CC BY
42
УДК 631.48 : 631.445.8
Вестник СПбГУ. Сер. 3, 2003, вып. 3 (К« 19)
Е. В. Абакумов, Э. И. Гагарина
НАЧАЛЬНЫЕ СТАДИИ ПОЧВОВОССТАНОВЛЕНИЯ НА ОТВАЛАХ ОТСЕВА ДРОБЛЕНИЯ ГРАНИТОВ В РАЙОНЕ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ПОС. КУЗНЕЧНОЕ (ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ)*
Введение. На Северо-Западе Европейской территории России Ленинградскую область характеризует наибольшая нарушенность земель в результате разработок твердых полезных ископаемых, площадь которых по различным оценкам составляет 0,1— 0,5%. К 1993 г. было рекультивировано только 3,8% всех бедлендов [5], в течение последнего десятилетия темпы рекультивационных работ постепенно снижаются.
Функционирование горнодобывающих комплексов обычно приводит к формированию карьерно-отвальных со сложным техногенным рельефом, множеством отвалов, сложенных как вскрышными породами, так и отходами производства. Среди огромного разнообразия техногенных ландшафтов карьерно-отвальные комплексы, образовавшиеся в процессе добычи скальных пород (гранитов, гранито-гнейсов), являются одними из наиболее сложных объектов реабилитации [3]. Такие карьеры встречаются в пределах Балтийского кристаллического щита (Карельский перешеек, пос. Кузнечное, г. Каменногорск). Начало разработок гранитов рапакиви и других кристаллических пород приурочено к концу XVIII — началу^ХГХ в. Имеются сведения, что на территории Северного Приладожья камень добывали в XVII в. [5]. Во второй половине XX столетия разработка гранитов на территории Карельского перешейка резко интенсифицировалась. В настоящее время 17 карьеров по добыче кристаллических пород являются крупными, с площадью, превышающей ОД км2. Вокруг крупных карьеров по добыче кристаллических пород возникали дробильные производства, росли населенные пункты. Так, в результате разработки месторождения Каарлахти (Северо-Западное Приладожье) в середине 1950-х годов появился пос. Кузнечное (ранее — Ровное). В окрестностях поселка действуют три крупных гранитных карьера общей площадью около 2,5 км2. Разработка гранитов сопровождалась строительством дробильных производств. При дроблении образуются большие объемы некондиционного сырья, составляющие несколько десятков процентов от начальной массы гранита —отсевы, по лито-логическому составу напоминающие крупнозернистый мелкощебнистый песок. Отсевы при этом складируются во внутренней части карьеров и на прилегающих территориях. Как указывает Г. А. Исаченко [5], за счет карьеров и отвалов отсева в период с 1953 по 1988 г. площадь основных типов естественных ландшафтов в окрестностях пос. Кузнечного снизилась на 10%. Так, складирование отсева в отвалы постепенно привело к полному "уничтожению оз. Ровенское (Кейхолампи). На территории карьерно-отвального комплекса преобладают выровненные отвалы отсева, представляющие собой обширные зарастающие пространства. Сам отсев состоит из частиц разного размера, максимальный размер — до 10 мм, отличается рыхлым сложением, высокой водопроницаемостью, а отвалы ровной поверхностью. Изредка на поверхности отвалов встречаются глыбы гранита, долетающие при взрывах с территории действующих разработок. Часть отва-
* Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (проект №03-04-48297) и ИН-ТАС (проект №2001-0512)
© Е. В. Абакумов, Э. И. Гагарина, 2003
лов при этом не выровнена и формирует серию техногенных повышений (высотой 5-8 м), материал которых подвергается размыву и развеванию ветром. Подобные участки не зарастают и являются источником эолового загрязнения близлежащих территорий. По нашим данным, величина эоловых выбросов составляет до 60 г/м2 в год.
Карьеры по разработке кристаллических пород — наиболее трудные объекты дяя биологической рекультивации. Это связано с особенностями рельефа (преобладание крутых и отвесных склонов) и свойствами кристаллических пород, которые препятствуют освоению их растительностью.
