Аккумуляция биогенных элементов в искусственных лесных биогеоценозах техногенных ландшафтов

компоненты находятся в начальной стадии и обменные процессы в них замедлены, в сравнении с естественными экосистемами.

Методы и результаты исследования. Исследования проводились в культурах сосны ( Pinus sylvestris L.), созданных на отвалах вскрышных пород Назаровского угольного разреза [Шугалей, Чупрова, 2013; Бодикова, 2015]. Полевые, аналитические и камеральные работы выполнялись по принятым методикам [Аринушкина, 1970; Борцов, 2002; Карпачевский и др., 1980]. Разновозрастные культуры сосны на Восточном и Сереженском гидроотвалах, Бестранспортном отвале и старопахотных агросерых почвах имеют характерные для данного возраста высоту и диаметр, высокие запасы древесины и фитомассы, оцениваются Iа и I классом бонитета (табл. 1).

Морфотаксационная характеристика древостоев

Таблица 1

Распределение биофилов в сосновых искусственных культурбиогеоценозах показывает, что в настоящий период основная масса углерода, азота, фосфора и калия сосредоточена в биомассе фитоценозов и почве. По концентрации биофилов углерода, азота, фосфора и калия в различных компонентах пробных площадей существенных различий не отмечено (табл. 2).

Основные различия по вариантам отмечены по углероду. Структура органического вещества литостратов под разновозрастными культурами сосны различна. На Восточном гидроотвале на углерод легкоминерализуемого органического вещества (ЛМОВ) приходится 52 %, углерод стабильного гумуса – 48 % общих запасов, на Сереженском гидроотвале запасы ЛМОВ снижаются до 44 %, но возрастает доля углерода стабильного гумуса – до 56 % общих запасов, на Бестранспортном отвале на углерод ЛМОВ приходится 85 %, на углерод стабильного гумуса – всего 15 %, на агросерых почвах на углерод ЛМОВ приходится 16 %, стабильного гумуса – 84 %. Качественный состав углерода свидетельствует о замедленном разложении органических остатков в минеральной толще как инициальных, так и агросерых почв [Бодикова, 2015]. В лесных биогеоценозах на инициальных почвах основная масса (44–52 %) углерода сосредоточена в минеральной толще хаотичной смеси, охваченной почвообразованием. В настоящий период запасы углерода в биомассе и литостратах сблизились, что является следствием более выраженных процессов дифференциации профиля. Пробная площадь культур сосны на старопахотных почвах примыкает к естественным лесным массивам и испытывает их воздействие, которое маскирует влияние сосны на почвообразование.

Существенных различий по накоплению запасов биофилов в надземной и подземной мортмассе не отмечено.

Почвообразование в техногенных ландшафтах, так же как в естественных, развивается при взаимодействии известной пентады факторов: климата, почвообразующих пород, рельефа, фитоценоза, действующих в определенных рамках времени [Шугалей, Чупрова, 2013; Бодикова, 2015].

За годы произрастания культур сосны на хаотичных смесях вскрышных и вмещающих пород сформировались примитивные инициальные почвы – литостраты [Классификация и диагностика почв…, 2004; Шугалей, Чупрова, 2013]. Как показало обследование культур сосны, в искусственных сосновых биогеоценозах почвообразование идет по лесному типу – сформировались органогенные хорошо развитые горизонты и слабо развитые (5–10 см) с низким содержанием углерода аккумулятивные горизонты.

Концентрация биофилов в различных компонентах биогеоценозов обусловлена возрастом и густотой древостоев, развитостью корневой системы, ее отпадом, количественным и качественным составом надземного опада и условиями формирования подстилочно-торфяного горизонта.

Основная масса углерода органогенного горизонта (подстилки) представлена лабильным органическим веществом (ЛОВ). На долю ЛОВ приходится соответственно 18, 10, 6 и 15 % общих запасов ЛМОВ. Подвижные формы углерода (ПОВ) на 82, 86, 91 и 87 % извлекаются 0,1 n NaOH.

По остальным биофильным элементам различия между вариантами не существенны. Несколько более высоким содержанием N, P и K характеризуется биомасса сосны на Восточном гидроотвале, имеющая Iа класс бонитета (табл. 2).

Почвенный покров лесной зоны, сформировавшийся в естественных условиях почвообразования, характеризуется парцеллярной неоднородностью, гетерохронностью почвенных горизонтов, являющихся следствием неоднократной, но не синхронной смены лесообразовательных и почвообразовательных процессов, обусловленной различным периодом жизни леса и почвы [Леса КАТЭКа…, 1983]. Для лесных почв характерно наличие подстилочноторфяного горизонта, формирующегося в результате специфичного круговорота вещества и энергии. Профиль почв под лесом формируется под воздействием процессов гумусонакопления, элювиирования, иллювиирования, оглеения, оглинивания. Дифференциация профиля на генетические горизонты оценивается по выраженности процессов миграции ила, химических элементов, по окраске горизонтов. На формирование генетических горизонтов большое влияние оказывают гемогенизирующие процессы: педотурбации, оглеение, вуализация, а также процессы сегрегации железа, для лесных почв также характерен полиморфизм [Карпачевский, 1981].

Запасы биофильных элементов в сосновых биогеоценозах на инициальных и агросерых почвах, т·гаˉ¹

Таблица 2

Культуры сосны, созданные на технически рекультивированных массивах хаотичных смесей вскрышных пород без нанесения гумусового слоя, оказывают преобразующее воздействие на факторы почвообразования: климат, почвообразующую породу, рельеф, растительность, – взаимодействующие в определенных рамках времени. Особенностью почвообразования в техногенных ландшафтах служит развитие почвообразовательных процессов в посттехногенную фазу, осуществляется при антропогенно-трансформированных условиях рельефа, микроклимата, растительного покрова. Освоение техногенных ландшафтов лесными биогеоценозами усилило процессы преобразования искусственных ландшафтов, и их развитие постепенно сближается с естественными ландшафтами региона. За 45–30-летний период произрастания культур сосны ведущими процессами в литостратах являются синтез и аккумуляция органического вещества в субстрате, выполняющем роль почвообразующей породы.

Накопление углерода в литостратах обусловлено емкостью и интенсивностью биологического круговорота, нарастающего с увеличением возраста древостоев сосны [Бабиченко, Горбункова, 2013]. Остальные профилеобразующие процессы в них не выражены, но, несомненно, проявятся позднее.

Заключение. На экологическое состояние культур оказывают влияние благоприятные химические, физико-химические, биохимические свойства литогенной основы.

Благоприятный водный и питательный режимы, хаотичные смеси грунтов способствуют формированию зоо- и микробоценозов и в целом биологической активности инициальных почв техногенных ландшафтов.

Взаимодействие лесообразовательных и почвообразовательных процессов продолжается и, естественно, с развитием фитоценозов, микробоценозов и педобионтов усложняется.