Формирование почв на отвальных породах Реттиховского и Липовецкого угольных месторождений Приморья

Комачкова Ирина Владимировна; Пуртова Людмила Николаевна; Костенков Николай Максимович

УДК 631.48

ФОРМИРОВАНИЕ ПОЧВ НА ОТВАЛЬНЫХ ПОРОДАХ РЕТТИХОВСКОГО И ЛИПОВЕЦКОГО УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИМОРЬЯ

Биолого-почвенный институт ДВО РАН, г. Владивосток

Поступила в редакцию 05.05.2014

Исследованы почвы техногенных ландшафтов, формирующиеся на самозарастающих отвальных породах угольных месторождений Приморского края. В зависимости от развития растительности и особенностей рельефа отвалов, выявленных четыре типа эмбриоземов: инициальный, органо-аккумулятивный, дерновый и гумусово-аккумулятивный. Наиболее благоприятные условия для развития растительности и гумусообразования складываются на пологих склонах отвалов и плоских вершинах. На склонах отвалов с крутизной 10-15° эмбриоземы долгое время могут пребывать на инициальной стадии. Приведены рекомендации по рекультивации отвалов.

Ключевые слова: эмбриозем, отвал, гумус, рекультивация

Процесс освоения минерального сырья на юге Дальнего Востока способствует возникновению техногенных, в частности, карьерно-отвальных ландшафтов, занимающих обширные площади. Эта проблема остро касается Приморского края, где общий объем вскрышных пород только от ежегодной угледобычи составляет около 80 тыс. тонн. В крае зарегистрировано 63 отвала вскрышных и вмещающих пород, 17 хво-стохранилищ, 7 крупных золоотвалов, общей площадью более 7 тыс. га [4]. Поэтому проблема рекультивации промышленных отвалов, то есть устранение их вредоносного воздействия и возвращение землям, занятым отвалами, утраченной биологической продуктивности приобретает важное народно-хозяйственное и социальное значение. При технико-экономическом обосновании проведения рекультивационных работ необходимо учитывать специфику почвообразовательных процессов на отвальных породах, что можно использовать для ускорения формирования почвенного покрова. В связи с этим, исследование закономерностей формирования почв в условиях техногенных ландшафтов приобретает большую значимость и актуальность.

Комачкова Ирина Владимировна, кандидат биологических наук, научный сотрудник сектора органического вещества почв. E-mail: komachkova@mail.ru Пуртова Людмила Николаевна, доктор биологических наук, заведующая сектором органического вещества почв. E-mail: purtova@ibss.dvo.ru

Костенков Николай Максимович, доктор биологических наук, профессор, заведующий сектором почвоведения и экологии почв. E-mail: kostenkov@ibss.dvo.ru

Цель работы: исследование особенностей формирования почвенного покрова на отвальных породах Липовецкого и Реттиховского угольных месторождений.

Объекты и методы. Объект исследований - почвы и растительность, формирующиеся на отвальных породах.

Липовецкое месторождение каменного угля расположено в 50 км от г._Уссурийска, в Октябрьском районе Приморского края, в 4-6 км к юго-востоку от поселка Липовцы. Реттиховское месторождение находится в Черниговском районе Приморского края к северу от поселка Ретт-иховка. Породы, слагающие отвалы, представлены рыхлыми покровными отложениями преимущественно суглинистого и глинистого состава с примесью скелетной фракции (до 10 мм) 510%. Изученные отвалы имели возраст 30-45 лет.

Определение содержания гумуса проводили мокрым сжиганием по методу Тюрину, рН водной суспензии определяли потенциометриче-ски, в соотношении почва: раствор 1:2. Плотность почвы определяли объемно-весовым методом, влажность - путем высушивания почвенных проб при 105° до постоянной массы [1]. Запасы фитомассы и мортмассы определяли методом учетных площадок размером 1 м2 в 2-3-х кратной повторности по методике, разработанной Н.И. Базилевич, А.А. Титляновой с соавторами [2]. Статистическая обработка данных проведена в программе Microsoft Office Excel.