Зарастание скальных днищ, бортов и террас карьеров происходит очень медленно: редкие .березы и пятна мхов и лишайников, единичные травянистые растения поселяются в основном в межскальных трещинах, содержащих мелкозем и задерживающих небольшие количества влаги. Почвообразовательный процесс в таких местообитаниях не диагностируется ни морфологически, ни по химическим характеристикам межскального мелкозема. Эти ландшафты морфологически и функционально напоминают естественнее вершины ссльг, которые в течение сотен лет остаются покрытыми мохово-лишайниковой и редкой древесной растительностью. Поверхность отвалов отсева лучше поддается самозарастанию, чем скальные участки. При этом отмечается более высокая конвергенция отвалов с окружающими их природными ландшафтами.
Исследований по восстановлению почвенно-растительного покрова на отвалах отсева дробления гранитов — грунтов, не имеющих близких природных аналогов, к настоящему времени не известно. По химическому составу отвальные породы близки к элюво-делювию гранита — наиболее распространенной почвообразующей породе сель-говых ландшафтов.'Поэтому с известной степенью условности изучение хронорядов иочвовосстановления на отвалах отсева дополнят современные данные о эволюции почв на дериватах гранита, а именно о специфике элементарных процессов с малыми характерными временами. Результаты работы могут быть полезными для формирования концепции рационального природопользования и природовосстановления после деструктивных воздействий в условиях уникальных сельговых ландшафтов Северо-Западного Приладожья.
На территории карьерно-отвальных комплексов по добыче гранитов работы по биологической рекультивации не проводятся, поэтому восстановление растительности на отвалах происходит только в процессе самозарастания.
Цель настоящей работы — исследовать процессы восстановления почвенно-расти-тельного покрова в процессе самозарастания на территории разновозрастных отвалов отсева дробления гранито-гнейсов горнодобывающих предприятий в районе пос. Кузнечное.
В задачи исследования входило: 1) исследование временных закономерностей самозарастания отвалов карьеров, 2) изучение морфологических и микроморфологических, а также общих физико-химических и химических свойств молодых почв в хронорядах почвовосстановления, 3) определение основных параметров (содержание гумуса, его качественный состав и профильное распределение) гумусоаккумулятивного процесса как ведущего процесса начального почвообразования.
Материалы и методы. Объектами исследования являются участки самозарастания 3-, 5-, 8- и 35- летних отвалов отсева. Все исследованные регенерационные биогеоценозы расположены в западной части карьера в 1,5 км севернее от ст. Кузнечное и формируются на выровненных отвалах отсева с плоской поверхностью. Общие физико-химические и химические свойства, валовой состав почв определяли по традиционным методикам [2], качественный состав гумуса —по методу И.В.Тюрина с рекомендация-
ми В. В. Пономаревой и Т. А. Плотниковой [7], выделение фракций гуминовых веществ проводили последовательно из одной навески при паралельном определении фракции 1-а фульвокислот. Сопряженное определение органического углерода по окисляемости (Сох)? углерода по СОг (Ссо2) и общего азота проводили с помощью' оригинального метода [8, 9]. Гумииовые кислоты выделяли по традиционной схеме, а их элементный состав определяли на анализаторе Hewlet Packard 185.
Результаты и обсуждение. Самозарастание отвалов, морфология и микроморфология начального почвообразования. Зарастание карьеров происходит под функциональным контролем зрелых экосистем, окружающих техногенные ландшафты. Результатом этого является сходство видового состава растительности техногенных ландшафтов и прилегающих к карьеру биогеоценозов. На начальных стадиях зарастания техногенный ландшафт представляет собой своеобразный «биологический вакуум», в который устремляются потоки растительности из зрелых экосистем. При этом наиболее интенсивное восстановление экосистем наблюдается на тех участках отвалов, которые территориально более близки к естественным лесам.
