2001)считает, что это, вероятнее всего, одиночные ароматические кольца, связанные состальной частью молекулы посредством алифатических цепочек.
Автор называет иходиночными и отмечает хорошую подвижность. Отчетливые пики в области 167-170 ppm,ярко выраженные во всех образцах – это диапазон резонирования ароматическкогоуглерода фенолов и эфиров.Анализ молекулярной структуры гуминовых кислот показал, что во всех образцахалифатические группы преобладают над ароматическими. За 10 лет соотношения группструктурных фрагментов практически не изменились (Таблица 6.23).
По общепринятомумнению, развитие гуминовых кислот сопряжено с увеличением доли бензоидныхароматических фрагментов и уменьшением алифатических (Абакумов, Гагарина, 2006;Александрова, 1980; Орлов, 1990). В тоже время некоторые исследователи отмечают, чтов ходе сукцессии почвенно-растительного покрова и смены травянистых сообществ налесные происходит увеличение доли алифатических фрагментов гуминовых кислот130(Golchin et al., 1997).
Также верхние горизонты почв лесных сообществ характеризуютсяповышенным содержанием алкильных структур углерода в сравнении с травянистыми.Таблица 6.23. Соотношение ароматических и алифатических фрагментов вгуминовых кислотах, %участок 1участок 2участок 3Группы структурных200420142004201420042014фрагментовАроматические363328333534Алифатические646772676566E. A. Webster с соавторами в 2000 г. предложили рассчитывать отношение площадипиков в спектре 0-52 (CAlk) к спектру 52-108 (CAlk-O) для того, чтобы судить о степениразложенности органического вещества. Чем выше данный параметр, тем выше степеньразложенности органических соединений и тем выше микробиологическая активность.Значения данного показателя представлены в таблице 6.24.
В изученных образцахпоказатель практически одинаков на всех участках, и почти не изменился за 10 лет.Таблица 6.24. Соотношение CAlk/CAlk-O на изучаемых участках в разные годыУчасток 1Участок 2Участок 32004201420042014200420141,010,970,920,960,980,926.5. Гидрофизические характеристики карьерно-отвальных комплексовВодно-физические свойства почв – это критические параметры, определяющие ееплодородие. В то же время они являются важнейшими для проведения успешныхвосстановительных мероприятий при рекультивации земель. Свойства субстрата, накотором впоследствии будет формироваться растительный покров, часто непредсказуемыи нуждаются в изучении, в настоящее время о них известно гораздо меньше, чем обагрохимических параметрах карьерно-отвальных комплексов.
Поэтому одной из задачисследования была оценка величин почвенно-гидрологических констант в почвахформирующихся на карьерах с различными субстратами.Согласно полученным результатам, значения гидрологических констант являетсянаименьшей на карьерах с песчаным субстратом. Нужно отметить, что средние значенияна самозарастающих участках и тех, где в ходе рекультивации был нанесенорганоминеральный субстрат значительно отличаются. На самозарастающих песчаныхкарьерах средние значения гигроскопической влажности – 0,19% ± 0,02, максимальнойгигроскопической влажности – 0,44% ± 0,04, наименьшей влагоемкости – 7,76% ± 0,56,максимальной влагоемкости – 15,61% ± 0,98, против 2,36% ± 0,57; 4,53% ± 1,09; 42,02% ±1316,27 и 75,95% ± 8,49 на песчаном карьере в Колтушах, где была проведена рекультивацияс использованием органического субстрата (табл. 6.25).
