СВОЙСТВА ПОЧВ РАЗВИВАЮЩИХСЯ ТЕХНОГЕННЫХ КАТЕН ПРИМОРСКОГО КРАЯ (НА ПРИМЕРЕ ОТВАЛОВ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА «ПАВЛОВСКИЙ»)

СВОЙСТВА ПОЧВ РАЗВИВАЮЩИХСЯ ТЕХНОГЕННЫХ КАТЕН ПРИМОРСКОГО КРАЯ (НА ПРИМЕРЕ ОТВАЛОВ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА «ПАВЛОВСКИЙ»)

Научная статья

Полохин О.В. *

ORCID: 0000-0002-5519-5808,

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, Владивосток, Россия

* Корреспондирующий автор (o.polokhin[at]mail.ru)

Аннотация

В статье рассматриваются актуальные проблемы определения специфики формирования почвенного покрова на самозарастающих отвалах. Для этого решались задачи по определению морфологических и иных свойств почв. Установлено, что основные педогенные преобразования происходят в корнеобитаемом слое. Переходные горизонты трудно определяемы при морфологическом исследовании. Это объяснятся, с одной стороны, слабым развитием процессов, а с другой – высоким содержанием углистых частиц в породах, слагающих отвалы. Кривая распределения общего органического углерода по профилю имеет вогнутый характер с резким падением с глубиной (аккумулятивный тип распределения). В результате лессиважа минимальное содержание фракции физической глины перемещается в более глубокие слои в почвах подчиненных элементах ландшафта. Содержание же фракции ила при этом увеличивается, что может свидетельствовать о процессах не только физической, но и педогенной дезинтеграции пород, слагающих отвал.

Ключевые слова: нарушенные земли, рекультивация, почва, почвообразование.

PROPERTIES OF SOILS IN DEVELOPING TECHNOGENIC CATENAS OF PRIMORSKY KRAI (ON THE EXAMPLE OF PAVLOVSKY COAL DEPOSIT WASTES)

Research article

Plokhin O.V.

ORCID: 0000-0002-5519-5808

Federal Scientific Center for Biodiversity of Terrestrial Biota of East Asia of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia

* Corresponding author (o.polokhin[at]mail.ru)

Abstract

The article discusses current problems of determining the main features of soil formation on self-expanding tank wastes. For this purpose, tasks were performed to determine morphological and other properties of the soil. It is established that the main pedogenic transformations occur in the root zone. Transition horizons are difficult to determine during morphological study. This is explained, on the one hand, by the weak development of the processes, and on the other, by the high content of carbonaceous particles in the rocks that form the wastes. The distribution curve of the total organic carbon along the profile is of concave character with a sharp drop with depth (accumulative distribution type). As a result of the illimerization, the minimum content of the fraction of physical clay moves to deeper layers in soils of the subordinate elements of the landscape. At the same time, the content of the sludge fraction increases, which may indicate processes of not only physical, but also of pedogenic disintegration of the rocks composing the waste.

Keywords: disturbed soils, reclamation, soil, soil formation.

Поверхность техногенных ландшафтов, возникающих в результате работы горнодобывающей промышленности, представляет собой территорию с глубокими выемками (карьерами) и возвышенностями (внешними отвалами). При этом участки, занятые отвалами занимают большую площадь (до 60% территории разрезов) [2], [3]. Пространственное сочетание склоновых поверхностей данных техногенных образований можно рассматривать и изучать как катены [5, 6]. Они построены из элементарных ландшафтов на автономных возвышенностях (элювиальные ландшафты) до ландшафтов зон конечной аккумуляции (аккумулятивные ландшафты). Значительная часть отвалов (в Приморском крае в ряде случаев до 98%) не рекультивируется и остается под самозарастание. Понимание процессов, происходящих при естественном возобновлении почвообразования, является не только актуальной фундаментальной задачей почвоведения, но и позволяет прогнозировать последствия применяемых технологий и способов рекультивации, что необходимо при создании безопасных для человека и окружающей среды зон [4], [9]. Цель исследований состояла в определении специфики формирования почвенного покрова на самозарастающих отвалах. Для этого решались задачи по определению химических, физических, физико-химических свойств почв, на элементарных ландшафтах развивающихся техногенных катен.

