CC BY
63
УДК 631.484
Н.Г. Коронатова, Е.В. Миляева
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирск Сибирская Государственная Геодезическая Академия, Новосибирск
ВЛИЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛОДЫХ ПОЧВ ВЫРАБОТАННЫХ КАРЬЕРОВ
В статье рассмотрено влияние растительного покрова на гидротермические свойства и объемный вес почвенно-грунтовых толщ выработанных песчаных и супесчаных карьеров в подзоне северной тайги Западной Сибири. Для молодых почв карьеров характерны глубокое прогревание в летний период и низкие значения влажности. Сомкнутый растительный покров способствует снижению прогревания и некоторому увеличению влажности песчаных толщ. Почвенно-грунтовые толщи карьеров уплотнены, развитие растительности приводит к снижению объемного веса за счет разрыхляющего действия корневой системы и накопления органических остатков.
N.G. Koronatova
Institute of Soil Science and Agrochemistry, SB RAS 18 Sovetskaya ul., Novosibirsk, 630099, Russia E.V. Milyaeva
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
INFLUENCE OF VEGETATION ON PHYSICAL PROPERTIES OF DEVELOPING SOILS IN POST-MINED QUARRIES
In the paper the influence of vegetation on hydrothermal properties and density of developing soils in sandy and sandy loam quarries in the northern taiga of Western Siberia is considered. Developing soils in these quarries are characterized by deep warming up and low values of moister. Vegetative cover of high compactness cause decreasing of warming and some increasing of moister values in sandy soils. Developing soils of quarries are characterized by the high density, and plant cover resulted in decline of density estimates due to unconsolidated effect of roots and organic remains accumulation.
Развитие почвенно-растительного покрова в ходе первичной сукцессии представляет как теоретический, так и практический интерес в плане разработки способов рекультивации нарушенных земель. В подзоне северной тайги Западной Сибири типичным техногенным ландшафтом являются выработанные песчаные карьеры, являющиеся полигоном, на котором развивается первичная сукцессия. В ходе сукцессии вынесенные на дневную поверхность четвертичные песчаные породы заселяются живыми организмами, и здесь происходит формирование молодых почв.
Цель данной статьи - рассмотреть, как развитие растительности влияет на физические свойства молодых почв в выработанных песчаных карьерах северной тайги Западной Сибири.
Объектами исследования были самозарастающие карьерные выработки, расположенные возле г. Ноябрьска (63ос.ш., 75о в.д.) и характеризующиеся
разным временем зарастания (разным возрастом). Исследования проводились на пяти карьерах, возраст которых в начале исследования был следующим:
1-летний (К1): песчаный с очень разреженным травяным фитоценозом, общее проективное покрытие (ОПП) 5-10 %, частично отсыпан торфом, на дне карьера образовалось несколько небольших водоемов из-за выхода грунтовых вод;
7-летний (К7): супесчаный с разнотравно-злаковым фитоценозом, ОПП 25-30 %, на дне образовалось озеро из-за выхода грунтовых вод;
15-летний (К15): песчаный с сосновым древостоем без травяного покрова, ОПП 15 %, грунтовые воды расположены глубоко;
20-летний (К20): песчаный с вейниковым фитоценозом (ОПП 90 %), на дне образовалось озеро, карьер ранее использовался для складирования бытовых и строительных отходов;
20-летний (К21): супесчаный с березовым древостоем без травяного покрова, ОПП 70-80 %, грунтовые воды расположены глубоко.
Площадь карьеров 3-21 га, их дно расположено ниже уровня дневной поверхности на 4-7 м. Обнажившиеся породы, на которых происходит поселение растительности и развиваются почвенные процессы, представлены четвертичными песками и супесями. Все карьеры, за исключением К21, спланированы и выположены, угол наклона их бортов не превышает 18о.
На каждом карьере несколько раз за вегетационный период в течение трех лет делались почвенные разрезы для определения влажности термовесовым методом, а также определялась температура почвенно-грунтовых толщ термометрами Савинова. Единожды за время изучения в двукратной повторности отбирались пробы для определения объемного веса цилиндрами-бурами Качинского [Вадюнина, Корчагина, 1973].
