Агроэкологическая оценка интенсивности антропогенно-измененных серых лесных почв

Введение. Почвы, в которых результаты деятельности человека выявляются через морфологические и/или аналитические в отдельных свойствах почв или их сочетаниях, вплоть до формирования нового горизонта, называют антропогенно-измененными [6]. При этом для анализа почвенных процессов и диагностики антропогенно-измененной почвы недостаточно указания вида воздействия, а требуется дополнительная информация о применяемых способах воздействия на почвы и сопутствующих агротехнических мероприятий. Вид хозяйственной деятельности определяет главное направление использования почв, что имеет значение при диагностике почв и разработке субстантивно-генетических классификаций, так как несмотря на естественный (природный) характер ряда сельскохозяйственных, лесохозяйственных, гидротехнических и некоторых других мероприятий, они имеют определенную географическую специфику [10]. Во многих случаях, будучи аналогичными действию природных факторов, они вызывают развитие почвенных процессов, характерных для данной зоны и условий рельефа, усиливая или ослабевая их. Возможны и другие ситуации, когда природноподобные воздействия создают среду, отличающуюся от зональных природных обстановок. Такие виды воздействия называют природоподобными, но не соответствующими данным конкретным условиям [1, 2].

Почти все почвы Земли в большей или меньшей степени подвержены антропогенным воздействиям: от минимальных, связанных с изменениями в соотношении парниковых газов в атмосфере (условно природные почвы), до почти полного уничтожения при добыче полезных ископаемых или на строительных объектах. Как правило, виды антропогенных воздействий сочетаются друг с другом или сменяют друг друга во времени. В ряду почв от естественных через антропогенно-измененные до антропогенных имеется много переходных образований, различающихся соотношениями естественных и антропогенных элементов строения профиля и его отдельных горизонтов. Если отложенный субстрат не преобразован почвообразованием в силу малого времени или ограничений для биоты, то рассматриваемый объект не может быть отнесен к почвам, и его называют как техногенные, поверхностные образования – ТПО [3]. Для них характерным является отсутствие генетических почвенных горизонтов, а также признаки педогенных структур, аккумулятивных, иллювиальных и других почвенных процессов, за исключением очень слабого поверхностного фрагментарного преобразования субстрата. С течением времени в ТПО начинают формироваться почвенные признаки, развиваться генетические горизонты, и они постепенно превращаются в почву.

Площадь земель, нарушенных добычей полезных ископаемых, карьерами разного назначения по данным государственного учета составляет 0,01-0,02% территории России [5]. Наибольшие нарушения имеют место при разработке месторождений полезных ископаемых, их переработке и геологоразведочных работах, на торфоразработках и в строительстве. Значительный ущерб наносят карьеры по добыче минерального грунта и нерудных материалов. Крупные ареалы нарушений, связанных с добычей полезных ископаемых (строительного песка), отмечаются на территории Орловской области [7-9].

Цель исследования: установить степень антропогенной преобразованности серых лесных почв земель сельскохозяйственного назначения при разработке месторождений строительного песка карьерным способом.

При этом решению подлежат следующие задачи:

• -    Оценить степень преобразованности серых лесных почв сельскохозяйственных земель в результате добычи строительного песка карьерным способом, а именно в ряду почв от естественных через антропогенно-измененные до антропогенных с выделением переходных образований, различающихся соотношениями естественных и антропогенных элементов строения профиля и его отдельных горизонтов до техногенных, поверхностных образований – ТПО, незатронутых почвообразованием.

• -    Установить степень изменения показателей плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения по величине pH; содержанию органического вещества (гумуса); характер обеспеченности доступными формами K 2 O и P 2 O 5 в связи с преобразованием и уничтожением плодородного слоя серой лесной почвы при добыче строительного песка.

• -    Выявить характер изменения гранулометрического (зернового) состава серых лесных почв в ряду от естественных через антропогенно-измененные до антропогенных, называемых, как техногенные, поверхностные образования – ТПО.

Объекты и методы исследования: исследования проводились на земельном участке сельскохозяйственного назначения с кадастровым номером 46:03:130711:11 площадью 30 000 м², расположенного по адресу: Курская область, Пристенский район, Ярыгинский с/с, с почвенными пробами серых лесных почв и техногенноповерхностных образований, отобранных на глубине 0-5 см и 5-20 см.

Определение pH солевой вытяжки выполняли по ГОСТ 26483-85-Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение её pH по методу ЦИНАО.

Гранулометрический и микроагрегатный состав определяли по ГОСТ 125362014-Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава почвы.