В ходе исследований изучались почвы, сформированные на внешнем 30-35 летнем отвале участка «Северный», разработанного в 1985-1994 г.г. угольного разреза «Павловский» (разрезоуправление «Новошахтинское» ООО «Приморскуголь» АО «СУЭК»). На разрезе добывается бурый уголь открытым способом. Отвалы находятся в 600 м на юго-восток от дороги ведущей в п. Новошахтинский (Приморский край, Михайловский район). Данный отвал формировался железнодорожным и автомобильным способами, был частично спланирован. Высота отвала 12-13 метров. Для выполнения поставленных задач был заложен катенарный профиль с выделением элементарных ландшафтов. Почвенные разрезы были заложены на типичных участках элементарного элювиального ландшафта, трансаккумулятивного и аккумулятивного элементарных ландшафтов.

Описание почвенного профиля по морфологическим признакам производили в ходе полевых почвенных исследований. Определение гранулометрического состава выполнялось по методу Н.А. Качинского [7].

Определение общего органического углерода было произведено по методу Тюрина в модификации ЦИАО (ГОСТ 26213-91) [1], определение рН почвенной водной суспензии произведено потенциометрически, плотность сложения почвы – объемно-весовым методом [7]. В работе использовали субстантивную профильно-генетическую классификацию почв техногенных ландшафтов [2], [3].

Климат в районе исследования континентальный с муссонными чертами. Безморозный период длится 150-160 дней. По влагообеспеченности район является влажным. Гидротермический коэффициент 1,6-2. Годовое количество осадков 500-700 мм, из которых 9-17% выпадает в зимний период [10].

При добыче бурого угля открытым способом производится транспортировка вскрышных и вмещающих пород в породные отвалы. При этом отвалообразование осуществляется не селективным способом. Это приводит к смешению пород различных по петрографическому и минералогическому составам. Субстрат, слагающий отвалы, в дальнейшем выступает в роли почвообразующих пород. Изучаемый отвал с западной стороны граничит с обводным каналом, заполненным водой, который является здесь зоной конечной аккумуляции. С трех других сторон находятся отвалы вскрышных и вмещающих пород с карьерными выемками. Вскрышные породы представлены разнозернистыми слабосцементированными песчаниками, аллювиальными песчано-галечниковыми отложениями суйфунской свиты, четвертичными глинами, аргиллитами, алевролитами, и пластами угля усть-давыдовской свиты. Актуальная кислотность пород от кислой до слабокислой. Степень насыщенности пород основаниями 61-84%. Гранулометрический состав пород от среднесуглинистого до среднеглинистого. Эти породы медленно преобразуются в условиях гипергенеза и малоподатливы к внутрипрофильной дифференциации.

Разрез Л 11–14. Заложен на юго-западном склоне (угол уклона 1–3°) участка элювиального ландшафта. Мезорельеф с мелкими буграми, рытвинами, неглубокими оврагами. Микрорельеф просадочно-насаженный с блюдцами и западинами. Древесная растительность представлена осиной дрожащей. Кроме нее в подросте присутствует боярышник Максимовича. Среди травянистой растительности доминирует хвощ полевой с отдельными экземплярами осок, клевера лугового, синюхи рыхлоцветковой, мышинным горошком и полынями. Общее проективное покрытие трав составляет 20-50%. Формула профиля почвы О (0-1 см) – Ао (1-2,5 см) – С1 (2,5-8 см) – С2 (8-20 см) – С3 (20-60 см). Грубогумусовый горизонт порошистый, представляет собой смесь органических остатков со слабо прокрашенной минеральной частью. Переходный горизонт не выделяется. Нижележащие слои выделяются по количеству корней и плотности. Почва определена как эмбриозем органо-аккумулятивный иллювиально-гумусовый. Анализ гранулометрического состава мелкозема показал, что грубогумусовый горизонт среднесуглинистый мелкопылевато-среднепесчаный. В нижерасположенных слоях происходит увеличение фракции средней пыли и крупного песка. Плотность сложения почвы изменятся от 0,85 г/см³ в грубогумусовом горизонте до 1,18-1,25 г/см³ в нижележащих слоях (табл.). Величина рН опада – 5,91. Верхний горизонт слабокислый (рН_водн. – 6,22). В нижних слоях значения рН снижаются до 5,87. В грубогумусовом горизонте количество общего органического углерода составляет 2,34%. В нижележащих слоях его содержание резко уменьшается до значений 0,26-0,62%. Характер распределения соответствует аккумулятивному типу. Тип гумуса гуматно-фульватный.