Результаты и обсуждение. Растительность на отвале Липовецкого месторождения, отсыпанного около 30 лет назад (Л-1),

разнотравно-вейниковая, проективное покрытие не превышает 40%. Видовой состав растительности на пробных площадках представлен в табл. 1. Общие запасы фитомассы составляют в среднем 510 г/м2. Разрез заложен на очень пологом склоне 1-2°. Поверхностный горизонт, мощностью 0-3 см имеет суглинистый состав, обильно пронизан корнями, образую дернину. Формирующиеся здесь почвы относятся к эмбриоземам дерновым. [3] Профиль имеет вид Аё (0-3 см) -АС (3-8 см) - Сх (8-27 см) - С2 (27-70 см). Содержание гумуса по всему профилю низкое и уменьшается с глубиной от 1,4% до 0,3%. Согласно данным рН водной суспензии, реакция среды варьирует от нейтральной в верхней и нижней частях профиля до слабокислой в средней части. Гидролитическая кислотность изменяется по профилю от 3,3 до 5,0 мг экв/100 г почвы. Плотность почвы по всему профилю оптимальная (0,9-1,2 г/см3). Естественная

влажность в поверхностном горизонте характеризуется как резко недостаточная (21,3%), в нижележащем горизонте возрастает до 32,1%. На глубине ниже 8 см влажность снижается до 28,1 и 24,3 %. Капиллярная и наименьшая влагоем-кость почв высокая по всему профилю и увеличивается с глубиной. Полная влагоемкость выше средней (50-60 %) во всем профиле почв.

На выположенной вершине отвала, отсыпанного около 40 лет назад (Л-2), под разнотрав-но-вейниковой растительностью с присутствием тополя, леспедецы и березы, сформировался гу-мусово-аккумулятивный эмбриозем. Профиль имеет вид А0 (0-1 см) - А (1-6 см) - АС (6-11 см) - С1 (11-35 см) - С2 (35-80 см). Исследованный участок отвала имеет холмисто-ямистый рельеф. Проективное покрытие растительности здесь достигает 90 %. Общие запасы растительного органического вещества составляют 250 г/м2.

Отвал Растительность

Л-1 полынь красноножковая Artemisia rubripes Nakai

полынь маньчжурская Artemisia mandshurica (Kom.) Kom.

вейник Лангсдорфа Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin.

бодяк Власова Cirsium vlassovianum Fisch.

полевичка шероховатая Agrostis scabra Willd.

зюзник блестящий Lycopus lucidus Turcz. Ex Benth.

василистник амурский Thalictrum amurense Maxim.

вика амурская Vicia amurensis Oett.

чихотник альпийский Ptarmica alpine (L.)DC

Л-2 полынь Арги Artemisia Argyi Levl et Vaniot

вейник наземный Calamagrostis epigeios (L.) Roth.

тополь дрожащий Populus tremula L.

леспедеца двуцветная Lespedeza bicolor Turcz.

шиповник даурский Rosa davurica Pall.

Р-3 полевичка шероховатая Agrostis scabra Willd.

горчак японский Picris japonica Thunb.

ястребинка зонтичная Hieracium umbellatum L.

золотарник тихоокеанский Solidago pacifica Juz.

Р-4 тростник японский Phragmites japonicus Steud.

полевичка шероховатая Agrostis scabra Willd.

бодяк щетинистый Cirsium setosum (Willd.)Bieb.

полынь побегоносная Artemisia stolonifera (Maxim.) Kom.

кульбаба осенняя Leontodon autumnalis L.

ястребиночка обильноцве-тущая Pilosella floribunda (Wimm. et Grab.) Fries

ежовник обыкновенный Echinochloa crusgalli (L.) Beauv

Р-6 ястребинка зонтичная Hieracium umbellatum L.

ястребиночка обильноцве-тущая Pilosella floribunda (Wimm. et Grab.) Fries

хвощ полевой Equisetum arvense L.

чихотник альпийский Ptarmica alpine (L.)DC

спорыш птичий Polygonum aviculare L.

осока грязная Carex sordida Heurck et Muell. Arg.

Таблица 1. Видовой состав растительности на исследованных участках отвалов Липовецкого и Реттиховского месторождений

В горизонте А зафиксировано наибольшее содержание гумуса (3,9%) и наиболее высокие показатели рНвод. (6,21). Вниз по профилю содержание гумуса постепенно уменьшается (3,21,6-0,8%). Показатели рНвод. снижаются до 5,0 в горизонте С3 (35-80 см). Гидролитическая кислотность в поверхностном горизонте составляет 4,0 мг экв/100 г почвы и возрастает до 7,8 в нижележащих горизонтах профиля. Почва характеризуется как рыхлая в поверхностном горизонте, ниже по профилю отмечается оптимальная плотность. Естественная влажность почвы в 2 раза ниже, чем в дерновом эмбриоземе и характеризуется как резко недостаточная по всему профилю. Капиллярная и наименьшая влагоем-кость почвы достигает высоких значений по всему профилю (> 24%). Полная влагоемкость высокая в поверхностном горизонте (> 60%), вниз по профилю отмечается ее снижение до 59,3-44,2%.

