Экологическая оценка интенсивности антропогенного изменения серых лесных почв и их агрогенетической преобразованности

Введение. 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 [1, 2]. 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 [3].

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 [4, 5]. 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. 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 [6, 7].

Площадь земель, нарушенных добычей полезных ископаемых, карьерами разного назначения по данным государственного учета составляет 0,01-0,02% территории России. 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.

Цель исследований: установить влияние антропогенных воздействий на состав и свойства серых лесных почв земель сельскохозяйственного назначения.

При этом решению подлежат следующие задачи:

• 1.    Оценить степень вреда, причинённого почвам сельскохозяйственных земель, в результате нарушения и уничтожения плодородного слоя почвы.

• 2.    Установить степень изменения показателей плодородия серых лесных почв земель сельскохозяйственного назначения по величине pH солевой вытяжки; содержанию органического вещества; степени обеспеченности доступными формами P 2 O 5, K 2 O в связи с нарушением технологии проведения вскрышных карьерных работ по добыче строительного песка и рекультивации нарушенных земель.

• 3.    Показать характер изменения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава серой лесной почвы.

Объекты и методы исследования: исследования проводились на земельном участке сельскохозяйственного назначения с почвенными пробами серой лесной почвы, отобранными на глубине 0-20 см.

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

Количество органического вещества измеряли по ГОСТ 26213-91-Почвы. Метод определения органического вещества.

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».

Результаты и обсуждение. 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 преобразованности почвы	pH сол.	Гумус, %	Обменный K 2 O	Подвижный P 2 O 5	Гранулометрический состав (зерновой), размер фракций мм, %
			мг/кг		1-0,5	0,50,25	0,250,1	<0,1
Ненарушенная серая лесная почва	4,55	1,91	125±12	110,03±22,21	0	10,9	74,68	14,43
Антропогенно-измененная серая лесная почва	4,03	0,79	96±10	81,07±16,21	2,96	18,47	44,86	33,70
Техногенноповерхностное образование (ТПО)	3,89	0,52	47±9	37,30±7,46	3,46	16,24	44,98	35,32

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 среднекислой среды pH сол. 4,55 в контрольной ненарушенной пробе почвы в сторону увеличения ее кислотности до pH сол. 4,03 в антропогенно-измененной серой лесной почве и очень сильнокислой среды с pH сол. 3,89 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 сильнокислой реакции среды в почвенном растворе появляются токсичные для растений вещества, а корневые волоски растений испытывают кислотное воздействие, что негативно отражается на их развитии. Сильнокислые почвы характеризуются отрицательными агрофизическими свойствами в связи с выраженными коагуляцией почвенных коллоидов и осадкообразованием гумусовых веществ. Такие почвы обесструктуриваются, приобретают высокую твердость в сухом состоянии, 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 2,4 и 4,6 раза в сравнении с количеством гумуса в контрольной ненарушенной почве. Так, в анализируемых пробах почвы содержание органического вещества снизилось до 0,52%, в пробах, взятых на территории техногенно поверхностных образований, в сравнении с содержанием органического вещества 1,91% в контрольной пробе ненарушенной почвы, степень снижения органического вещества составила 1,39% или 73% 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 0,79%, что в 2,4 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 со 110,03мг/кг в пробах ненарушенной серой лесной почвы, то есть от повышенной степени обеспеченности, до средней степени обеспеченности в 81,07 мг/кг в антропогенно-измененной почве и до низкой степени обеспеченности 37,3 мг/кг подвижного фосфора в техногенно-поверхностных образованиях, незатронутых процессами почвообразования и нарушенных карьерными работами территорий земель. В содержании обменного калия доказано снижение его количества со 125 мг/кг или повышенного уровня обеспеченности в контрольных незатронутых карьерными работами серых лесных почвах до 96 мг/кг или средней степени обеспеченности в антропогенно-измененных серых лесных почвах и до 47 мг/кг или низкой обеспеченности обменным калием в техногенно-поверхностных образованиях земель, нарушенных карьерными работами.

Установлены изменения в гранулометрическом составе почвы в связи с увеличением фракций менее 0,1 мм с 14,43% в пробах серых лесных почвах ненарушенных территорий до 33,7% в пробах антропогенно-измененной серой лесной почвы, что обусловливает увеличение плотности почвы и ухудшения ее водновоздушного режима, а именно, возникновения опасности застоя влаги и резкого снижения биологической активности почвы, что ухудшает условия роста и развития растений. Самое высокое содержание фракций частиц менее 0,1 мм составило в пробах техногенно-поверхностных образований и достигало 35,32%. При этом доказано возрастание фракций механических элементов размером 0,5-0,25 мм, достигающих 18,47% в антропогенно-измененной серой лесной почве и 16,24% в техногенно-поверхностных образованиях, что превышало количество фракций анализируемых механических элементов размером 1-0,25мм в ненарушенных пробах почвы на 10,53% и 8,8% в сравнении с их содержанием во фракциях агрегатов в антропогенно-измененных и техногенно-поверхностных образованиях.

Выполненными исследованиями установлены изменения серых лесных почв земель сельскохозяйственного назначения, нарушенных антропогенными воздействиями карьерных работ. Показаны категории переходов в ряду почв от «естественных» (ненарушенная серая лесная почва) до «антропогенно-измененной» серой лесной почвы и переходных образований, незатронутых почвообразованием в связи с незначительным временным сроком, называемых как «техногенные, поверхностные образования» - ТПО. При этом, в составе земель сельскохозяйственного назначения выделенные категории почв - «естественные» (ненарушенная серая лесная почва) и «антропогенно-измененная» серая лесная почва являются совместимыми. А выделенные категории земель, называемые «техногенные, поверхностные образования» – ТПО являются несовместимыми с «естественными» ненарушенными серыми лесными почвами.

Выводы

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, но совместимых.

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, несовместимых с естественными и антропогенно-измененными почвенными образованиями.

Доказано резкое изменение реакции среды в серых лесных почвах с разной степенью антропогенного воздействия от среднекислой среды pH сол. 4,55 в контрольной ненарушенной пробе почвы в сторону увеличения ее кислотности до pH сол. 4,03 в антропогенно-измененной серой лесной почве и очень сильнокислой реакции среды pH более 3,89 в техногенно-поверхностных образованиях.

Установлено значительное ухудшение гумусового состояния серых лесных почв земельного участка, нарушенного карьерными работами, подтверждаемое резким снижением количества органического вещества с 1,91% в контрольной ненарушенной почве до 0,79% в антропогенно-измененной почве и 0,52% в техногенно- поверхностных образованиях нарушенных земель.

Доказано ухудшение питательного режима серой лесной почвы, измененной антропогенными воздействиями, подтверждаемое снижением количества подвижного фосфора с 110 мг/кг в ненарушенных пробах серой лесной почвы до средней степени обеспеченности 81,07 мг/кг в пробах антропогенно-измененной почвы и очень низкой степени обеспеченности 37,3 мг/кг в техногенно-поверхностных образованиях.

Показано изменение в содержании обменного калия: снижение со 125 мг/кг в контрольных незатронутых карьерными работами пробах серых лесных почвах до 96 мг/кг в антропогенно-измененных серых лесных почвах и до 47 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 увеличением фракций менее 0,1 мм с 14,43% в ненарушенных пробах почвы до 33,7 % в пробах техногенно-поверхностных образований и увеличением до 35,32% фракций менее 0,1 мм почвенных частиц в техногенно-поверхностных образованиях.