 

Таблица 1 – Свойства почв техногенной катены

Горизонт, глубина, см	рНводн.	dv, г/см3	Сорг, %	Фракция <0,01мм, %	Фракция <0,001 мм, %
Л 11–14. Элювиальный ландшафт
Ао 1-2,5	6,22	0,85	2,34	30,1	11,2
С1 2,5-8	6,34	1,25	0,61	64,4	17,5
С2 8-20	6,14	1,18	0,52	61,5	20,5
С3 20-60	5,87	1,26	0,26	65,0	15,7
Л 12–14. Трансаккумулятивный ландшафт
Ао 1-4	5,74	0,57	3,84	47,5	18,2
АВ 4-9	5,92	1,24	1,07	54,1	29,1
С1 9-21	5,86	1,26	0,65	59,0	33,1
С2g 21-60	5,74	1,28	0,52	64,7	50,3
Л 13–14. Аккумулятивный ландшафт
Ао 0,5-2	5,55	1,19	1,1	29,0	11,3
С1g 2-16	5,85	1,26	0,82	40,1	26,5
C2g 16-60	5,68	1,47	0,33	66,2	38,6

 

Разрез Л 12–14. Заложен на площадке в средней части катены (трансаккумулятивный элементарный ландшафт), представляющей собой северо-западный склон крутизной 3-5°. В древесной растительности преобладает осина дрожащая с березой плосколистной. Кустарники представлены жимолостью Рупрехта. В травянистом ярусе доминирует хвощ полевой с единичными растениями осоки низенькой, репяшка клейкого, девясила японского, мятлика Скворцова. Общее проективное покрытие трав до 50%. Профиль почвы имеет следующее строение О (0-1 см) – Ао(1-4 см) – АВ (4-9 см) – С1 (9-21 см) – С2g (21-60 см). Грубогумусовый горизонт по структуре мелкозернисто-пылеватый. В нем отмечается много корней, микоризы. Переходный горизонт пылевато-бесструктурный. Вниз по профилю наблюдаютcя явления оглеенности. Тип почвы определяется как эмбриозем органо-аккумулятивный (кустарничково-корневой) иллювиально-гумусовый глееватый. В верхней части профиля горизонты тяжелосуглинистые. Нижележащие слои средне глинистые. Это свидетельствует о том, что в результате лессиважа минимальное содержание фракции физической глины перемещается в более глубокие слои (табл.). Содержание же фракций илистых частиц при этом увеличивается, что может свидетельствовать о процессах не только физической, но и педогенной дезинтеграции пород, слагающих отвал. Коэффициент степени дифференциации почвенного профиля, определяемый как отношение содержания илистых частиц в горизонте вмывания к содержанию ила в горизонте Ао, составляет 3,06 [8]. Это говорит о резко дифференцированном профиле. По плотности сложения верхний горизонт вспушенный (0,57 г/см³). Нижележащие горизонты уплотнены. Плотность сложения в них резко возрастает до 1,28 г/см³. Опад по величине актуальной кислотности и почвенные горизонты слабокислые, дифференциации не наблюдается. Содержание органического вещества в верхнем 0–2 см горизонте составляет 3,84% с резким уменьшением вниз по профилю. Гумус гуматно-фульватный.

Разрез Л 13–14. Заложен в нижней части отвала (аккумулятивный элементарный ландшафт). Древесный ярус представлен осиной и 4-мя видами ив. Древостой пройден низовыми пожарами. Из кустарников отмечены крушина даурская, рябинник рябинолистный, бересклет малоцветковый. В травяном ярусе доминирует хвощ полевой (85%). Проективное покрытие – 30%. Профиль почвы имеет следующее строение: О (0-0,5 см) – Ао (0,5-2 см) – С1g (2-16 см) – С2g (16-60 см) (табл.). Верхний горизонт по гранулометрическому составу тяжелосуглинистый, порошистой структуры. Нижерасположенные слои бесструктурные, влажные, более плотные. В нижней части профиля отмечены сизые пятна. По гранулометрическому составу они определяются как средне глинистые. Тип почвы – эмбриозем органо-аккумулятивный иллювиально-гумусовый глееватый. Плотность сложения в слое 0–10 см составляет 1,17–1,19 г/см³, ниже происходит резкое увеличение до значений 1,42–1,47 г/см³. По величине рН_водн. – кислые, с увеличением кислотности вниз по профилю. Содержание С_орг изменяется от 1,1% до 0,5% вниз по профилю. Кривая распределения общего органического углерода по профилю имеет вогнутый характер с резким падением с глубиной (аккумулятивный тип распределения). В групповом составе гумусовых кислот преобладают фульвокислоты, содержание которых увеличивается вниз по профилю. Тип гумуса гуматно-фульватный.