На отвалах Реттиховского месторождения в зависимости от особенностей рельефа и развития растительности формируются различные типы эмбриоземов. Так, на отвале, отсыпанном 30 лет назад (Р-4), на сильно эродированных склоновых поверхностях (10-15°) с разреженным растительным покровом эмбриоземы находятся в инициальной стадии. Выбранный для исследования участок имеет эродированную поверхность с линейными струйчатыми канавами. Запасы фитомассы не превышают 60 г/м2. Формирование каких-либо органогенных горизонтов в данном случае не наблюдается. Содержание гумуса в поверхностном 10-см слое очень низкое -0,3-0,5%. Согласно рНвод., реакция среды в поверхностных горизонтах слабокислая, в нижележащих - нейтральная. Гидролитическая кислотность низкая по всему профилю (2,3-2,5 мг экв/100 г почвы). Для эмбриоземов характерна высокая капиллярная влагоемкость (33,4%) и средняя полная влагоемкость (40,7%). Эмбри-оземы имеют оптимальную плотность почвы в поверхностном горизонте (1,1 г/см3) и характеризуются резко недостаточной естественной влажностью.

Поверхность другого отвала (Р-3), ориентировочно того же времени отсыпки (30 лет назад) так же сильно эродирована, промоины 4050 см (иногда до 1 метра). Однако, судя по растительности (посадки сосны, березы) на этом отвале ранее проводились рекультивационные работы. Не смотря на это, попытка рекультивации отвальных пород оказалась не эффективной в силу того, что не был выполнен первый этап горнотехнической рекультивации, включающий планировку поверхности. Тем не менее растительный покров на этом отвале более развит, проективное покрытие на некоторых участках достигает 80-90%. Запасы растительного

органического вещества составляют 480 г/м2. Разрез заложен на северном склоне (10°) под зарослями тростника, в окружении посадок березы. Выбранный участок без сильных промоин, имеет слегка ямисто-холмистый рельеф. На поверхности отмечается маломощная подстилка. Формирующиеся здесь эмбриоземы относятся к органо-аккумулятивным, для которых характерно наличие подстилки без формирования четко выраженного гумусового горизонта. Профиль имеет вид А0 (0-1 см) - АС1 (0-3см) - С1(3-8 см) - С2 (8-35 см) - С3 (35-80 см). Содержание гумуса в поверхностном горизонте составляет 2,4%. В нижней части профиля содержание гумуса несколько выше (до 2,6-2,8 %). Реакция среды по всему профилю - кислая. Гидролитическая кислотность высокая и возрастает с глубиной с 7,5 до 9,4 мг экв/100 г почвы. Формирующиеся здесь почвы слабо уплотнены (1,2-1,4 г/см3). Естественная влажность резко недостаточная в верхнем 10-см слое (< 30%), вниз по профилю влажность несколько возрастает и характеризуется как недостаточная. Для поверхностного 10 см слоя характерна капиллярная и наименьшая влагоемкость выше средних значений (до 20-24%), ниже 10 см эти показатели характеризуются как высокие. Полная влагоем-кость близкая к средней (30-40%) по всему профилю.

На более «старом» отвале Реттиховского месторождения (Р-6), отсыпанного около 40-45 лет назад, для исследования выбран ровный участок, практически без уклона в самой верхней части отвала, для сравнения с Липовецким отвалом того же возраста. Проективное покрытие растительности на выбранном участке достигает 60 %. В составе растительности преобладают осока и хвощ полевой, из древесной растительности - тополь, сосна, береза. Общие запасы фитомассы составляют 360 г/м2. Содержание гумуса в поверхностном горизонте близко к таковому на отвале Липовецкого месторождения и составляет 3,6%. Вниз по профилю отмечается снижение содержания гумуса до 1,3%. По показателям рНвод. поверхностные горизонт А (0-2 см) характеризуется как слабокислый (рН 5,6), вниз по профилю значения рН уменьшаются, реакция среды - кислая. Гидролитическая кислотность в горизонтах А (0-2 см) и АС (2-9 см) достигает средних показателей (4,9-4,4 мг экв/100 г почвы), с глубиной отмечается ее увеличение до 5,8-6,4 мг экв/100 г почвы. Поверхностный горизонт характеризуется оптимальной плотностью почвы (1 г/см3), нижележащие слабо уплотнены. Естественная влажность резко недостаточная, и составляет в среднем 24,8% в поверхностном и 19,4% в самом нижнем горизонте. Капиллярная и наименьшая влагоемкость достигают высоких значений (> 24%) в поверхностном горизонте,

ниже - выше средних значений (20-24%). Полная влагоемкость - выше средних значений в верхней части профиля, до глубины 40 см -близка к средней и в самом нижнем горизонте (40-50см) - крайне низкая.