Карьеры с травяным фитоценозом
Карьеры с лесным фитоценозом
глубина, см
Рис. 1. Усредненные за три года значения летних температур почвенногрунтовых толщ карьеров, °С
Значения температуры, полученные для почвенно-грунтовых толщ карьеров, свидетельствуют о глубоком прогревании песчаных пород в летний период (рис. 1). Наиболее прогретым был верхний слой, с глубиной температура постепенно уменьшалась, но и на глубине 70-80 см составляла больше 10 оС. Период активных температур (< 10 оС) продолжался в течение всего времени наблюдений: с конца июня до конца августа. В верхнем
К 20
К 7
К 15
десятисантиметровом слое в июне температура была от 11 до 19 оС, в июле - от 12 до 21 оС, в августе - от 13 до 17 оС на разных карьерах в разные годы. Температура на поверхности почвы иногда оказывалась сниженной по сравнению с верхним горизонтом, что объясняется охлаждающим влиянием ветра. Среди карьеров с травяной растительностью наиболее прогретой была почва К20, что можно объяснить отепляющим действием растительных остатков в ней. Самыми холодными оказались почвы К1 в связи с теплоизолирующим влиянием торфяного слоя, а также почва К21, где ее поверхность была полностью затенена деревьями. В целом, по степени уменьшения прогреваемости почвенно-грунтовых толщ, карьеры можно расположить в следующей последовательности: карьер с разреженным
сосновым древостоем К15 - карьеры с травяным фитоценозом К20 и К7 -карьер с сомкнутым березовым древостоем К20 - самый молодой карьер с торфяной отсыпкой К1 . Таким образом, развивающийся на карьерах растительный покров, а также наличие теплоизолирующего торфяного слоя способствуют снижению степени прогретости почвенно-грунтовых толщ карьеров.
Карьеры с травяным фитоценозом Карьеры с лесным фитоценозом
глубина, см
-К 20
-К 7
Рис. 2. Усредненные за три года значения влажности почвенно-грунтовых толщ
карьеров в летние периоды, %
Влажность почвы на К1 с разреженным растительным покровом (рис. 2) в почвообразующей породе была низка (в среднем от 2 до 7 %), в слое торфа отмечались максимальные значения влажности, которые в зависимости от конкретных погодных условий варьировали в очень широком диапазоне: от 11 до 41 %. На более заросшем К7 влажность была несколько выше (2-10 %, и до 14 % в отдельных слоях), в связи с супесчаным составом почвенно-грунтовой толщи и, возможно, затенением растительностью. На К15 с разреженным сосновым древостоем график влажности отражает двучленный характер породы и типичен для случая, когда мелкопористая порода подстилается крупнопористой [Роде, 1955]. При этом суглинистый слой дополнительно
играет роль водоупора, поэтому значения влажности резко возрастали в слое 0-50 см. Ниже 50 см на данном карьере значения влажности были минимальны и не превысили 1-3 %. На К21 с сомкнутым березовым древостоем супесчаный характер пород обусловливает более высокие значения влажности, которые варьировали от 4 до 13 %. Здесь имелось небольшое увеличение влажности в верхних 20-30 см в связи с накоплением органического вещества. На К20 с сомкнутым вейниковым фитоценозом были отмечены наиболее высокие значения влажности по сравнению с другими карьерами: от 4 до 19 %. Здесь проявлялась тенденция к увеличению влажности с глубиной в связи с близким залеганием грунтовых вод (от 100 до 120 см в разные годы) и влиянием капиллярной каймы. Повышение влажности в верхнем слое почвенногрунтовой толщи данного карьера может быть связано с большей долей мелкопесчаной фракции и физической глины, влиянием сомкнутого растительного покрова и большим накоплением органического вещества. Таким образом, влажность молодых почв зависела от гранулометрического состава, содержания физической глины, растительности и наличия органического вещества и изменялась в разные месяцы и годы в зависимости от погодных условий. Растительность оказывала влияние на влажность почв в верхнем двадцатисантиметровом слое на тех карьерах, где ОПП было выше 50 %.