В развивающихся техногенных катенах на элементарных ландшафтах дифференциация по физическим, физико-химическим и химическим свойствам выявлена в корнеобитаемом (0–20 см) слое. Переходные горизонты трудноопределяемые при морфологическом исследовании. Это объяснятся с одной стороны слабым развитием процессов, а с другой – высоким содержанием углистых частиц в породах, слагающих отвалы. Кривая распределения общего органического углерода по профилю имеет вогнутый характер с резким падением с глубиной (аккумулятивный тип распределения). В результате исследований установлено, что наиболее заметные педогенные преобразования исходной толщи пород наблюдаются в почвах, развивающихся на элементарных трансаккумулятивных ландшафтах.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Агрохимические методы исследования почв. – М.: Изд-во Наука, 1975. – 656 с.
2. Андроханов В. А. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка / В. А. Андроханов, В. М. Курачев // Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т почвоведения и агрохимии. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. – 224 с.
3. Двуреченский В. Г. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов Новокузнецкого промышленного комплекса / В. Г. Двуреченский, В. А. Андроханов // «Живые и биокосные системы». – 2017. – № 20; URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-20/article-3
4. Двуреченский В. Г. Сравнительная характеристика фракционного и группового состава гумуса в эмбриоземах техногенных ландшафтов горно-таежного пояса Кузбасса / В. Г. Двуреченский, В. П. Середина // Сибирский экологический журнал. – 2015. –Т. 22. – № 6. – С. 952-965.
5. Полохин О. В. Сингенетичность почв и растительности техногенных ландшафтов юга Приморья / О. В. Полохин, Л. Н. Пуртова, Л. А. Сибирина и др. // Естественные и технические науки. – 2010. – №5. – С. 164-166.
6. Полохин О. В. Специфика преобразования минеральных форм фосфатов при почвообразовании в техногенных ландшафтах / О. В. Полохин // Сибирский экологический журнал. – 2007. – № 5. – С. 843-847.
7. Практикум по почвоведению / Под ред. И.С. Кауричева. – М.: Колос, 1980. – 272 с.
8. Розанов Б. Г. Генетическая морфология почв / Б. Г. Розанов. – М., Изд-во МГУ, 1975. – 284 с.
9. Соколов Д. А. Морфогенетическая диагностика процессов почвообразования на отвалах каменноугольных разрезов Сибири / Д. А. Соколов, В. А. Андроханов, С. П. Кулижский и др. // Почвоведение. – 2015. – № 1. – С. 106-117.
10. Polokhin O. V. Trace elements in the soils of the man-made landscapes in Primorsky Territory / O. V. Polokhin // Международный научно-исследовательский журнал. – 2016. – № 2-3 (44). – С. 36-38.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Agrochemical methods of soil research. – M .: Publishing House Science, 1975. – 656 p. [in Russian]
2. Androkhanov V. A. Soil-ecological state of technogenic landscapes: dynamics and assessment / V. A. Androkhanov, V. M. Kurachev // Ros. Acad. Sciences, Sib. Department, Institute of Soil Science and Agrochemistry. Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS, 2010. – 224 p. [in Russian]
3. Dvurechensky V. The soil-ecological state of technogenic landscapes of the Novokuznetsk industrial complex / V. G. Dvurechensky, V. A. Androkhanov // “Live and bio-kosy systems.” – 2017. – № 20; URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-20/article-3 [in Russian]
4. Dvurechensky V. G. Comparative characteristics of the fractional and group composition of humus in the embryozem of technogenic landscapes of the mountain taiga belt of the Kuzbass / V. G. Dvurechensky, V. P. Mid // Siberian Journal of Ecology. – 2015. –V. 22. – № 6. – P. 952-965. [in Russian]
5. Polokhin O. V Syngenetic character of soils and vegetation of technogenic landscapes in the south of Primorye / O. V. Polokhin, L. N. Purtova, L. A. Sibirin and others // Natural and technical sciences. – 2010. – №5. – P. 164-166. [in Russian]
6. Polokhin O. V Specificity of the conversion of mineral forms of phosphates during soil formation in technogenic landscapes / O. V. Polokhin // Siberian Journal of Ecology. – 2007. – № 5. – P. 843-847. [in Russian]
7. Practical work on soil science / Ed. I. S. Kauricheva. - M .: Kolos, 1980. - 272 p.
8. Rozanov B. G. Genetic soil morphology / B. G. Rozanov. – Moscow, Moscow State University Publishing House, 1975. – 284 p. [in Russian]
9. Sokolov D. A. Morphogenetic diagnosis of soil formation processes in dumps of coal mines in Siberia / D. А. Sokolov, V.A. Androkhanov, S.P. Kulizhsky, E.A. Domozhakova, S.V. Loiko S. // Soil science. – 2015. – № 1. – P. 106-117. [in Russian]
10. Polokhin O. V. Trace elements in the soils of man-made landscapes in Primorsky Territory / O. V. Polokhin // International Research Journal. – 2016. – № 2-3 (44). – P. 36-38.