Содержание подвижных соединений обменного калия и подвижного фосфора выполняли по ГОСТ Р 54650-2011-Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.

Отбор почвенных образцов осуществляли согласно ГОСТ 17.4.3.01-2017 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб». Для отбора проб почвы использовали лопату копательную остроконечную «ГОСТ 19596-87».

На основании результатов исследования почвенных проб, взятых на территории земель сельскохозяйственного назначения, нарушенных проведением работ по добыче строительного песка карьерным способом и допущенного вреда серым лесным почвам выкопкой карьера и нанесением с перемешиванием отвалов песка и извлеченной грунтовой минеральной массы с плодородным слоем, уничтожением плодородного слоя почвы (табл. 1) доказаны значительные изменения как в строении почвенного профиля, так и в составе и свойствах отдельных генетических горизонтов почвы.

Таблица 1 – Влияние степени антропогенных воздействий на состав и свойства серых лесных почв

Степень преобра-зованнос ти почвы	pH сол.	Гумус, %	Обменный K 2 O	Подвижный P2O5	Гранулометрический состав (зерновой), размер фракций мм,%
			мг/кг		>10	10-5	5-2	2-1	1-0.5	<0.5
Ненарушенная серая лесная почва	5,1 ±0,1	4,6±0,7	143 ±14	140±28	3,2	6,2	8,1	19,2	27,3	36,0
Антропогенно-измененная серая лесная почва	7,5 8,5	1,9±0,5	106 ±11	70±21	45,6	14,0	11,2	8,6	6,0	14,6
Техноген-но-поверхно стное образова ние (ТПО)	8,5 8,7	0,4±0,1	67 ±10	6±2	64,2	16,9	6,2	4,2	3,2	5,3

Исследованиями доказаны изменения в генетическом строении профиля серых лесных почв, нарушенных антропогенными воздействиями по добыче строительного песка карьерным способом. Установлены переходы в ряду почв от естественных (ненарушенная серая лесная почва) через антропогенно-измененную серую лесную почву до переходных образований, незатронутых почвообразованием в силу малого времени, называемых как техногенные, поверхностные образования – ТПО. Для них, техногенных, поверхностных образований – ТПО, характерным является отсутствие генетических почвенных горизонтов, а также признаков педогенных структур, аккумулятивных, иллювиальных и других почвенных процессов, за исключением очень слабого поверхностного фрагментарного преобразования субстрата. Можно предположить, что только с течением времени в подобных техногенных образованиях начнут формироваться почвенные признаки, развиваться генетические горизонты с постепенным превращением в почву.

Аналитическими исследованиями почвенных и техногенных проб, взятых с нарушенных территорий земель, доказано резкое изменение реакции среды в анализируемых пробах почвы и ТПО от слабокислой среды pHсол. 5,1 в контрольной ненарушенной пробе почвы в сторону увеличения ее щелочности до pHсол. 7,5-8,5 в антропогенно-измененной серой лесной почве и сильнощелочной при pH более 8,5 в техногенно-поверхностных образованиях. Именно это обстоятельство является причиной резкого ухудшения свойств серых лесных почв – в растениях нарушается обмен веществ, снижается растворимость и доступность фосфатов, соединений железа, меди марганца, бора, цинка. При щелочной реакции среды в почвенном растворе появляются токсичные для растений вещества, а корневые волоски растений испытывают щелочной ожог, что негативно отражается на их развитии. Щелочные почвы характеризуются отрицательными агрофизическими свойствами в связи с сильной пептизацией почвенных коллоидов и растворением гумусовых веществ [4]. Такие почвы обесструктуриваются, приобретают высокую липкость во влажном состоянии и твердость в сухом, отличаются плохой фильтрацией и неблагоприятным водно-воздушным режимом.

Установлено значительное ухудшение гумусового состояния серых лесных почв нарушенного земельного участка, подтверждаемое резким снижением количества органического вещества в 2 и 11,6 раза в сравнении с количеством гумуса в контрольной ненарушенной почве. Так, в анализируемых пробах почвы содержание органического вещества снизилось до 0,4%, в пробах, взятых на территории техногенно поверхностных образований в сравнении с содержанием органического вещества 4,6% в контрольной пробе ненарушенной почвы, степень снижения органического вещества составила 4,2% или 91% от исходного количества гумуса в ненарушенных почвах. Таким образом, в 53% анализируемых почвенных проб органическое вещество практически полностью уничтожено. В пробах почвы, взятых на территории антропогенно-измененной серой лесной почвы, количество органического вещества в среднем составило 1,9%, что в 2,5 раза ниже количества гумуса в ненарушенных почвах контрольного варианта. Доказанные величины и степень утраты органических веществ обусловливают резкое ухудшение производительной способности почв и ее эколого-биологической устойчивости при резком возрастании энерго-экономических затрат на обработку и использование почвы.

