CC BY
31
© И.П. Беланов, И.С. Семина, А.М. Шипилова, 2013
УДК 622.271 (075.8)
И.П. Беланов, И.С. Семина, А.М. Шипилова
ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ В РАЙОНЕ ИНТЕНСИВНОЙ ДОБЫЧИ КАМЕННОГО УГЛЯ
Рассмотрены основные агрохимические свойства почв естественных ландшафтов, расположенных в лесостепной зоне Кузбасса, в районе ведения интенсивной добычи каменного угля. На основании свойств почв проведена их почвенно-экологическая оценка и дана характеристика их значений почвенно-экологического индекса (ПЭи). Полученные материалы позволяют установить степень нагрузки с почвенно-экологической позиции на почвенный покров в результате ведения горных работ в настоящее время, а также степени агрогенной нагрузки в прошлом.
Ключевые слова: техногенные ландшафты, природно-техногенные комплексы, почвенно-экологическая оценка, почвенно-экологический индекс
Угольная промышленность в Кузбассе оказывает существенное влияния на формирование экологической ситуации в регионе. С началом интенсивной эксплуатации месторождений полезных ископаемых в области нарушено открытым и подземным способами добычи угля по разным данным от 60 до 150 тысяч га, при этом общая площадь нарушений превышает 10 % территории Кузбасса. Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом приводит к разрушению всей экосистемы в целом [Потапов и др., 2005]. При этом наиболее значимые изменения происходят с земельным фондом. Почвенный покров практически уничтожается, формируется новый рельеф, изменяется гидрология рек, загрязняется атмосфера и т.п.
Таким образом, происходит формирование и изменение ландшафтов под воздействием производственной деятельности человека, а также преобразование основных компонентов биосферы, вызываемое совокупно-
стью механических, геохимических и геофизических процессов во вновь сформированном почвенном покрове на техногенной территории. В свою очередь, данные территории с нарушенными экологическими функциями оказывают экогенное воздействие на прилегающие природные комплексы, почвенный и растительный покров, микроклиматические показатели. Исходя из этого, можно полагать, что влияние техногенных ландшафтов, на прилегающие естественные территории является многоплановым: термическое, геохимическое, гидрологическое и др. По этой причине сельскохозяйственные и иные угодья, прилегающие к техногенным ландшафтам, подвержены сильному преобразованию, которое не учитывается в настоящее время при экологическом мониторинге нарушенных территорий.
Целью данной работы является комплексное изучение свойств и режимов почв техногенно нарушенных территорий для проведения их оценки с почвенно-экологических позиций
экогенетического воздействия со стороны техногенных ландшафтов. В качестве объектов исследования выбран почвенный покров естественных ландшафтов в районе ведения интенсивной добычи «Бунгурского» угольного разреза.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: рассмотреть структуру почвенного покрова в районе проведения исследования и определить основные свойства почв; провести почвенно-экологическую оценку на основании расчета почвенно-экологического индекса [Шишов и др., 1991].
Воздействие человека на почву как компонент биосферы было рассмотрено В.А. Ковдой [1973, 1975], А.И. Перельманом [1975] и др. Согласно их подходу, в результате взаимодействия биотических и абиотических компонентов биосферы почва приобретает определенные специфические свойства, которые являются неизбежным результатом функционирования наземных экосистем. Таким образом, почва является базисом любой наземной экосистемы.
Позднее Г.В. Добровольским, Ё.А. Гришиной, Б.Г. Розановой, В.О. Тор-гульяном [1985] были выделены две большие группы видов воздействия человека на почву в функциональном плане, а именно:
- антропогенные воздействия на факторы почвообразования и функционирование почв, не затрагивающие почвенное тело, или факторные;
- антропогенные воздействия на почвенное тело и функции почвы, или субстанционно-атрибутивные.
К первой группе воздействия относятся все биотические, гидрохимические, гидрологические, атмосферные изменения. Вторая группа представлена субстанционно-атрибутив-ными воздействиями: земледельче-
скими, мелиорационными, антропогенно-эрозионными; кроме того, следует учитывать поступление в почвенный профиль мелкоземистого материала, различных отравляющих (по отношению к почве) инородных веществ, а также отчуждение земель под сооружения.
Исследования были проведены в лесостепной зоне юго-восточной части Кузнецкой котловины. В качестве объекта исследования был выбран горный отвод «Бунгурского» угольного месторождения и прилегающие к ним территории естественных и сельскохозяйственных угодий.
На исследуемых территориях в ходе полевых работ были заложены почвенные разрезы на основных типах почв и отобраны почвенные образцы для проведения лабораторных исследований. В лаборатории определялись физико-химические и агрохимические свойства образцов общепринятыми методами. Расчет почвенно-экологического индекса производился по методике Шишова и др. [1991] с использованием рекомендованных авторами поправочных коэффициентов на свойства почв. Климатические сред-немноголетние данные для расчета коэффициента континентальности брались по данным метеостанции г. Новокузнецка.
