CC BY
12
Рис. 7. Кадастровые кварталы земельных участков, через которые протекает река Ташеба
Библиографический список
1. Махрова, М. Л. Ташеба / М. Л. Махрова // Энциклопедия Республики Хакасия. В 2-х т. Т. 2. О-Я / гл. ред. В. А. Кузьмин. - Красноярск: Поликор, 2008. - С. 320.
2. Алекин, О. А. Основы гидрохимии: учебное пособие для вузов / О. А. Алекин. - М.: Гидрометеоиздат, 1989. - 345 с.
3. Макрушин, А. В. Биологический анализ качества вод: учеб. пособие для студентов вузов / А. В. Макрушин. - М.: Изд-во АН СССР, 1974. - 60 с.
4. Садчиков, А. П. Гидроботаника: прибрежно-водная растительность: учеб. пособие для студентов вузов / А. П. Садчиков, - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 240 с.
5. Кузнецова, М. А. Методы биоиндикации водных экосистем: учеб. пособие / М. А. Кузнецова. - Н. Новгород: Изд-во НГГУ, 1995. -74 с.
6. Публичная кадастровая карта. - URL: http://maps.rosreestr.ru/PortalOnline (дата обращения 22.03.2013). © Ташкина О. И., Кырова С. А., 2013
УДК 631.41 (48)
СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ГУМУСЕ ТЕХНОГЕННО НАРУШЕННЫХ ПОЧВ ВОСТОЧНО-БЕЙСКОГО УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА
И. С. Швабенланд, А. С. Зуева
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
В статье характеризуется специфика техногенно нарушенных почв, сформированных на отвалах вскрышных пород Восточно-Бейского угольного разреза. Показано содержание подвижного органического вещества в гумусе эмбриозёмов и зональных почв. На основе классификации В. А. Андроханова выделены различные типы эмбриозёмов.
Ключевые слова: почва, эмбриозём, эмбриозём инициальный, эмбриозём гумусово-аккумулятивный, эмбриозём дерновый, гумус, водорастворимый углерод, гуминовые и фульвокислоты, щелочнорастворимый углерод, органическое вещество.
Кризисная экологическая ситуация, сложившаяся в ряде регионов Земли, стала к настоящему времени очевидной. К числу наиболее острых проблем с неизбежностью приходится отнести деградацию почв и разрушение почвенного покрова, в результате чего происходят потери гумуса, приводящие к снижению плодородия, устойчивости почв к эрозии, флуктуациям водного режима, химическому и бактериальному загрязнению экосистем. По своей специфике техногенными ландшафтами следует считать ландшафты, особенности формирования и структуры которых обусловлены производственной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств. Другими словами, техногенный ландшафт - это результат техногенной трансформации естественного ландшафта. Очевидно, что степень преобразованности естественного ландшафта даже одним и тем же способом может быть различной. К примеру, в одних случаях может нарушаться только
растительный покров, в других - почвенный покров. Примером таких ландшафтов можно считать отвалы вскрышных и вмещающих пород каменноугольных разрезов.
Объектом нашего исследования явились техногенно нарушенные почвы отвалов вскрышных пород Восточ-но-Бейского угольного разреза. Цель - изучить содержание подвижного органического вещества в гумусе тех-ногенно нарушенных почв района исследования.
Бейское месторождение каменного угля расположено в южной части Минусинского каменноугольного бассейна, на правом берегу реки Абакан. Мощность вскрышных пород варьируется от 9 до 34 м. Естественная последовательность смены слоёв вскрыши представлена угольными пластами, которые перекрываются слоями гальки, песчаника, алевролита, суглинков. Вскрышные породы различаются по гранулометрическому и химическому составу, обладают довольно высокой биологической активностью, обусловленной наличием в них органического вещества (0,03-1,27% углерода), валового (0,02-0,14%) и легкогидролизуемого (0,86-5,10 мг на 100 г) азота. Наибольшее количество органического вещества отмечено в породах, залегающих в непосредственной близости к пласту угля. Формирование растительного и почвенного покрова на отвалах происходит под влиянием окружающих высокопродуктивных естественных ландшафтов и агроценозов.
На основе полевых исследований - в соответствии с классификацией В. А. Андроханова (2005) [1] - нами были выделены следующие типы эмбриозёмов, характерных для угольных разрезов Хакасии: эмбриозём инициальный (ЭИ), эмбриозём органо-аккумулятивный (ЭО), эмбриозём гумусово-аккумулятивный (ЭГ) и эмбриозём дерновый (ЭД), встречающийся реже.
