CC BY
34
УДК 631.4 И.П. Беланов, A.M. Шипилова
ОПЫТ ОЦЕНКИ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ КУЗБАССА
В статье приводится пример использования различных методик оценки почвенно-экологического состояния как техногенно-нарушенных территорий на примере средневозрастных отвалов вскрышных и вмещающих пород, так и естественных территорий, подверженных экогенному воздействию с их стороны. Описываются основные условия, влияющие на состояние исследуемых территорий, относительно которых можно спрогнозировать их дальнейшие изменения.
Ключевые слова: техногенез, почвенный покров, экогенез, почвенно-экологическое состояние, почвенно-экологический индекс.
I.P. Belanov, A.M. Shipilova
EXPERIENCE OF ESTIMATION OF THE NATURAL-TECHNOGENIC COMPLEX SOIL-ECOLOGICAL CONDITION IN THE KUZBASS FOREST-STEPPE ZONE
The example of various technique use for estimation of the soil-ecological condition of both technogenic disturbed areas on the example of the middle-aged dumps and natural areas that are exposed to ecogenic impact of them is given in the article. The main conditions affecting the studied areas for which you can forecast their future changes are described.
Key words: technogenesis, soil cover, ecogenesis, soil-ecological condition, soil-ecological index.
Кузбасс является одним из богатейших регионов по наличию полезных ископаемых, но прежде всего специализированном на добыче угля различных марок. Высокая концентрация угольных предприятий и нерациональное использование природных ресурсов привели к тому, что на месте когда-то плодородных земель сформированы техногенные ландшафты. Такие территории обладают специфическими свойствами (гидротермическими, физико-химическими и др.), обусловленными характеристиками вскрышных и вмещающих пород [1]. В свою очередь они оказывают антропогенное воздействие на природные экосистемы и их базис - почву. В результате чего, свойства почвенного покрова земель, прилегающих к техногенным ландшафтам, подвергаются трансформации. Поэтому необходим мониторинг таких природно-техногенных комплексов на основании почвенно-экологическиой оценки, позволяющей понять ход процессов в функционировании базисов двух разных экосистем.
Объекты и методы исследования. В качестве модельных объектов для оценки почвенноэкологического состояния были выбраны в лесостепной зоне Кузнецкой котловины: Сагарлыкский отвал с участками, оставленными под самозаростание и с проведенной лесохозяйственной рекультивацией (посадки сосны); естественные территории, прилегающие к «Северному» отвалу (УР «Бачатский») и Центральному отвалу (УР «Шестаки»), Параллельно оценивалось состояние естественных ландшафтов вне зон воздействия со стороны техногенных объектов.
Для оценки почвенно-экологического состояния техногенного объекта («Сагарлыкский» отвал) нами использовался метод детального почвенного картирования, разработанный лабораторией рекультивации почв ИПА СО РАН. Данный метод основывается на фиксировании структуры почвенного покрова на крупномасштабной карте в масштабе от 1:100 до 1:1000 [1, 2]. Так, для территории техногенных ландшафтов при-
нимается, что если за 20 лет на поверхности отвалов сформировались эмбриоземы гумусовоаккумулятивные, то почвенно-экологическое состояние такого ландшафта оценивается как очень хорошее. Если за это время почвообразование достигает третьей стадии, что диагностируется по дерновому типу эм-бриоземов и простой маловидовой растительной группировке, то почвенно-экологическое состояние такого участка считается хорошим. При остановке развития почвообразования на второй стадии с формированием органно-аккумулятивных эмбриоземов почвенно-экологическое состояние характеризуется как удовлетворительное. При отсутствии морфологических признаков развития процессов почвообразования и сохранении в течение 20 лет преимущественно эмбриоземов инициальных, почвенно-экологическое состояние оценивается как неудовлетворительное [2].
Оценка природных территорий, приуроченных к «Северному» и «Центральному» отвалам, была проведена на основании метода расчета почвенно-экологического индекса (ПЭи) [3], с предложенной нами оценочной шкалой. Расчетный показатель ПЭи определялся по формуле
ПЭи=12,5(2У)1т
йМ а^кУ-р)
-■______;____ ■
' КК +100
кк
А,
где ПЭи - почвенно-экологический индекс;
V - объемная масса почвы (средняя для метрового слоя);
2 - максимально возможная плотность почв при их предельном уплотнении;
П-«полезный» объем почв (в метровом слое);
Дс - дополнительно учитываемые свойства почв;
I Г>10° - среднегодовая сумма температур более 10 °С;
КУ- коэффициент увлажнения (Р - поправка к этому коэффициенту);
КК - коэффициент континентальности;
А- итоговый агрохимический показатель;
12,5 - коэффициент для приведения совокупности экологических условий к 100 баллам почвенноэкологического индекса.