Выводы и рекомендации: сложившаяся естественная влажность практически на всех рассмотренных отвалах не превышает 30%. Такое содержание влаги считается резко недостаточным и во многом зависит от сезонных погодных особенностей. Отвальные породы представляют собой покровные отложения суглинистого и глинистого состава, которые обладают высокой полной влагоемкостью. Наибольшие значения полной влагоемкости характерны для поверхностных горизонтов. Капиллярная и наименьшая влагоемкость во всех рассмотренных эмбриоземах так же достигают высоких значений. Все это указывает на хорошую водо-удерживающую способность отвальных пород, слагающих отвалы. Оптимальные значения плотности почв свидетельствуют о благоприятном водном, тепловом и воздушном режиме почв, при котором создаются наиболее благоприятные условия для корневых систем. Из-за низкого содержанию гумуса, подвижных форм фосфора и калия (содержание фосфора не превышает 1 мг/100 г почвы, калия - 4 мг/100 г почвы), создается резкая недостаточность питательных элементов, что может служить сдерживающим фактором при формировании растительного покрова на отвалах.

Таким образом, судя по изменениям физико-химических показателей почв и направленности процессов гумусообразования, наиболее благоприятные условия для развития растительности складываются на пологих склонах отвалов и их выположенных вершинах, где формируются дерновые и гумусово-аккумуля-тивные эмбриоземы. На склонах отвалов,

имеющих уклон 10-15°, отмечаются сильные эрозионные процессы в виде промоин, размывов. Растительность здесь развита слабо и в таких условиях эмбриоземы долгое время могут пребывать на инициальной стадии. Все это указывает на необходимость проведения рекульти-вационных работ связанных, в первую очередь, с планировкой поверхности отвалов. На втором этапе рекультивации необходимо применение фитомелиоративных приемов с использованием посевов многолетних трав при одновременном внесении гумусосодержащей суспензии. Это ускорит формирование растительности и задернованного слоя на поверхности отвала и активизирует гумусообразовательный процесс. Посев трав в смеси с семенами березы и леспедецы будет способствовать последующему зарастанию травами и подростом древесных пород. При этом, наиболее успешно работы по биологической рекультивации будут проходить в том случае, если они аналогичны процессам естественного самозарастания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. 436 с.

2. Базилевич, Н.И. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах / Н.И. Базилевич, А.А. Титлянова, В.В. Смирнов и др. - М.: Наука, 1978. 183 с.

3. Гаджиев, И.М. Генетические и экологические аспекты исследования и классификации почв техногенных ландшафтов / И.М. Гаджиев, В.М. Курачев // Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1992. 305 с.

4. Закон Приморского края от 17.03.2005 № 230-КЗ о краевой целевой программе «отходы на 2005-2011 годы // http://pravo.levonevsky.org/bazazru /zakon1057/ index.htm.

SOILS FORMATION ON DUMP BREEDS OF RETTIKHOVSKIY AND LIPOVETSKIY COAL FIELDS IN PRIMOTYE

Biological and Soils Institute FEB RAS, Vladivostok

The soils of technogenic landscapes which are forming on self-growing dump breeds of coal fields in Primorsky Krai are investigated. Depending on development of vegetation and features of dumps relief, there was revealed four types of embryosoils: initial, organo-accumulative, cespitose and humic-accumulative. Optimum conditions for development the vegetation and humus formation are develop on gentle slopes of dumps and flat tops. On slopes of dumps with the steepness 10-15° embryosoils for a long time can stay at initial stage. Recommendations about dumps recultivation are provided.

Key words: embryosoils, dump, humus, recultivation

Irina Komachkova, Candidate of Biology, Research Fellow at the Organic Substance of Soils Sector. E-mail: komach-kova@mail.ru; Lyudmila Purtova, Doctor of Biology, Chief of the Organic Substance of Soils. E-mail: pur-tova@ibss.dvo.ru; Nikolay Kostenkov, Doctor of Biology, Professor, Chief of the Soil Sciences and Soils Ecology Sector. E-mail: kostenkov@ibss.dvo.ru

SOILS FORMATION ON DUMP BREEDS OF RETTIKHOVSKIY AND LIPOVETSKIY COAL FIELDS IN PRIMOTYE

Текст научной работы на тему «Формирование почв на отвальных породах Реттиховского и Липовецкого угольных месторождений Приморья»