Доказано ухудшение питательного режима серой лесной почвы, измененной антропогенными воздействиями, в связи с уменьшением количества подвижного фосфора с 140 мг/кг в ненарушенных пробах серой лесной почвы, то есть от средней степени обеспеченности, до низкой степени обеспеченности в 70 мг/кг в пробах антропогенно-измененной почвы и до очень низкой степени обеспеченности (6 мг/кг) в техногенно-поверхностных образованиях, незатронутых процессами почвообразования, то есть до очень низкой и низкой степени обеспеченности подвижными фосфатами в почвах и почвообразованиях нарушенных карьерными работами территорий земель. В содержании обменного калия доказано снижение его количества со 143 мг/кг или повышенного уровня обеспеченности в контрольных незатронутых карьерными работами серых лесных почвах до 106 мг/кг или средней степени обеспеченности в антропогенно-измененных серых лесных почвах до 67 мг/кг или низкой обеспеченности обменным калием в техногенно-поверхностных образованиях земель нарушенных карьерными работами.

Установлены изменения в гранулометрическом составе почвы в связи с уменьшением фракций менее 0,5 мм с 36,0% в пробах серых лесных почвах ненарушенных территорий до 14,6% в пробах антропогенно-измененной серой лесной почвы, что обусловливает увеличение плотности почвы и ухудшения ее водно -воздушного режима, а именно, возникновения опасности застоя влаги и резкого снижения биологической активности почвы, что ухудшает условия роста и развития растений. Самое низкое содержание фракций частиц менее 0,5 мм составило в пробах техногенно-поверхностных образований и достигало 5,3%. При этом доказано возрастание фракций механических элементов более 10 мм, достигающих 45,6% в антропогенно-измененной серой лесной почве и 64,2% в техногенно-поверхностных образованиях, что превышало количество фракций анализируемых механических элементов в ненарушенных пробах почвы в 14,3 и 20,1 раза в сравнении с содержанием фракции агрегатов более 10 мм в антропогенно-измененных и техногенно-поверхностных образований.

Заключение:

• •    Установлено влияние земляных работ по добыче строительного песка на изменение серых лесных почв от естественных до антропогенно-измененных и переходных образований, различающихся соотношениями естественных и антропогенных элементов строения профиля и его отдельных горизонтов.

• •    Исследованиями доказано формирование переходных образований, незатронутых почвообразованием, называемых как техногенные, поверхностные образования - ТПО в результате выполнения земляных работ по добыче

строительного песка карьерным способом на серых лесных почвах земель сельскохозяйственного назначения.

Доказано резкое изменение реакции среды в серых лесных почвах с разной степенью антропогенного воздействия от слабокислой среды pH сол. 5,1 в контрольной ненарушенной пробе почвы в сторону увеличения ее щелочности до pH сол. 7,5-8,5 в антропогенно-измененной серой лесной почве и сильнощелочной реакции среды pH более 8,5 в техногенно-поверхностных образованиях.

Установлено значительное ухудшение гумусового состояния серых лесных почв земельного участка, нарушенного карьерными работами, подтверждаемое резким снижением количества органического вещества с 4,6% в контрольной ненарушенной почве до 1,9% в пробах антропогенно-измененной почвы и 0,4% в пробах техногенно- поверхностных образований нарушенных земель.

Доказано ухудшение питательного режима серой лесной почвы, измененной антропогенными воздействиями, подтверждаемое снижением количества подвижного фосфора с 140 мг/кг в ненарушенных пробах серой лесной почвы до низкой степени обеспеченности 70 мг/кг в пробах антропогенно-измененной почвы и очень низкой степени обеспеченности (6 мг/кг) в техногенно-поверхностных образованиях.

Показано изменение в содержании обменного калия: снижение со 143 мг/кг в контрольных незатронутых карьерными работами пробах серых лесных почвах до 106 мг/кг в антропогенно-измененных серых лесных почвах и до 67 мг/кг в техногенно-поверхностных образованиях земель, нарушенных карьерными работами.

Выявлено влияние выполнения карьерных работ по добыче строительного песка на изменение гранулометрического (зернового) состава серых лесных почв и техногенно-поверхностных образований, подтверждаемое резким уменьшением фракций менее 0,5 мм с 36% в ненарушенных пробах почвы до 5,3 % в пробах техногенно-поверхностных образований и увеличением в них до 64,2% фракций размером более 10 мм.