Господствующее положение в почвенном покрове исследуемой территории занимают серые и темно серые лесные почвы, реже черноземы опод-золенные. Под хвойно-лиственными лесами встречаются дерново-подзолистые, на пониженных участках - луговые, на вершинах холмов - неразвитые черноземовидные каменистые почвы.
Рассмотрим агрохимические свойства основных почв в районе проведения исследований (табл. 1).
Таблица 1
Агрохимические свойства почв
Почва Горизонт Глубина рН Гумус, % Р205 (мг/кг) К20 (мг/кг)
А 8-39 5,75 5,12 96,81 51,21
1 Чернозем АВ 39-51 5,66 1,82 175,90 69,29
оподзоленный В 51-82 6,27 0,70 353,05 69,29
Вк 82-115 7,01 0,74 295,66 99,41
А1+А1А2 12-46 6,29 5,61 86,83 57,24
2 Темно-серая А2В 47-63 5,98 3,68 153,45 69,29
лесная В 66-95 6,18 0,99 289,43 63,26
Вк 95-154 6,68 0,76 291,92 75,31
А1 8-37 6,14 4,08 110,78 150,63
3 Дерново А2 37-60 5,79 2,27 81,84 63,26
подзолистая А2В 60-77 5,65 1,67 72,86 57,24
В 77-127 5,80 0,64 39,42 63,26
А1 0-15 5,36 4,27 45,16 114,48
4 Серая лесная А1А2 15-21 5,52 3,62 38,17 69,29
А2В 21-43 5,74 2,58 45,41 57,24
В 43-144 5,77 0,87 188,38 69,29
А 9-57 5,64 6,46 54,39 39,16
5 Луговая АВ 57-76 6,16 1,50 34,50 72,30
В 76-100 6,47 0,95 23,17 81,34
А 0-35 5,52 7,43 11,98 69,29
6 Лугово-болотная АВд 35-51 6,07 4,16 14,47 63,26
Вд 51-69 6,54 0,53 50,15 63,26
Серая лесная глеевая А1А2 5-12 5,35 4,12 22,28 72,30
7 В1д 12-25 5,71 2,14 12,62 51,21
В2д 25-45 7,29 2,14 17,57 66,28
Наиболее благоприятными агрохимическими свойства обладают черноземы оподзоленные, по сравнению с остальными типами почв представленными на данной территории. Тем не менее, в настоящее время они также подвержены деградации в результате нерационального использования, территории занимаемые данным типом почв являются старопахотными и находятся в залежи. Так, в различных точках отбора данного типа почвы содержание гумуса в горизонте А колеблется от 4 до 5 %, что характеризует их как малогумусные. Реакция почвенного раствора оцени-
вается как кислая, либо сильно кислая, причиной этого являются генетические особенности данного типа почв, а так же внесение кислых минеральных удобрений во время использования пашни данных участков в сельскохозяйственном обороте в свое время (предположительно до 20052008 года). Содержание подвижных элементов питания растений (Р205 и К20) характеризуется как среднее и высокое, что также подтверждает предполагаемое применение минеральных удобрений на данных территориях, так как при активном сельскохозяйственном использовании
Таблица 2
Значения ПЭн н характеристика состояния почвенного покрова
Точка мони- Почва ПЭн Характеристика состояния поч-
торинга венного покрова
1 Чернозем оподзоленный 49 Удовлетворительное
2 Темно-серая лесная 52 Удовлетворительное
3 Чернозем оподзоленный 44 Удовлетворительное
4 Дерново-подзолистая 35 Напряженное
5 Серая лесная 40 Напряженное
6 Луговая 47 Удовлетворительное
7 Луговая 41 Удовлетворительное
8 Лугово-болотная 35 Напряженное
9 Темно-серая лесная горная 32 Напряженное
10 Чернозем оподзоленный 51 Удовлетворительное
11 Темно-серая лесная 45 Удовлетворительное
12 Темно-серая лесная 49 Удовлетворительное
13 Дерново-подзолистая 31 Напряженное
14 Серая лесная глеевая 25 Напряженное
данные показатели должны снижаться, например, как содержание гумуса.
К почвам с благоприятными агрохимическими свойствами также относятся темно-серые лесные. Содержание гумуса в них колеблется от 3 до 5 %, что, как и в предыдущем случае, предопределяется их использованием под пашню в свое время. Реакция почвенного раствора характеризуется как кислая, что обусловлено их генетическими особенностями. Содержание доступного для растений калия оценивается как высокое. Содержание доступного Р205 в зависимости от местоположения участка оценивается низкими, средними и высокими значениями. Причинами таких показателей является их нерациональное использование. Также к данному типу почв относятся серые лесные. Содержание гумуса в них изменяется от 3 до 4 %, характеризуются кислой реакцией почвенного раствора, а также низким содержанием Р205, особенно серой лесной глеевой, что связано с уровнем ее гидроморфизма.