Полученные результатысогласуются с общепризнанной теорией о низкой влажности песчаных почв, иувеличением водоудерживающей способности при внесении тонкодисперсного материала.Таблица 6.25. Водно-физические свойства почв, формирующихся на песчаныхкарьерахплощадка горизонтWГ, %WМГ, %WП, %WHB, %Карьер по добыче песчано-гравийных отложений (Капитолово, Ленинградская1AY0,230,5519,0010,47область)С0,120,2912,766,342АС0,210,4617,757,33С0,210,4011,534,003С0,110,329,125,21С0,120,229,196,32Карьер по добыче песчано-гравийных отложений (Малукса, Ленинградская1С0,220,7112,125,17область)С0,100,256,562,12С0,090,165,32,10С0,310,7119,729,9820,250,6124,3111,17AY0,200,4218,1510,20BF0,090,2013,006,32C3(е)0,250,5217,567,78BF0,100,3314,028,31ВС0,080,1511,185,30C0,070,1910,716,744Е0,140,5619,909,72BНF0,230,6520,239,12ВС0,110,3011,675,34C0,120,2320,2310,02Продолжение таблицы5Е0,190,5024,3111,12BF0,170,4019,029,78ВС0,0170,3212,187,20Карьер по добыче песчано-гравийных отложений (Окуловка, Новгородская обл.)10,230,6320,1213,00А0,410,7017,458,67С20,500,9221,1012,11RY0,420,7418,978,34CКарьер по добыче песчано-гравийных отложений (Колтуши, Ленинградская1А4,1295,3365,80обл.)8,61А4,458,8988,9242,122AY1,232,6961,0138,67C0,681,4343,4120,213AY2,003,4359,1229,09C0,460,8054,6523,894А1,934,2497,0050,02А4,006,12108,1266,36132Для карьера по добыче огнеупорных глин характерны максимальные средниезначения всех гидрофизических характеристик (табл.
6.26), что может быть объясненогранулометрическим составом тяжелых почв. Средняя гигроскопическая влажность равна4,75% ± 0,28, средняя максимальная гигроскопическая влага – 8,29% ± 0,40, средняяводовместимость равна 93,95% ± 3,13, наименьшая полевая влагоемкость – 47,99% ± 2,31.На карьере по добыче фосфоритов, ожидалось, что наибольшие значениягидрофизических параметров будут отмечены на первом участке, где при рекультивациибыла нанесена торфяно-минеральная смесь. Предполагалось, что вследствие внесенияорганического субстрата, а также из-за значительного участия мхов в формированииподстилки и системы органического вещества почв, способность абсорбировать влагузначительно увеличится.
Согласно полученным результатам, на первом участке,действительно значения констант несколько больше чем на других участках, однаковеличины сопоставимы, а отличия статистически не достоверны.Таблица 6.26. Водно-физические свойства почв, формирующихся на карьерах сразличными субстратамиплощадка горизонтWГ, %WМГ, %WП, %WHB, %Карьер по добыче огнеупорных глин (Устье-Брынкино, Новгородская обл.)15,129,0298,3352,10АY4,457,9487,3447,31АС6,1810,0492,1240,97С23,426,35112,6060,79AY4,567,7985,4840,46AC4,898,3493,7247,43C3С5,179,2195,8049,78С4,237,6586,2145,10Карьер по добыче фосфоритов (Кингисеппский район, Ленинградская область)14,839,1533,1617,38АY4,478,6829,6115,76АС23,156,8551,0129,67АY3,126,0354,1223,01AС34,137,6542,3127,33АY4,338,5736,4318,10АCgКарьер по добыче известкового туфа (Пудость, Ленинградская обл.)1А2,135,3656,0323,20АС2,314,6758,1427,03С0,971,3746,2124,012А0,881,2070,1738,70АС1,293,8868,1336,13С0,961,3755,2824,123A3,266,5869,3437,01G3,476,8581,1240,13133Карьер по добыче известнякового туфа (табл.
6.26) и известняковые карьеры (табл.6.27)характеризуютсяпромежуточными,среднимирезультатамимеждусамозарастающими песчаными и глиняными карьерами. В среднем, максимальнаягигроскопическая влажность почв, формирующихся на известняковых карьерах составила4,15% ± 0,23 , гигроскопическая влажность – 1,91% ± 0,11, полная влагоемкость – 50,58%± 4,35, а наименьшая полевая влагоемкость – 25,33% ± 2,58.