Самозарастание выровненных отвалов начинается с поселения на них плотным покровом мха Racomitrium canescens, при полном отсутствии лишайников. К трехлетнему возрасту появляются редкие сосны высотой до 30 см. Дальнейшее развитие посттехногенной экосистемы сопровождается увеличением площади, занятой сосново-мелколиственным подростом. Площади, занятые сплошным покровом мха, резко снижаются на 8-летней стадии зарастания. Растительность 35-летнего отвала представлена сосново-мелколиственно-зеленомошным лесом, высота некоторых деревьев достигает 7 м. Подрост состоит из ели, рябин&, ольхи и ивы. Мохово-лишайниковый ярус представлен зелеными мхами и лишайниками.
В течение трех лет морфологически почвообразование выражено в потемнении верхнего трехсантиметрового слоя грунта за счет аккумуляции гумусовых веществ и его разрыхления. В дальнейшем постепенно увеличивается масса подстилки и ее мощность. В подстилке 8-летней почвы уже можно идентифицировать слои свежего оцада (L) и нижележащий микрогоризонт (толщиной несколько милиметров) раздробленных хвоинок и листьев (F). На 8-летней стадии возрастает общая мощность минеральных горизонтов почвенного профиля (с 6 до 19 см) и гумусового горизонта (с 3 до 4-5 см). В верхней 20-сантиметровой толще 35-летней почвы заметно резкое увеличение количества корней. Отличительной чертой этой стадии зарастания является формирование четко выраженной сплошной подстилки мощностью до 12 см. В ней четко выделяются слой опада (L), ферментации (F) и торфонакопления (Н) (табл. 1). Общая масса подстилки (косвенно отражающая интенсивность поступления опада) резко увеличи-
Таблица 1. Характеристика органогенных горизонтов (подстилки) исследованных почв
Возраст, лет
- 35
Показатель 3 V.5 8 Подгоризонты
L F H
Масса сухой подстилки, г/м2 180±5 200±5 244±13 480±10 480±20 400±10
Проективное покрытие мха, % 90 80 50 40
Общая мощность 0,5-0,6 0,7-1,0 1,0-1,5 2 4 -8
подстилки, см
вается. Под органогенным горизонтом находится гумусированный горизонт мощностью до 5-6 см с хорошо выраженной кремнеземистой присыпкой, что свидетельствует об инициации оподзоливания почвы. Присыпка встречается и в нижележащем горизонте, практически не содержащем органического вещества. Нижняя часть профиля 15-20 см приобретает светло-бурые тона и описана нами как горизонт ВС.
Таким образом, восстановление растительности — процесс, неразрывно связанный с развитием почвы, при этом инициация подзолистого процесса в верхней части профиля молодой почвы по времени совпадает с формированием лесной экосистемы.
Микроморфологические исследования молодых почв позволили выявить следующие закономерности развития почв во времени. Минеральная часть 3-, 8-летних почв не структурирована, представляет собой очень слабо измененные зерна кварца, полевых шпатов и обломки пород. Края некоторых зерен слабо корродированы. В гумусовом горизонте 35-летней почвы наблюдается интенсивная коррозия минеральных зерен, происходит усиленное разрушение кварца, образование пленок органического вещества на отдельных зернах. Максимальная степень корродированности минеральных зерен характерна для тех участков, где встречается кремнеземистая присыпка. На активную педогенную трансформацию минеральной части 35-летней почвы указывает факт увеличения спектра различных гранулометрических фракций, наблюдаемых в шлифе, а также почти полное отсутствие обломков пород. В горизонте ВС значительно возрастает количество зерен, покрытых пленками иллювиированного органического вещества. Приведенные факты свидетельствуют об инициации оподзоливания в 35-летней почве под развитым лесным сообществом.
С помощью микроморфологического метода обнаруживаются также некоторые закономерности трансформации органического вещества в разновозрастных почвах. Так, органическое вещество гумусового горизонта 8-летней почвы представлено растительными остатками, по краям которых отмечается лишь слабое побурение. Растительные остатки распространены неравномерно, скоплениями. В гумусовом горизонте 35-летней почвы отмечается значительно большее количество растительных остатков, они более равномерно распространены в почвенном пространстве, сильно гумифицированы, характеризуются темно-бурой окраской, некоторые участки шлифа прокрашены бурым органическим веществом совместно с растительными тканями. *
Микроморфологические исследования подтвердили вывод об инициации подзолистого процесса в 35-летней почве под лесом. Также выявлено увеличение со временем степени гумификации растительных остатков в почве и их постепенное превращение в «коллоидный гумус».