Показатели V, П, Дс, А, использованные для расчета ПЭи каждого конкретного участка, были получены расчетным путем по результатам физико-химических анализов почвенных образцов. Природноклиматические данные оценивались по данным многолетних наблюдений Беловской метеостанции.
Оценка значений ПЭи производилась по градации:
от 100 до 90 баллов - благополучное экологическое состояние;
от 90 до 70 - хорошее;
от 70 до 50 - удовлетворительное;
от 50 до 25 - напряженное;
менее 25 - близкое к критическому.
Разработка ее связана с проблемой интерпретации полученных показателей для каждой территории из-за отсутствия той или иной оценочной шкалы данного индекса. Как известно, основной задачей обозначенного показателя являлась экономическая оценка стоимости земель на основании их экологического состояния и плодородия (т.е. в ситуациях, когда нужно определить рыночную стоимость земельных участков в целях купли-продажи и при отводе сельскохозяйственных земель на несельскохозяйственные нужды). Поэтому градации показателей на тот момент не уделялось особого внимания. По указанной причине и опираясь на собственные исследования, мы разработали данную оценочную шкалу ПЭи. При этом необходимо сделать поправку по ее применению лишь для территорий, расположенных в лесостепной и степной зоне, используемых в качестве сенокосов и пастбищ, либо находящихся в течение длительного времени в залежи. Правомерность употребления указанной оценочной градации для других почвенно-климатических зон и земель, вовлеченных в сельскохозяйственный оборот, требует более масштабных исследований.
Результаты исследования и обсуждения. Экологическое состояние техногенных ландшафтов во многом зависит от свойств, слагающих их пород и рельефа поверхности. В большинстве случаев плотные вскрышные и вмещающие породы, вынесенные на дневную поверхность, характеризуются очень малым потенциалом почвообразования [1].
На поверхности северо-восточной части Сагарлыкского отвала, оставленной под самозаростание, процентное соотношение эмбриоземов по материалам крупномасштабного картирования (М 1:100) в структуре почвенного покрова составило: 40,5 % - дерновые; 31 % - органно-аккумулятивные; 23 % - инициальные; 5,5 % - гумусово-аккумулятивные. Такую неоднородность почвенного покрытия поверхности можно объяснить приуроченностью различных типов эмбриоземов к определенным позициям микрорельефа и неравномерность отсыпки суглинком территории отвала. Очевидно, что зарастание данной части отвала происходило поэтапно и начиналось с пониженных элементов рельефа, обладающих более благоприятными эда-фическими условиями. Это связано с благоприятными режимами увлажнения и температуры для растений. Плотность сложения варьирует от 1,3 до 1,7 г/см3 в зависимости от типа эмбриозема и глубины (до 50 см). В агрохимическом отношении данные территории достаточно трудно охарактеризовать в связи с хаотической смесью горных пород и большим количеством включений углистых частиц. Таким образом, на основании разработанной методики данный участок характеризуется хорошим почвенно-экологическим состоянием.
Второй участок представлен территорией с ранее проведенной лесохозяйственной рекультивацией. Возраст сосны составляет около 19 лет, посадки проведены на техногенном элювии по схеме 1 х 3 м. Процентное отношение площадей эмбриоземов по материалам картирования составляет: органоаккумулятивные - 80 % и инициальные эмбриоземы - 20 %. Формирование данных типов эмбриоземов объясняется недостаточным увлажнением, фрагментарным включением суглинистого материала во вскрышном материале. На распределение различных типов эмбриоземов на этом участке, как и на предыдущем, оказал влияние микрорельеф, который характеризуется как среднебугристый. Плотность сложения изменяется от 1,4 до 1,6 г/см3. Данный участок характеризуется удовлетворительным почвенно-экологическим состоянием. На этом участке к окончанию прагматически приемлемого периода (за 20 лет) сформировались только эмбриоземы органно-аккумулятивные. Таким образом, посадка только древесных растений не может значительно улучшить почвенно-экологические условия на нарушенных территориях. Тем не менее, данная технология способствует снижению развития эрозионных процессов на территории отвалов и лесохозяйственным задачам по увеличению лесных насаждений ценных древесных пород.
Рассмотрим в почвенно-экологическом отношении территории естественных экосистем, примыкающих к юго-западному подножию Северного отвала (УР «Бачатский») и северо-восточному Центрального отвала (УР «Шестаки»), на основании методики расчета ПЭи.