Луговая почва характеризуется высоким накоплением гумуса до 11 %, который, как правило, представлен слабоминерализованными остатками растительного вещества (надземной и подземной мортмассой). Данный тип почвы характеризуется невысоким содержанием подвижного фосфора, накопление которого связано с его гидротермическими особенностями, тем не менее, содержание калия оценивается как высокое.
Дерново-подзолистые почвы расположены под хвойно-лиственными лесами. Для данных почв отмечается низкое содержание гумуса от 2 до 4 % верхней физико-химической зоны. При этом отмечается высокое содержание подвижного фосфора, что обусловлено содержанием в их минеральной части фосфорсодержащих пород по типу апатита. Реакция почвенного раствора кислая, либо слабокислая, подкисление происходит за счет лиственного и хвойного опада, что, в общем, связано с генетическими свойствами данного типа почвы.
Карта-схема 1. Расположение почв с проведенной почвенно-жологнческой оценкой относительно горного отвода «Бунгурского» угольного разреза
На основании приведенных агрохимических и физико-химических свойств почв рассчитан почвенно-экологический индекс (ПЭи) на территориях, прилегающих к техногенно-нарушенным участкам.
Показатели ПЭи соответствуют следующим значениям экологического состояния почвенного покрова территорий [Шипилова и др., 2011]:
более 90 баллов - благополучное экологическое состояние; от 90 до 60 - хорошее; от 60 до 40 - удовлетворительное; от 40 до 20 - напряженное; менее 20 - близкое к критическому. Почвенно-экологическая оценка природных ландшафтов на основании методики расчета ПЭи показала, что
их состояние характеризуется как напряженное либо удовлетворительное. Напряженное состояние характерно для слаборазвитых горных почв (темно-серая лесная горная) или почв с развитым гидроморфизмом (лугово-болотная, серая лесная глеевая), а так же для почв с направленным подзо-лообразовательным процессом (дерново-подзолистая, серая лесная). Удовлетворительным состоянием характеризуются почвы черноземного ряда (чернозем оподзоленный, темно-серая лесная, луговая).
Такое состояние почв на исследуемых территориях обусловлено, прежде всего, их генезисом, а также агрогенной нагрузкой в прошлом (чернозем оподзоленный, темно-серая
лесная). Также снижение почвенно-экологического индекса на территориях расположенных у подножий отвалов связано с привносом на их поверхность вскрышного материала, а также поступлением веществ с геохимическим стоком с поверхности отвалов и пылепереносом. В некоторых случаях, происходит перекрытие отвалами естественных надземных и внутрипочвенных водотоков, что приводит к поднятию грунтовых вод на одних локальных участках, и иссушению других. Тем не менее, максимальному воздействию подвержены территории, расположенные у подножий отвалов, по мере удаления от отвалов прессинг снижается. Следует также отметить, что исследуемая территория находится в зоне воздействия и перекрытия как ранее нарушенных территорий, так и активной
1. Добровольский Г.В., Гришина Л.А., Розанова Б.Г., Торгульян В.О. Влияние человека на почву как компонент биосферы. // Почвоведение. - 1985. - №12. - С. 55 -65.
2. Ковда В.А. Биогеохимические циклы в природе и их нарушение человеком. -М. : Наука, 1975. -72 с.
3. Ковда В.А. Почвенный покров как компонент биосферы. // Вести. АН СССР, 1973. - № 9. - С. 16 - 26.
4. Перельман А. И. Геохимия ландшафта. - М.: Наука, 1975. - 341 с.
разработки соседних участков, что не позволяет достаточно четко выделить границу и степень воздействия на окружающую среду в целом угольного разреза «Бунгурский».
Таким образом, влияние угольного разреза «Бунгурский» на почвенно-экологическое состояние в районе ведения горных работ и на прилегающих территориях оценивается в настоящий момент как удовлетворительное и предопределяется изначальными свойствами почвенного покрова данных ландшафтов, а также агрогенной нагрузкой в прошлом. Тем не менее, на данных территориях требуется постоянный мониторинг геоэкологического состояния для выявления нарушений свойств и режимов почвенного покрова в результате разработки угольного месторождения.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Потапов В.П., Мазикин В.П., Счастливцев Е.Л., Вашлаева Н.Ю. Геоэкология угледобывающих районов Кузбасса. - Новосибирск: Наука, 2005. - 650 с.
6. Шипилова А.М., Беланов И.П., Ан-дроханов В.А. Техногенез и экогенез почвенного покрова промышленно развитого региона. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. - 220 с.
7. Шишов Л.Л., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ефремов В.В. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв. - М.: ВО «Агропромиздат» - 1991. -307 с. ЕПЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Семина Ирина Сергеевна - кандидат биологических наук, доцент кафедры открытых горных работ, [email protected],
Шипилова Ася Максимовна - старший преподаватель кафедры «Геологии и геодезии», Сибирский государственный индустриальный университет,
Беланов Иван Петрович - кандидат биологических наук, младший научный сотрудник Института почвоведения и агрохимии СО РАН, [email protected]
А