Важнейшие химические характеристики и гранулометрический состав молодых почв. Развитие техноземов сопровождается трансформацией их физических параметров и химических характеристик (табл. 2, 3). 3-, 8-летние почвы являются очень слабо-гумусированными, в верхних горизонтах наблюдается увеличение актуальной и обменной кислотности по сравнению с исходными породами. В гумусированных горизонтах указанных почв наблюдается увеличение содержания пылеватых фракций и физической глины. Аналогичные тенденции характерны и для 35-летней оподзоленной почвы. Это явление может быть вызвано как собственно почвообразованием, так и эоловым накоплением пылеватой фракции. В. 3-, 8-летних почвах, вероятно, преобладает эоловое накопление, а в 35-летних техноземах увеличение содержания фракции физической глины может быть вызвано именно интенсивным выветриванием минеральной части почвы. В пользу этой гипотезы свидетельствует тот факт, что эоловое поступление' пыли в почвы 35-летней стадии ограничено из-за наличия мощной подстилки на
поверхности почвы. Инициация оподзоливания в 35-летней почве диагностируется не только по гранулометрическому составу, но и по данным валового химического анализа (табл. 4), властности по расширению отношения ЭЮг/ЯгОз и накоплению оксида кремния в оподзоленной части профиля.
А1 0-3 ' 0,32 Не опр. 0,03 12,5 5,70 4,55 0,26 0,10 0,46 1,30 2,00
АС 3-6 • 0,12 <с « 0,01 14,0 6,75 5,58 0,14 0,10 0,21 1,00 3,00
С 6-12 0,08 Не опр. 6,90 6,02 0,04 0,07 0,19 1,20 1,50
8-летний реплантозем слабогумуси рован ный
Ь . 0-1 20,22 Не огхр. 0,29 81,0 Не опр
А1 1-3 0,16 0,21 +23,8 0,02 9,4 5,45 4,42 0,22 0,10 0,43 2,00 1,00
АС 3-19 0,03 Не опр. 6,65 6,35 0,12 0,10 0,21 2,20 1,18
С 19-40 0,01 « 3 6,95 6,31 0,12 0,05 0,19 2,50 1,50
35 5-летний реплантозем поверхнос! ГНО-СЛЕ (бопод ЗОЛИС' гый . .
н 2-4 11,47 18,75 +38,8 0,17 61,1 6,10 5,15 1,28 0,49 1,68 7,50 2,00
А1А2 4-5 3,68 2,72 -35,3 0,08 23,9 5,76 4,50 0,22 0,10 »0,31 3,00 2,00
А2 5-14 0,08 0,16 +50,0 0,01 9,4 5,80 5,01 0,13 0,07 0,21 3,00 1,85
ВС 14-24 0,67 0,45 -48,9 0,06 13,0 6,20 5,01 0,25 0,09 0,19 3,00 1,00
С 24-34 0,05 0,07 +28,6 ^ Не опр. 6,20 5,91 0,04 0,10 Яе опр.
Сох*
рН
Н20 КС1
гв,
%
ОКГТкТСаТМЁ
смоль Р+/кг
3-летний реплантозем слабогумусированный
А1 АС С
Ь А1 АС С
н
А1А2 А2 ВС С
0-3 3-6 6-12
. 0-1
1-3
3-19 19-40
2-4
4-5
5-14 14-24 24-34
0,32 0,12 0,08
Не опр.
0,03 0,01
12,5 14,0
Не опр.
8-летний реплантозем слабогумусированный
5,70 6,75 6,90
4,55 5,58 6,02
0,26 0,14 0,04
Не опр.
0,21 | +23Д
0,29 0,02
Не опр.
81,0 9,4
18,75 2,72 0,16 0,45 0,07
+38,8 -35,3 +50,0 -48,9 +28,6
0,17 0,08 0,01 0,06
61,1 23,9 9,4 13,0
Не опр.