На пробных площадках (по 100 м2 каждая) методом конверта были заложены почвенные разрезы глубиной 0-70 см, в полевых условиях было проведено их морфологическое описание.
Основные агрохимические показатели по характеристике почв получены при помощи общепринятых методов [2, 3]. Содержание углерода гумуса в почвенных образцах определяли микрохромовым методом И. В. Тюрина [4]. Содержание подвижного органического вещества (ПОВ) в гумусе почв установлено: для водорастворимого (Сн2о) методом бихроматной окисляемости [3]; для щелочнорастворимого (СМа0Н и в его составе СГК, СФК), в 0,1 н КаОН-вытяжке, по И. В. Тюрину в модификации В. В. Пономаревой и Т. А. Плотниковой (1975) [4, 5].
По мнению В. В. Чупровой (1997), водорастворимыми органическими соединениями являются первоисточники гумусовых веществ, которые, как наиболее доступные, служат «затравочным» материалом для деятельности микроорганизмов в процессах разложения. К тому же они представляют собой смесь органических кислот, аминокислот, углеводов, соединений типа гуминовых и фульвокислот [6]. Содержание Сн2о в исследуемых нами экосистемах было определено с опорой на методику В. В. Чупровой.
Среднестатистическое отклонение содержания Сн2о в 0-10 см слое чернозёма обыкновенного достигает 113 мгС/100 г. Какие-либо закономерности среднестатистического содержания Сн2о в зональном ряду почв выделить трудно. Различия в содержании Сн2о под пологом различных видов растительности определяются скоростью и динамикой разложения опада и лабильного органического вещества (корни, мортмасса). Они связаны с такими характеристиками растительного материала, как его запасы, концентрация углерода и азота, соотношение С:К, способность к образованию и поддержанию определённого пула микробобиомассы (табл. 1).
Следует отметить, что количественные оценки Сн2о зависят от запасов Сгумуса в почвах. Как правило, чем выше величина Сгумуса, тем больше среднестатистическое значение Сн2о. Доля водорастворимых соединений в гумусе чернозёма обыкновенного под пологом полынно-кострецового разнотравья составляет 3,3-3,9 %.
Доля водорастворимых соединений в составе Сгумуса достигает в эмбриозёмах на отвалах вскрышных пород Восточно-Бейского угольного разреза в среднем от 0,7 до 2,9 %. Вероятно, это обусловлено интенсивным накоплением в почве запасов легкоминерализуемого растительного материала.
Таблица 1
Содержание водорастворимого углерода (Сн2о) в гумусе зональных почв травяных экосистем, мгС/100 г
Район исследования Почва Экосистема Глубина, см Х Sx S У,%
Бейский Чернозём Полынно-кострецово- 0-10 113 2 4 3
обыкновенный разнотравная 10-20 102 1 2 1
20-30 90 1 2 2
30-40 78 3 4 6
40-50 57 3 5 9
* Здесь и далее: X — среднее значение; S — стандартное отклонение; 5'х — ошибка среднего значения; V, % — коэффициент вариации.
В целом, содержание водорастворимых соединений углерода в эмбриозёмах на отвалах Восточно-Бейского угольного разреза небольшое, что можно объяснить меньшим поступлением надземных растительных остатков в почву.
Отметим, что вниз по профилю почв значения Сн2о уменьшаются. Кроме того, среднестатистическое содержание Сн2о в исследуемых почвах в 2009 году выше по сравнению с 2012 годом, что, скорее всего, связано с изменившимися гидротермическими условиями.
Подавляющую часть подвижного гумуса составляют соединения, извлекаемые 0,1 н КаОН. Щелочераство-римые органические соединения (СКаОН) являются уже продуктами гумификации и рассматриваются как «мо-
лодые» гумусовые кислоты [7]. Отметим, что содержание щелочнорастворимых гумусовых веществ в чернозёме обыкновенном относительно небольшое. Отсюда можно предположить, что чернозёмы уступают каштановым почвам по степени подвижности гумуса.
Содержание СМаОН в профиле чернозёма обыкновенного изменяется от 540 мг/100 г в слое 0-10 см до 280 мг/100 г на глубине 40-50 см. Это составляет 18-16 % от Сгумуса (табл. 2).
