CC BY
9
УДК 631.481
DOI: 10.24412/1728-323X-2023-2-58-62
ИНИЦИАЛЬНОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ В ПОСТТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ СЕВЕРНОЙ ЯКУТИИ
А. А. Петров, к. б. н., с. н. с. НИИ прикладной экологии Севера им. проф. Д. Д. Саввинова СВФУ, [email protected], г. Якутск, Россия,
С. И. Миронова, д. б. н, профессор, г. н. с. НИИ прикладной экологии Севера имени профессора Д. Д. Саввинова СВФУ, [email protected], г. Якутск, Россия
Аннотация. В статье приведены данные о почвообразовании на отвалах вскрышных пород разработки россыпных месторождений алмазов, олова и коренных месторождений алмазов, которые располагаются в различных провинциях тундрово-лесной и северо-таежной почвенно-расти-тельных подзон. Согласно профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов выделено 3 класса и 9 типов молодых почв. Произведен статистический анализ пределов колебаний основных физико-химических показателей молодых почв техногенных ландшафтов и зональных почв. Выполнен корреляционный анализ основных физико-химических показателей. Выделены «Инициальная», «Органо-аккумулятив-ная» и «Дерновая» стадии эволюционного развития молодых почв посттехногенных ландшафтов.
Abstract. The article presents the data on soil formation on the overburden dumps of the development of placer deposits of diamonds, tin and indigenous diamond deposits, which are located in various provinces of the tundra-forest and the north taiga soil-vegetation subzones. According to the profile-genetic classification of soils of technogenic landscapes, 3 classes and 9 types of the young soils were identified. A statistical analysis of the limits of fluctuations of the main physical and chemical parameters of the young soils of technogenic landscapes and zonal soils was carried out. The correlation analysis of the main physical and chemical indicators is carried out. The "Initial", "Organo-accumulative" and "Turf" stages of the evolutionary development of the young soils of post-technological landscapes are distinguished.
Ключевые слова: восстановление почв, почвообразование, посттехногенный ландшафт, Арктика, Субарктика, Якутия.
Keywords: soil restoration, soil formation, post-technogenic landscape, the Arctic zone, the Subarctic zone, Yakutia.
Введение. В настоящее время прослеживается четкая тенденция роста техногенных земель, и отсюда очевидна необходимость их восстановления и введение их в хозяйственный оборот. Самовосстановление техногенно нарушенных ландшафтов на Севере протекает крайне медленными темпами, а практически любое воздействие техники отражается на функционировании естественных экосистем. В этой связи актуальной становится ускорение процесса восстановления окружающей среды.
Объект исследований. Исследованы молодые почвы и грунты, сформированные на техногенно нарушенных территориях Арктической и Субарктической части Якутии. Исследованиями охвачены отвалы вскрышных пород россыпных месторождений алмазов и олова в лесотундровой равнинной провинции тундрово-лесной почвен-но-растительной подзоны и в верхоянской гор-но-гольцово-тундрово-таежной провинции северно-таежной почвенно-растительной подзоны. Высота отвалов достигает до 15—20 м, уклон склонов составляет 20—30°. Эти отвалы сформированы из потенциально плодородных пород, которые представляют собой смесь мелкозема и гравия, извлеченные с пойм рек и ручьев. Также были исследованы отвалы вскрышных пород разработки коренных месторождений алмазов, которые расположены в вилюйско-оленкеской таежной провинции северно-таежной почвенно-
растительной подзоны и представляют собой аккумулятивные формы неорельефа, имеющие трапециевидные формы. Эти отвалы относятся к платообразным террасированным очень высоким отвалам, где высота достигает до 70 м, уклон составляет до 45°. Тело отвалов сложена доломитами, известняками, доломитовыми мергелями, алевролитами, доломитами и известняками. На отвалах карьера «Удачный» частично были сформированы техноземы.
Методы исследований. При проведении почвенных исследований нами был использован комплекс общих стандартных методов [1, 2] изучения географического распространения почв. При маршрутных исследованиях использовался сравнительно-географический м етод [3]. Физико-химические свойства почв определены в лаборатории физико-химических методов анализа НИИ прикладной экологии Севера им. проф. Д. Д. Сав-винова СВФУ. Статистическая обработка данных произведена с помощью программного обеспечения Б^йвйса 16. В данной работе придерживались профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов [5], так как разделяем подходы к пониманию сущности почвообразования в техногенных ландшафтах.