5,45 6,65 6,95
6,10 5,76 5,80 6,20 6,20
4,42 6,35 6,31
5,15 4,50 5,01 5,01 5,91
0,10 0,10 0,07
Не опр.
0,46 0,21 0,19
1,30 1,00 1,20
2,00 3,00 1,50
0,22 0,12 0,12
1,28 0,22 0,13 0,25 0,04
20,22 0,16 0,03 0,01
35-летний реплантозем поверхностно-слабоподзолистый 11,47 3,68 0,08 0,67 0,05
0,10 0,10 0,05
0,49 0,10 0,07 0,09
0,10
0,43 0,21 0,19
1,68 »0,31 0,21 0,19
2,00 2,20 2,50
7,50 3,00 3,00 3,00
1,00 1,18 1,50
2,00 2,00 1,85 1,00
Не опр.
С^ — молекулярное отношение.
Таблица 3. Гранулометрический состав мелкозема тёхноземов
Содержание фракций, размером, мм, в % к абсолютно сухой почве
0,005-0,001
Горизонт
1,00-0,25
0,25-0,05
0,05-0,01,
0,01-0,005
<0,001
<0,01
Крупный песок
Мелкий песок
Крупная пыль
Средняя пыль
Мелкая пыль
Ил
Физическая глина
А1 С
А1А2
А2
ВС
8-летний реплантозем слабогумусированный
27,76 38,30
20,03 49,11 84,22
53,78 53,66
12,38 5,02
1,18 0,00
2,09 0,64
2,81 2,38
35-летний реплантозем поверхностно-слабоподзолистый
52,76 43,96 9,93
11,81 1,80 1,34
1,48 0,71. 0,86
0,00 0,18 3,58
13,65 4,24 2,07
6,08 3,02
15,13 5,13 6,51
Таблица 4* Валовой состав оподзоленного (А1А2) и нижележащего (ВС) горизонтов 35-летней почвы в % от прокаленной почвы
эТоГ
ЭЮо/НгОз
Горизонт
Ре2Оз
АЬОз
МпО
Т Юя
Р2О5
СаО
МеО
А1А2 ВС
85,21 83,61
2,61 2,28
9,52 10,19
0,03 0,03
0,05 0,05
0,26 0,23
0,43 2,10
0,52 0,88
18,2 13,2
В хроносерии 3-, 8-, 35-летних почв отчетливо прослеживается тенденция увеличения содержания обменных оснований (Са2+ и М§?+) с возрастом. Это свидетельствует об интенсивном выветривании минеральной части почвы и развитии почвенного
поглощающего комплекса. Для 35-летней почвы характерно значительное увеличение потенциальной кислотности (возрастает разница между рНксь и рНн2о) и развитие поглощающего комплекса.
Таким образом, 3-, 8-летние грунты отличаются очень низкой интенсивностью почвообразовательного процесса, и, по-видимому, их следует относить к почвоподобным телам, по терминологии Е.А.Дмитриева [4]. 35-летняя почва представляет собой эмбриональный подзол со слаборазвитыми генетическими горизонтами.
Гумусообразование в молодых почвах. Гумусообразование является ведущим процессом инициального почвообразования и'служит тем механизмом, с помощью которого осуществляется взаимодействие живой и неживой природы, и в конечном результате происходит формирование почвы как биокосного тела. Для характеристики гуму-соаккумулятивного процесса проводили исследование следующих параметров: темпов накопления подстилки и дифференциации ее на подгоризонты, фракционного и группового состава гумуса, степени внутримолекулярной окисленности-восстановленности органического вещества, состава и свойств гуминовых кислот.