Таблица 2
Содержание щелочнорастворимого углерода (С^юд) в гумусе зональных почв, мгС/100 г
Район исследования Почва Экосистема Глубина, см Х Sx S У,%
Бейский Чернозём обыкно- Полынно-кострецово- 0-10 544 15 25 5
венный разнотравная 10-20 477 14 24 5
20-30 403 7 12 3
30-40 347 14 24 7
40-50 280 3 6 2
Вещества, осаждённые в щелочном гидролизате кислотой, можно рассматривать как молодые гуминовые вещества. Они содержат большое количество фенольных гидроксилов, амино- и амидогрупп, обогащены водородом и азотом, имеют упрощённое строение молекулы. Как видно из таблицы 3, соотношение запасов подвижных гуминовых и фульвокислот в зональных почвах травяных экосистем превышает единицу, что свидетельствует о преобладании подвижных гуминовых кислот по сравнению с фульвокислотами. Наиболее широкое отношение Сгк:Сфк наблюдается в обыкновенном чернозёме (табл. 4).
Таблица 3
Содержание органического вещества в гумусе зональных почв (% от Сгумуса)
Район исследования Почва Экосистема Глубина, см Сн2о С^аои Спов
Бейский Чернозём Полынно-кострецово- 0-10 4 19 22
обыкновенный разнотравная 10-20 4 18 22
20-30 4 17 20
30-40 3 15 19
40-50 3 16 20
Доля щелочегидролизуемых соединений гумуса в ряду эмбриозёмов на отвалах Восточно-Бейского угольного разреза достигает максимальной величины —38 % (табл. 5).
Таблица 4
Соотношение подвижных гуминовых и фульвокислот в зональных почвах
Район исследования Почва Экосистема Глубина мг/100 г Сгк:Сфк
Сгк Сфк
Бейский район Чернозём Полынно-кострецово- 0-10 357 183 1,95
обыкновенный разнотравная 10-20 307 170 1,81
20-30 273 130 2,10
30-40 250 120 2,08
Таблица 5
Доля щелочегидролизуемых соединений гумуса в эмбриозёмах на отвалах вскрышных пород Восточно-Бейского угольного разреза Хакасии
Объект исследования Глубина, см % Скаои от Сгум Средний % в 0-40 см
Эмбриозёмы на отвалах Восточно-Бейского угольного разреза 0-20 36 38
20-40 39
Таким образом, анализ данных указывает на то, что антропогенное воздействие приводит к значительному сокращению подвижной части органического вещества, особенно щелочегидролизуемых продуктов, что подтверждают исследования других учёных [8].
Содержание гумуса (Сгум) в почвах отражает потенциальное плодородие почв, а его подвижные соединения (СН2О и С^аон) - эффективное, так как от этого зависит степень плодородия, а отсюда и состояние нарушенно-сти почв. Гуминовые кислоты и фульвокислоты являются специфическими гуминовыми веществами, которые относятся к конечным продуктам гумификации. Их формирование и накопление характеризует наиболее существенные стороны почвообразования. Гуминовые кислоты (ГК) определяют плодородие почвы, устойчивость к разрушительным воздействиям, её протекторные и экологические функции.
В изученных нами эмбриозёмах все частицы скелета представлены обломками породы. Следует отметить, что в его составе нет почвообразующих макроагрегатов. Накопление органического вещества связано с количеством мелкозёма в породе. Так, в эмбриозёмах инициальных содержание углерода на старых отвалах вскрышных пород Восточно-Бейского угольного разреза колеблется в пределах от 0,3 до 0,8 %. Это количество углеро-
да может иметь педогенное и литогенное происхождение. Однако даже если весь углерод в инициальном эм-бриозёме унаследован от почвообразующей породы, то его общее содержание не будет превышать 2 % от массы мелкозёма. Предположительно при условии более или менее равномерного распределения углистого материала в техногенном элювии его количество в дерновых и гумусово-аккумулятивных эмбриозёмах не должно существенно отличаться от этого значения [9].
Растительные остатки на глубине 30-50 см в исследуемых эмбриозёмах полностью отсутствуют, поэтому в состав лёгких фракций могут входить продукты разложения и гумификации, вымываемые из верхних горизонтов. Важно отметить, что, кроме углистого материала, возможно присутствие в верхнем горизонте неспецифических органических соединений и беззольных гумусовых кислот, а также гетерополярных солей гуминовых кислот. Количество углерода в верхних горизонтах исследуемых эмбриозёмов превышает 2 %, возможно, это является результатом развития почвообразовательного процесса.
В работе Л. Н. Александровой (1980) [9] даётся классификация типов распределения органических компонентов в гумусовом слое почвы. В нашем случае такое распределение относится к неполноразвитому типу гумусового профиля. Такая же тенденция отмечена В. А. Андрохановым (2004) для эмбриозёмных почв Кузбасса [10]. Однако особенностью эмбриозёмов техногенных ландшафтов Хакасии является небольшая мощность гу-мусово-аккумулятивного горизонта, не превышающая 10-15 см, с высоким содержанием в них органического вещества [5, 6].