Согласно классификации почв техногенных ландшафтов [4—6], основу структуры почвенного покрова изученных отвалов вскрышных пород Северной Якутии составляют представители трех
классов: биогенно-неразвитые почвы, литогенно-неразвитые почвы, техноземы трансформируемые (табл. 1). Эти классы подразделяются на девять типов.
Представители класса биогенно-неразвитых почв формируются в основном на отвалах вскрышных пород разработки россыпных месторождений, где исходные грунты извлекаются из русел рек и ручьев.
Тип: Эмбриоземы инициальные (ЭмИ) представляют собой первую стадию развития класса биогенно-неразвитых почв. Их важнейший морфологический признак — полное отсутствие биогенного горизонта. Неразвитость профиля эмб-риоземов инициальных обусловлена недостаточной интенсивностью педогенной трансформации субстрата вследствие отсутствия либо слабого развития на его поверхности устойчиво функционирующих биоценозов.
Эмбриоземы органо-аккумулятивные (ЭмОА) представляют собой следующую стадию эволюционного развития эмбриоземов. Почвенный профиль по-прежнему не дифференцирован, но на поверхности накапливается слой неразложив-шейся подстилки, являющийся типодиагности-ческим признаком. Разложение и гумификация растительных остатков в органо-аккумулятивном горизонте лимитируются недостаточным количеством организмов-деструкторов.
Эмбриоземы дерновые (ЭмД) представляют собой следующую стадию эволюционного развития эмбриоземов. В почвенном профиле выделяют
Таблица 1 Систематический список молодых почв отвалов вскрышных пород Северной Якутии, согласно классификации почв техногенных ландшафтов [2]
дерновый горизонт, который является типодиаг-ностическим признаком. Такие молодые почвы формируются под разнотравными растительными сообществами и зафиксированы только на старых 10-летних отвалах вскрышных пород Ана-барского ключевого участка и занимают небольшие локальные участки на вершинах и пологих склонах отвалов.
В условиях крио-аридного климата на гид-роморфных участках техногенных ландшафтов могут развиваться эмбриоземы перегнойно-торфя-нистые (ЭмП). У них в почвенном профиле выделяется перегнойно-торфянистый горизонт, который является типодиагностическим признаком. Такие почвы формируются как под моховыми и травянистыми растительными сообществами с лиственницей и ивой.
Разработка коренных месторождений алмазов открытым способом карьеров «Айхал» и «Удачный» привели к образованию крупно-карьерно-отвальных комплексов. Отвалы вскрышных пород сложены массивно-кристаллическими горными породами, которые слабо подвергаются выветриванию в условиях гипергенеза.
Класс: Литогенно-неразвитые почвы представляют собой примитивные почвы, характеризующиеся развитием процессов, направленных на подготовку субстрата к почвообразованию, главным образом, разрыхлению плотных пород.
Тип: Элювиоземы инициальные (ЭлИ) формируются на плотных или грубообломочных массивно-кристаллических или в различной степе -ни метаморфизированных осадочных породах, с незначительным содержанием мелкозема и фракций физической глины. В морфологическом строении профиль элювиоземов инициальных представлен только горизонтом Д. Фитоценоз практически отсутствует, встречаются единичные экземпляры рудеральных видов растений.
Тип: Элювиоземы органо-аккумулятивные (ЭлОА) это следующая стадия развития класса литогенно-неразвитых почв. Встречается в небольших, локальных участках на отрицательных элементах мезорельефа.
Морфологическое строение представлен горизонтом Д и не дифференцируется на слои, но на поверхности выделяется органо-аккумуля-тивный горизонт, который представлен опадом травянистых растений и листьями кустарников. Разложение растительных остатков лимитируется недостаточной развитостью организмов-деструкторов [7] и незначительным содержанием мелкозема.
Тип: Элювиоземы мохопокрытые (ЭлМ) тоже является представителями второй стадии развития класса литогенно-неразвитых почв. Их ареал
Ствол Класс Тип
Эмбриоземы инициальные
Биогенно- Эмбриоземы органо-аккумуля-тивные
неразвитые Эмбриоземы дерновые Эмбриоземы перегнойно-торфя-нистые
Постли- Элювиоземы инициальные
то генные Литогенно-неразвитые Элювиоземы органо-аккумуля-тивные Элювиоземы мохопокрытые
Техноземы трансформируемые Техноземы недифференцированные инициальные Техноземы недифференцированные органо-аккумулятивные
распространения небольшой, описаны на западинах между ярусами отвалов, где установились более гидроморфные условия.
В морфологическом строении появляется органогенный горизонт, который представлен сла-боразложившейся мхом. Растительность представлен мхами и кустарниками.