В 3-, 8-летних почвах процесс гумусообразования представлен в основном аккумулятивной составляющей - происходит формирование подстилки, отмечаются признаки ее дифференциации на горизонты. Верхняя часть профиля слабо обогащается органическим веществом, небольшое количество гумуса аккумулируется лишь в верхней 4—5-сантиметровой толще. В общих чертах фракционный состав гумуса 3- и 8-летних почв (табл. 5) можно считать очень близким. С возрастом наблюдается небольшое увеличение содержания гуминовых кислот по сравнению с фульвокислотами, что приводит к расширению отношения Сгк /Сфк. )
Таблица 5. Фракционно-групповой состав гумуса техноземов
Гори- Сох Гуминовые кислоты Фульвокислоты Сгк. Сфк Н.О. С-'гк + ^'фк Собщ
зонт 1 2 3 Сумма 1-а 1 2 3 Сумма
3-летний реплантозем слабогумусированный
А1 0,32 А1 0,16 0,Ю5 0,01 0,02 0,08 0,04 0,06 0,01 0,05 0,16
15,60 0,02 3,10 0,01 6,30 3-летни 0,01 25,00 й репл 0,04 12,50 антозе 0,01 18,80 м слабс 0,03 3,10 >гуму< 0,01 15,60 ;ирова1 0,01 50,0 шый 0,06
12,50 6,30 6,30 25,10 6,30 18,80 6,30 6,30 37,50
35-летний реплантозем поверхностно-слабоподзолистый
Г 11,47 0,52 0,18 0,30 1,00 0,16 1,84 0,64 2,83 5,47 0,18 5,00 56,4
4,50 1,60 2,60 8,80 1,40 16,0 5,60 24,7 47,7 43,90
Н 12,00 1,38 0,90 2,31 4,59 0,12 3,26 0,40 18,5 5,63 0,81 1,78 85,2
11,50 7,50 19,30 38,3 1,00 27,20 3,30 15,40 46,90 14,80
А1А2 3,68 0,19 0,03 0,04 0,26 0,08 0,43 0,07 0,04 0,62 0,49 2,80 23,9
5,20 0,80 1,10 7,10 2,20 11,70 1,90 1,10 16,80 76,10
ВС 0,67 0,03 0,01 0,04 0,08 0,03 0,02 0,01 0,04 0,10 0,80 0,49 26,9
4,50 1,50 6,00 11,90 " 4,50 3,00 1,50 6,00 14,90 73,10
Примечание. В числителе — содержание углерода различных компонентов гумуса в % к навеске почвы, в знаменателе — в % к валовому содержанию органического углерода.
Значительное увеличение интенсивности гумусоаккумулятивного процесса наблюдается на стадии 35 лет и связано с формированием развитой лесной экосистемы, увели-
чением массы опада и формированием мощной подстилки. Кроме резкого увеличения общей массы опада, поступающего на поверхность почвы, для этой стадии характерно интенсивное развитие процессов трансформации (гумификации и минерализации) исходного органического вещества, что приводит к дифференциации подстилки на четко выраженные подгоризонты L, F и Н.
Гумификация органического вещества подстилки приводит к резкой дифференциации подгоризонтов L, F и Н по показателям фракционно-группового состава гумуса. Результаты анализа фракционно-группового состава органического вещества подстилки свидетельствуют о ее химической неоднородности (см. табл. 5). Слой ферментации (F) отличается высоким содержанием фульвокислот и очень низкой степенью гумификации (СГк/Собщ) органического вещества. В этом слое подстилки наблюдается интенсивное преобразование исходной органической массы, аккумуляция фульвокислотной фракции гумуса. В подгоризонте гумификации (Н) резко снижается содержание негидроли-зуемой части гумуса и увеличивается глубина гумификации органического вещества. В минеральных горизонтах 35-летней почвы по сравнению с гумусовыми горизонтами 3-, 8-летних почв увеличивается содержание негидролизуемого остатка, что свидетельствует о формировании системы органо-минеральных взаимодействий. Несколько снижается Глубина гумификации, что вполне логично для почв, в которых инициируется подзолистый процесс. Горизонт с максимальной выраженностью признаков оподзоли-вания в 35-летней почве характеризуется наибольшим содержанием фульвокислотной фракции гумуса, что вполне характерно для почв подзолистого типа.