Наиболее низким почвенно-экологическим показателем характеризуются территории, расположенные у подножия отвалов. ПЭи для земель, находящихся вдоль юго-западного фаса Северного отвала, составляет 34,9 балла, для северо-восточной части «Центрального» отвала - 32,6 балла. Исходя из предложенной градации, почвенно-экологическое состояние территорий, находящихся в максимальной зоне воздействия со стороны техногенных ландшафтов, оценивается как «напряженное».
Причина столь низкой оценки территорий, расположенных у Северного отвала: переуплотнение почвенного покрова (1,36-1,4 г/см3), чрезмерная завалуниность вскрышным материалом, неудовлетворительное состояние некоторых агрохимических показателей (содержания общего углерода 4,2 %, Р2О5 - 0,52 мг/100 г почвы в слое 0,20 см), а также наличие выраженных эрозионных процессов на поверхности.
Для территорий, приуроченных к подножию Центрального отвала, уровень почвенно-экологического состояния снизился из-за наличия на их поверхности вскрышного материала в виде щебня, камней, валунов, намытости верхних почвенных горизонтов элювием вскрышных пород с поверхности отвала и излишней переувлажненное™ (до 58 %).
Территории, расположенные на удалении 50 и 200 м от Северного отвала, также характеризуются «напряженным» экологическим состоянием. Их ПЭи равны 47,5 и 47,9 баллов соответственно. Причиной ухудшения почвенно-экологического состояния этих территорий послужило проявление на их поверхности водоэрозионных процессов, уменьшение запасов гумуса, некоторое повышение плотности почвы по профилю, а также низкое содержание элементов питания растений (общего углерода 2,3-2,6 %, Р2О5 - 0,44— 0,64 мг/100г почвы в слое 0,20 см). Вероятно, совсем недавно состояние этих земель можно было охарактеризовать как «удовлетворительное», что в очередной раз подтверждает прогрессирующее воздействие техногенных ландшафтов на общеэкологическое состояние прилегающих территорий. Причем со временем складывающаяся ситуация приведет к еще большему обострению экологической напряженности.
«Хорошим» почвенно-экологическим состоянием характеризуется территория, расположенная на удалении 120 м от Центрального отвала - 70,3 балла. К этой же категории можно отнести территории, расположенные на удалении 500 м от Северного отвала (71,9 баллов), что связано со снижением экогенного воздействия со стороны отвалов и нормализацией по основным показателям.
«Благополучным» экологическим состоянием с показателем ПЭи 97,6 баллов характеризуется фоновый участок, выступающий в качестве контроля, который находится на большом удалении от техногенных объектов и факторов мощного негативного воздействия.
Выводы
Проведенные исследования с использование различных методик оценки почвенно-экологического состояния природно-техногенных комплексов в лесостепной зоне Кузбасса позволили выявить следующие закономерност.
Техногенные комплексы, оставленные под самозаростание и с проведенной лесной рекультивацией, несмотря на относительно одинаковый возраст (19-20 лет) характеризуются неоднородностью структуры почвенного покрова, что и сказывается на характеристике их почвенно-экологического состояния. Таким образом, период эволюции эмбриземов от инициального до гумусово-аккумулятивного под древесной растительностью требует гораздо большего времени при одинаковых природно-климатических условиях и схожего по свойствам техногенного элювия, являющегося почвообразующей породой.
Почвенно-экологическое состояние земель естественных территорий, находящихся в различных зонах экогенного воздействия, со стороны отвалов регулируется рядом свойств, обусловленных функционированием техногенных ландшафтов. Так, наиболее низким ПЭи характеризуются участки у подножия отвалов, по степени удаления от техногенного объекта степень деградации снижается. При этом значение их состояния в большей степени зависит от гидротермического режима, интенсивности проявления эрозионных процессов. В результате изменения естественного функционирования таких территорий и нарастающего проявления негативных последствий может произойти смена типа экосистемы данных территорий по отношению к зональным. Для стабилизации почвенно-экологического состояния следует в краткосрочный период проводить рекультивационные мероприятия по восстановлению экологических и хозяйственных условий. В первую очередь это касается территорий техногенных ландшафтов как основных источников прессинга на окружающую среду.
Литература
1. Андроханов В.А., Куляпина Е.Д., Курчаев В.М. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция. -
Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. - 205 с.
2. Андроханов В.А., Курачев В.М. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. - 224 с.
3. Шишов П.П., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ефремов В.В. Теоретические основы и пути регулирова-
ния плодородия почв. - М.: ВО «Агропромиздат», 1991. -307 с.