Объемный вес (ОВ) зависит от плотности укладки структурных элементов, содержания органического вещества и пористости [Гаель, Смирнова, 1999]. Объемный вес в зональных альфегумусовых почвах проявляет тенденцию увеличиваться с глубиной [Добровольский, Никитин, Афанасьева, 1981]. Так, в зоне северной тайги на Кольском полуострове на иллювиально-гумусных песчаных и супесчаных подзолах ОВ увеличивается с глубиной от 1,13 до 1,54
-5
г/см [Семко, 1980]. В нашем случае изменения значения ОВ по профилю индивидуально для каждого карьера и зависит от гранулометрического состава пород, а также от плотности упаковки и степени развития растительного покрова (табл. 1). Для всех карьеров характерны повышенные значения ОВ по сравнению с зональными почвами в связи с уплотнением породы при эксплуатации и планировке карьеров. Таким образом, зональные черты присутствуют только в почве двадцатилетнего травяного карьера К20, где происходит увеличение ОВ с глубиной.
-5
Таблица 1 Объемный вес почвенно-грунтовых толщ карьеров, г/см
Глубина, см К1 К7 К15 К21 К20
0-5 0,82 1,55 1,40 1,26 1,53
20-30 1,59 1,78 1,37 1,28 1,50
50-60 1,46 1,64 1,52 1,31 1,61
70-80 1,56 1,63 1,49 1,31 1,74
На песчаных карьерах К1 и К15 минеральная порода имела ОВ от 1,37 до
-5
1,59 г/см , что типично для песка (см. табл. 1). Уменьшение ОВ на глубине 30 см карьера К15 связано с наличием суглинистой прослойки. На песчаном
-5
карьере К20 наблюдалось увеличение ОВ с глубиной до 1,74 г/см в связи с
накоплением соединений железа и наличием горизонта железистого иллювия. На К7 значения ОВ достаточно велики и составляют от 1,55 до 1,78 г/см , что связано с гексагональной укладкой частиц, уплотненностью и уменьшенной пористостью. Максимальное значение на глубине 20-30 см связано с наличием горизонта железистого иллювия. На супесчаном карьере К21 значения ОВ были
-5
самыми низкими (1,26-1,31 г/см ) в связи с суглинистым составом, разрыхляющим действием корневой системы деревьев и наличием органических остатков.
Растительность, которая поселяется и развивается на песчаных и супесчаных карьерах северной тайги, с первых же лет сукцессии начинает оказывать влияние на физические свойства среды своего обитания, в частности почвенно-грунтовых толщ, и изменять их. Известно, что зональные почвы характеризуются слабым прогреванием в летний период и повышенной увлажненностью. Почвенно-грунтовые толщи карьеров, напротив, хорошо прогреваются и имеют чрезвычайно низкие значения влажности. Поселяющаяся растительность, затеняя поверхность песка, обусловливает меньшее прогревание и увеличение увлажненности молодых почв, то есть способствует постепенному изменению их гидротермических свойств в сторону зональных почв.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почв и грунтов [Текст] / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина // Методы исследования физических свойств почв и грунтов: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1973. -- 416 с.
2. Гаель, А.Г. Пески и песчаные почвы [Текст] / А.Г. Гаель, Л.Ф. Смирнова // Пески и песчаные почвы. - М.: ГЕОС, 1999. - 252 с.
3. Добровольский, Г.В. Таежное почвообразование в континентальных условиях [Текст] / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин, Т.В. Афанасьева // Таежное почвообразование в континентальных условиях. - М.: Изд-во МГУ, 1981. - 216 с.
4. Роде, А.А. Водные свойства почв и грунтов [Текст] / А.А. Роде // Водные свойства почв и грунтов. - М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 132 с.
5. Семко, А.П. Гидротермический режим целинных и окультуренных почв северной тайги Кольского полуострова [Текст] / А.П. Семко // Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - Л., 1980. - 24 с.
© Н.Г. Коронатова, Е.В. Миляева, 2010