Результаты исследований степени внутримолекулярной окисленности органического вещества молодых почв (см. табл. 4) свидетельствуют об инициации подзолистого процесса на 35-летней стадии почвообразования. Как известно, характерной чертой почв, формирующихся по подзолистому типу является четкая дифференцированность их профиля по величине степени внутримолекулярной окисленности гумуса (СВО) [б], - что и наблюдается в изученной 35-летней почве.
в
Таблица. 6. Характеристика гуминовых кислот I+II фракций 35-летнего поверхностно-слабоподзолистого реплантозема
Гори- Атомные проценты Атомные отношения и> Q, дж/г
зонт С Н N О C/N н/с О/С Н/Сиспр
Н 37,80 29,70 2,50 30,00 15,12 0,79 0,79 1,85 +0,802 11,82
А1А2 33,79 36,44 2,83 26,94 11,93 1,08 0,80 2,15 +0,516 12,44
Примечание. Атомный процент — число атомов элемента, отнесенное к общему числу атомов в молекуле и выраженное в процентах; Н/СИСПр — атомное отношение водорода к углероду с учетом влияния на этот показатель кислорода карбонильных групп; ш — степень окисления гуминовой кислоты (величина безразмерная).
Гуминовые кислоты I и II фракций (ГК) 35-летней почвы отличаются от ГК зрелых подзолистых почв по многим параметрам (табл. б). В первую очередь для исследованных ГК характерно повышенное содержание кислорода на фоне пониженной гидроге-низированности, что находит отражение в величинах атомных отношений и высоких величинах степени окисления. По величине теплоты сгорания ГК исследованных почв занимают промежуточное положение между фульвокислотами и гуминовыми кислотами зрелых подзолистых почв. Между тем гуминовые кислоты горизонта А1А2 можно охарактеризовать как более «зрелые», преобразованные процессом гумификации вещества по сравнению с торфянистым горизонтом подстилки. Общее содержание кислот-
ных функциональных групп ГК (до 1300. смоль/100 г) также более свойственно фуль-вокислотам, нежели гуминовым. Таким образом, по основным характеристикам гуми-г новые кислоты исследованных почв следует относить к «прогуминовым» веществам, которые занимают промежуточное положение между гуминовыми и фульвокислотами. Аналогичные выводы были получены нами ранее при исследовании гумиповых кислот молодых почв карьеров по добыче карбонатных пород [1].
Таким образом, дифференциация профиля молодых почв по подзолистому типу диагностируется по основным характеристикам органического вещества. Гуминовые вещества нижних горизонтов 35-летней почвы более сходны с гуминовыми кислотами, в то время как ГВ подстилки следует относить, скорее, к веществам фульвокислотной фракции.
Основные параметры гумусообразовательного процесса являются отражением экологической сущности почвообразования на различных стадиях почвовосстановитель-ных сукцессий. Если процесс гумусообрйзования рассматривать как своеобразный механизм адаптации растений к условиям существования [7], то можно заметить, что мощность гумусового профиля, процессы его дифференциации, формирование системы гумусовых веществ являются не только следствием жизнедеятельности живых организмов, но и условием их устойчивого существования. Действительно, гумусовый профиль 3-, 8-летних почв как бы прижат к поверхности, при этом основная масса корней растительности приурочена именно к гумусированной толще, гумусовые вещества при этом выполняют функцию высвобождения и закрепления питательных элементов из минеральной части почвы. С развитием лесной экосистемы (35 лет) наблюдается интенсивный «рост» почвы' как вверх, так и вниз. Вверх почва растет за счет увеличения мощности подстилки. Этот процесс следует рассматривать не только как «морфологическое» следствие жизнедеятельности растений, но и как начальный этап восстановления важнейшей экологической функции формирующейся почвы — аккумуляции и депонирования атмосферного углерода. Инициацию подзолистого процесса с экологических позиций следует рассматривать как своеобразное «стремление» растительного сообщества к формированию благоприятных условий минерального питания посредством воздействия на исходную почвообразующую породу продуктов гумификации — гумусовых кислот.