Самовосстановление почвенного покрова на отвалах разработки коренных месторождений алмазов из-за малого содержания мелкозема и
высокой каменистости развивается крайне медленными темпами эти типы распространены в незначительных площадях. На отвалах карьера «Удачный» в целях ускорения зарастания растительностью отвалов были сформированы техно-земы.
Класс: Техноземы трансформируемые.
Почвы данного класса сформированы техно -логическими приемами рекультивации, на тело отвалов был нанесен слой песчаного и супес-
90
! 40
cS
-10.
10 9
8
К 7 а
: ® н ■И
- Н
- 0 - Й
ЭмОАЭмП ЭмД ЭлИЭлОАЭлМ ТИ ТОА ЗП
Типы
ЕЕ
* 0
$
ш
ЭмИЭмОАЭмПЭмДЭлИЭлОАЭлМ ТИ ТОА ЗП Типы
ЭмИЭмОАЭмПЭмДЭлИЭлОАЭлМ ТИ ТОА Типы
60 ^ 50
§40
g 30
о н о
5 20
К
о
м ¡210
0
12 10
8
^ 6 £
4
ЭмОАЭмП ЭмД
ЭлИЭлОАЭлМ Типы
ТИ ТОА ЗП
ЭмИЭмОАЭмПЭмД
ЭлИЭлОАЭлМ ТИ ТОА Типы
Spreadsheet2 7v*65c Median □ 25 %—75 % I Non-Outlier Range e Outliers — Extremes
Рис. 1. Пределы колебаний основных физико-химических показателей молодых почв и грунтов отвалов вскрышных пород
чаного грунта. Органогенный горизонт не был сформирован и грунты оставлены под самозарастание. Поэтому мы рассматриваем данные техно-земы как саморазвивающейся системы под воздействием естественных почвообразовательных факторов, а техногенность считаем начальной спецификой.
Тип: Техноземы недифференцированные инициальные (ТИ). Имплантируемые грунты подвергаются к трансформации после нанесения их на тело отвалов, устанавливается связи с материнской породой, в нашем случае с техногенным делювием из грубообломочного массивно-кристаллического грунта с незначительным содержанием мелкозема. Растительность представлена единичными экземплярами рудеральных видов растений.
Тип: Техноземы недифференцированные органо-аккумулятивные (ТОА) представляют собой следующую стадию эволюционного развития тех-ноземов. Почвенный профиль по-прежнему не дифференцирован, но на поверхности накапливается слой неразложившейся подстилки. Такие почвы формируются как под травянистыми, так и под кустарниковыми растительными сообществами.
Статистический анализ пределов колебаний основных физико-химических показателей молодых почв показал, что между таксонами отмечаются отличия показателей по каменистости (мелкозему) (рис. 1), физической глине, органическому углероду и общему азоту. Пределы колебаний каменистости (мелкозема) между таксонами не перекрываются, что позволяет использовать эти показатели для диагностики таксонов и можно сказать, что на начальных этапах развития молодых почв определяющую роль играет механический состав исходных грунтов.
Высокую корреляционную связь имеют следующие показатели (табл. 2): типы — каменистость (— 1), Сорг — Кобщ (0,9), физическая глина —
Кобщ (0,8), физическая глина — и Сорг (0,7). Для выделения типов молодых почв и грунтов посттехногенных ландшафтов Северной Якутии высокую корреляционную связь имеют каменистость (мелкозем), общий азот, органический углерод и реакция среды. Эти же показатели оказывают наибольшее влияние на развитие молодых почв.
На отвалах вскрышных пород Северной Якутии выделены следующие стадии эволюционного развития молодых почв: «Инициальная» — преобладают процессы, которые формируют слой грунтов пригодного для заселения растительностью; «Органо-аккумулятивная» — начало процесса накопления растительных остатков на поверхности и корневой системы в верхних слоях молодых почв. Разложение растительных остатков и лимитируется недостаточной развитостью организмов-деструкторов. Формируются разнотравные, кустарниковые и древесные растительные сообщества. В условиях крио-аридного климата на гидроморфных участках может сформироваться моховый покров; «Дернообразования» — начинается процесс разложения растительных остатков и формирование дернового или перегнойного генетического горизонта. Формируются разнотравные, кустарниковые и древесные растительные сообщества.
Стадия «дернообразования» выделена только у представителей класса биогенно-неразвитых почв на отвалах разработки россыпного место -рождения алмазов. Процесс почвообразования на отвалах разработки открытым способом коренных месторождений алмазов достигает лишь до стадии накопления органики на небольших участках. Восстановление таких отвалов возможно только с формированием техноземов.