Рассмотрим распределение органического вещества в эмбриозёмах различных типов на разновозрастных отвалах вскрышных пород Восточно-Бейского угольного разреза (рис. а).
Распределение органического вещества в мелкозёме вниз по профилю инициальных эмбриозёмов на отвалах вскрышных пород происходит равномерно. Вероятно, это объясняется рельефом местности и слагающими породами.
В поверхностном слое эмбриозёма дернового содержание органического вещества составляет от 36 (на средневозрастных отвалах) до 45 % (на молодых отвалах). На глубине 35-40 см отмечено около 2 % содержания органического вещества. Отметим, что основная масса органических компонентов аккумулируется в пределах минерального профиля в горизонте Ад, гумусово-аккумулятивный горизонт отсутствует, а в переходном слое АдС обособления органических соединений имеют потёчную форму (рис. б).
Для дерновых эмбриозёмов характерно менее высокое содержание органических компонентов в горизонте Ад, так как развитие дернового процесса, как правило, сочетается с усилением интенсивности процессов разложения и гумификации растительных остатков.
В гумусово-аккумулятивных эмбриозёмах распределение углерода по профилю имеет менее контрастный характер, чем в дерновых. Содержание углерода в мелкозёме горизонта Ад здесь практически в 1,5-2 раза ниже и не превышает 12 %, а общее содержание органического вещества составляет 21-26 %. В изученных гумусово-аккумулятивных эмбриозёмах на глубине 10-15 см содержание углерода уменьшается до 7-9 %, а на глубине 35-40 см - до 1-2 % от массы мелкозёма (рис. в).
12
140
80
10
0 5 10152025 3035 40
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 10 20 30 40
глубина, см
а
б
в
Распределение по профилю содержания органического вещества в мелкозёме на отвалах вскрышных пород Восточно-Бейского угольного разреза: а) эмбриозёма инициального; б) эмбриозёма дернового; в) эмбриозёма гумусово-аккумулятивного
Такое распределение органических компонентов больше соответствует аккумулятивному неполноразвитому типу гумусового профиля. Поэтому гумусово-аккумулятивные эмбриозёмы техногенных ландшафтов Хакасии имеют минимальную мощность верхних гумусированных горизонтов и более высокое содержание в них органического вещества.
Таким образом, профильное распределение органического вещества в эмбриозёмах различных типов показывает, что посттехногенное почвообразование сопровождается эволюцией гумусового профиля, который на инициальной стадии соответствует неразвитому типу, на дерновой стадии - грубогумусовому типу, а на гуму-сово-аккумулятивной стадии - аккумулятивному неполноразвитому типу эмбриозёма. Такая направленность трансформации в целом соответствует и смене типов гумусового профиля в зонально-генетическом ряду почв по мере увеличения периода биологической активности.
Библиографический список
1. Андроханов, В. А. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка: автореф. дис. ... докт. биол. наук /
B. А. Андроханов. - Новосибирск, 2005. - 32 с.
2. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - С. 47-55.
3. Аринушкина, Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.
4. Тюрин, И. В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии / И. В. Тюрин. - М.: Наука., 1965. - 320 с.
5. Пономарёва, В. В. Определение группового и фракционного состава гумуса по схеме И. В. Тюрина в модификации В. В. Пономарёвой и Т. А. Плотниковой / В. В. Пономарёва, Т. А. Плотникова // Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - С. 47-55.
6. Чупрова, В. В. Углерод и азот в агроэкосистемах Средней Сибири. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 1997. - 166 с.
7. Чупрова, В. В. Легкоминерализуемое органическое вещество в почвах Средней Сибири / В. В. Чупрова, А. А. Белоусов, Н. Л. Кураченко, И. В. Люкшина // Современные проблемы почвоведения в Сибири: материалы Международной научной конференции, посвящённой 70-летию образования кафедры почвоведения в ТГУ В 2-х т. Т. 2 / под ред. А. В. Огородникова. - Томск: ТГУ, 2000 -
C. 468-471.
8. Титлянова, А. А. Запасы лабильного углерода в экосистемах Западной Сибири / А. А. Титлянова, Г. И. Булавко, С. Я. Кудряшова, М. В. Якутин, Н. П. Миронычева-Токарева // Почвоведение. - 1999. - № 3. - С. 332-341.
9. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. - Ленинград: Наука, 1980. - 261 с.
10. Андроханов, В. А. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов / В. А. Андроханов, Е. Д. Куляпина, В. М. Курачев // Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. - 151 с.
© Швабенланд И. С., Зуева А. С., 2013