Заключение. Рекультивация земель и реабилитация техногенных ландшафтов, формирующихся при разработке гранитных карьеров, представляет собой сложную и весьма актуальную проблему. Гранитные скальные поверхности и террасы разработанных карьеров зарастают очень медленно, ^почвенный слой формируется на них фрагментарно, лишь в понижениях, заполненных мелкоземом. Нерекультивированные отвалы отсевов дробления, складируемые на территории карьера и близлежащих территорий представляют собой опасный источник эолового загрязнения, если учесть, что в непосредственной близости от горнодобывающего комплекса находится пос. Кузнечное с населением около 5000 человек. По-видимому, наиболее перспективным способом реабилитации техногенных ландшафтов является выравнивание отвалов отсева, равномерное распределение его по днищу и террасам выработанного карьера. Таким образом, голая скальная поверхность будет' покрыта субстратом, пригодным к поселению . растительности. Весьма эффективным мероприятием может стать посадка саженцев хвойных пород (сосны) на выровненных отвалах отсева.
Восстановление почв и растительности на отвалах отсева происходит по зональному способу. При этом видовой состав растительности молодых экосистем подвержен влиянию лесов, окружающих карьер. Зарастание отвалов происходит весьма интенсивно, и
уже к 35 годам формируются сосново-мелколиственные леса. Развитие лесной растительности сопровождается инициацией оподзоливания почвы и дифференциацией профиля на горизонты. В возрастном ряду 3-, 5-, 8-, 35-летних почв наблюдается усиление педогенных процессов, что выражается в увеличении почвенной кислотности, развитии почвенного поглощающего комплекса, аккумуляции органического вещества, его гумификации, увеличении прочности взаимодействия гумусовых веществ с минеральной частью почвы. Гуминовые кислоты исследованных почв по своим свойствам ближе к «прогуминовым» веществам. Формирование эмбрионального подзолистого профиля начинается на стадии самозарастания, представленной молодым лесом.
Развитие почвенно-растительного покрова в техногенных ландшафтах следует рассматривать как сложный взаимообусловенный процесс. На слабокислых и близких к нейтральным отвальных породах с хорошей проницаемостью и супесчаным механическим составом в таежно-лесной зоне Северо-Запада Русской равнины наиболее вероятно развитие подзолистого процесса, способствующего развитию биосферно-устойчивых экосистем, эффективно выполняющих свои экологические функции.
Статья рекомендована проф. Б. Ф. Апариным. Summary
- Abakumov Е. V., Gagarina Е. 1. The initial stages of soil restoration on the grounds of granite-crushing sifting near the mining-exploitation complexes Kuznechnoe (Leningrad region).
The processes of plant-soil cover restoration on the grounds of granite-crushing sifting are discussed. The siftings grounds are good substrate for the plant restoration. Therefore, the distribution of this sandy-textured grounds on the surface of granite rocks of quarry can be a good way for the landscape reabilitation.
Литература
1. Абакумов E. В., Гагарина Э. И. Состав гуминовых кислот молодых почв, формирующихся на. карбонатных отвалах карьеров Ленинградской области. Гумус и почвообразование // Труды С.-Петерб. гос. аграр. ун-та. 2002. С. 21-27. 2. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. Изд-во Моск. ун-та, 1970. 3. Гагарина Э. И., Абакумов Е. В. Об использовании агроруд для улучшения свойств почв // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2003. Вып. 1 (№3). С. 91-97. 4. Дмитриев Е. 4- Почва и почвоподобные тела // Почвоведение. 1996. №3. С. 310-319. 5. Исаченко Г. Л. Окно в Европу: История и ландшафты. Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1998. 6. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Теория подзолообразовательного процесса. Л., 1964. 7. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование. Л., 1980. 8. Попов 'А. И., Абакумов Е. В. Модификация прибора для одновременного определения углерода органических соединений, углерода карбонатов и общего азота в почвах. Гумус и почвообразование // Труды С.-Петерб. гос. аграр. ун-та. 2001. С. 50-58. 9. Попов А. И., Абакумов Е. В. К вопросу об определении органического углерода в почвах и почвоподобных образованиях // Тез. докл. международной молодежной конф. «Экология-2003*. Архангельск, 2003.
Статья поступила в редакцию 17 марта 2003 г.