Таким образом, грунты отвалов вскрышных пород, сформированные при разработке коренных месторождений полезных ископаемых, из-за
Таблица 2
Корреляционная матрица основных физико-химических показателей молодых почв и грунтов
отвалов вскрышных пород
Типы Физ. глина, % pH ^рг, % ^бщ, % СТС Каменистость (>3 мм), %
Типы 1
Физ. глина, % -0,4 1
рН 0,5 0,6 1
С % 0,5 -0,7 -0,2 1
^общ, % 0,6 -0,8 -0,3 0,9 1
СТС -0,3 0,6 0,3 -0,3 -0,4 1
Каменистость (>3 мм), % -1,0 0,4 -0,4 -0,6 -0,6 0,3 1
малого содержания мелкозема и илистых фракций в суровых условиях Северной Якутии восстанавливаются крайне медленными темпами. В целях ускорения самозарастания этих отвалов сформированы техноземы, но материал для формирования этих техноземов из-за короткого про-
Библиографический список
филя зональных почв и геологических особенностей находится в остром дефиците. Исходя из этого, нужно разработать эффективные технологии восстановления техногенно-нарушенных территорий с применением альтернативных материалов.
1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. — М.: Изд-во МГУ, 1970.
2. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. С. Методы исследования физических свойств почв. — М.: Агропромиздат, 1986.
3. Почвенная съемка. — М.: МГУ, 1987. — 269 с.
4. 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. — С. 6—15.
5. Курачев В. М. Классификация почв техногенных ландшафтов / Курачев В. М., Андроханов В. А. // Сибирский экологический журнал. — 2002. — № 3.
6. Андроханов В. А. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция / В. А. Андроханов, Е. Д. Куляпина,
B. М. Курачев. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. — 205 с.
7. Данилова А. А., Саввинов Г. Н., Петров А. А., Данилов П. П. Биологическая характеристика почвогрунтов многолетних отвалов алмазодобывающей промышленности Якутии // Сибирский экологический журнал. — 2012. — № 5. —
C. 749—756.
INITIAL SOIL FORMATION IN POST-TECHNOGENIC LANDSCAPES OF NORTHERN YAKUTIA
A. A. Petrov, Ph. D. in Biology, Senior Researcher of the Research Institute of Applied Ecology of the NEFU, [email protected], S. I. Mironova, Ph. D. (Biology), Dr. Habil., Professor, Chief Researcher, Research Institute of Applied Ecology of the North, North-Eastern Federal University, [email protected]
References
1. Arinushkina E. V. Rukovodstvo po himicheskomu analizu pochv [Guide to chemical analysis of soils]. Moscow, Izd-vo MGU. 1970 [in Russian].
2. Vadyunina A. F., Korchagina Z. S. Metody issledovaniya fizicheskih svojstv pochv [Methods of research of physical properties of soils]. Moscow, Agropromizdat. 1986 [in Russian].
3. Pochvennaya s'emka [Soil survey]. Moscow, MGU. 1987. 269 p. [in Russian].
4. Gadzhiev I. M., Kurachev V. M. Geneticheskie i ekologicheskie aspekty issledovaniya i klassifikacii pochv tehnogennyh land-shaftov [Genetic and ecological aspects of research and classification of soils of technogenic landscapes] Ekologiya i rekulti-vaciya tehnogennyh landshaftov [Ecology and Reclamation of Technogenic Landscapes]. Novosibirsk, Nauka, Sib. otd-nie. 1992. P. 6—15 [in Russian].
5. Kurachev V. M., Androkhanov V. A. Klassifikaciya pochv tehnogennyh landshaftov [Classification of soils of technogenic landscapes] Sibirskij ekologicheskij zhurnal [Siberian Ecological Journal]. 2002. No. 3. P. 255—261 [in Russian].
6. Androkhanov V. A., Kulyapina E. D., Kurachev V. M. Pochvy tehnogennyh landshaftov: genezis i evolyuciya [Soils of technogenic landscapes: Genesis and evolution]. Novosibirsk, Izd-vo SO RAN. 2004. 205 p. [in Russian].
7. Danilova A. A., Savvinov G. N., Petrov A. A., Danilov P. P. Biologicheskaya harakteristika pochvogruntov mnogoletnih otval-ov almazodobyvayushchej promyshlennosti Yakuti [Biological characteristics of soils of the perennial dumps of the diamond mining industry in Yakutia]. Sibirskij ekologicheskij zhurnal [Siberian Ecological Journal]. 2012. No. 5. P. 749—756 [In Russian].