При этом, также выделяетсяаккумулятивный участок на мягкой вскрыше, куда сносится органическое вещество. Здесьполная влагоемкость составила 141,15 %, наименьшая полевая влагоемкость – 86,05, приэтом значения гигроскопической влажности – 4,45% и максимальной гигроскопическойвлажности – 8,38, что также выше среднего.Часто наиболее благоприятные условия гидрофизических констант наблюдаются вверхних органо-минеральных слоях, где выше содержание мелкозема. Данная тенденция,при этом наблюдается далеко не на всех карьерах, что может быть следствиемнеравномерного сложения отвалов, а также несформированности гидрофизическогопрофиля почв в краткие сроки педогенеза.Таблица 6.27.
Водно-физические свойства почв, формирующихся на известняковыхкарьерахплощадка1231234567134горизонтWГ, %WМГ, %WП, %WHB, %Карьер по добыче известняка (Елизаветино, Ленинградская обл.)АС1,683,0765,1230,34C1,022,104,061,50AС1,222,3410,016,20C0,982,045,172,67AC1,073,5918,765,27C1,262,996,342,12Карьер по добыче известняка (Печурки, Ленинградская обл.)AY1,955,3544,6628,2912,26C2,125,7537,98[C]1,712,5645,2627,2BF2,435,8962,1139,31C1,152,1443,1919,32AY2,424,8546,9927,69G2,255,0173,2538,29Gox2,614,4466,8430,88C1,793,6946,7423,25AY2,264,0649,3732,05AC2,013,9851,7726,42AY1,733,3473,2538,22C11,153,6647,5320,00C2ox1,143,2758,2024,81AY4,458,38141,1586,05C1,213,4343,5119,69AY3,005,0652,6929,31C1,984,1342,3816,19891011121231,17C0,25AC1,713,1333,1512,11AY3,015,73C1,783,6834,0521,97AC2,235,92C2,055,14AY2,005,3044,5517,90C1,875,6538,0222,28Карьер по добыче известняка (Новогуровский, Тульская область)4,12С2,0064,1228,132,56С1,2168,0322,784,01С1,8770,0239,127,10С3,7872,3730,042,83AY1,5966,5833,253,12АС1,6064,9829,312,034,0878,2142,45СОтмечены случаи, когда, при относительно высоких значениях полевой инаименьшей влагоемкости, величины гигроскопической влажности и максимальнойгигроскопичности малы (карьер по добыче известнякового туфа).
На карьере по добычефосфоритов результаты противоположные: при относительно низких значения полевой инаименьшейвлагоемкости,гигроскопическаяимаксимальнаягигроскопичностьдостаточно велики (рис.6. 13). В первом случае на результат водовместимости инаименьшей полевой влагоемкости могла повлиять высокая пористость известняковоготуфа и оструктуреность. Способность абсорбировать в больших количествах влагу извоздуха на карьере по добыче фосфоритов возможно, определяет значительное участиемхов в формировании органического вещества почвы.135Рисунок 6.13. Средние значения гидрофизических констант для разных карьеровУстановлено,чтозначениягидрологическихконстантразныхсубстратовсогласуется с литературными данными (Глобус, 1969, Kuráž et al, 2012) и зависят отгранулометрического состава слагающей породы. Значения гидрологических константменьше на карьерах с песчаным субстратом, карьер по добыче известнякового туфа иизвестняковые карьеры характеризуются промежуточными, средними результатамимежду песчаными и глиняными карьерами.
Несмотря на широкий диапазон варьированиязначений водно-физических показателей, рассмотренные показатели не являютсялимитирующими для развития растительных сообществ. При этом, на величинынекоторых показателей влияние в большей степени может оказывать выбранный способгорно-техническойпочвообразующейрекультивациипороды.Виположениечастности,научасткаучастках,вгдерельефе,былчемтипорганический,отличающийся высокой водоудерживающей способностью, гидрофизические свойствапочв значительно отличаются от карьеров с таким же субстратом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
