Эколого-геохимические особенности почв и почвогрунтов западной части Сокольих гор

Головлёв Алексей Алексеевич, доктор географических наук, профессор кафедры экологии

Куликова Мария Вячеславовна, аспирантка

Макарова Юлия Владимировна, кандидат биологических наук, ассистент кафедры экологии, ботаники и охраны природы части возвышенности залегают дерново-карбонат-ные и темно-серые лесные почвы преимущественно глинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава [3, 4].

Цель работы: выявление эколого-геохимических особенностей почв западной части Сокольих гор и почвогрунтов (в виде мелкоземного карбонатного субстрата) на дне и террасах Усть-Сокского карьера методом профилирования.

Объекты исследования. Почвы и почвогрунты западной части Сокольих гор и Усть-Сокского карьера по линии эколого-геохимического профиля.

Методика исследований. Для выявления эколого-геохимических особенностей почв и почвогрунтов Сокольих гор осенью 2011 г. был заложен профиль с 15 пробными площадями (ПП). Исходная точка профиля располагалась на селитебной территории пос. Красная Глинка, невдалеке от конечной остановки маршрутных такси на улице Батайской, на земельном участке (предположительно с наносной или техногенно нарушенной почвой) между теплотрассой и асфальтированной дорогой (ПП 1). Затем линия профиля пересекла лесной массив, расположенный на южном и северном склонах Сокольих гор (ПП 2-6), террасы и днище Усть-Сокского карьера (ПП 7-11, 13, 14) и вышла к равнинному пространству и Столовому склону близ западной оконечности карьера (ПП 12, 15). Со всех ПП отбирались образцы почв (в карьере – почвогрунтов) с глубины до 10 см. Для каждого образца с помощью общепринятых методов были определены pH, содержание органического углерода (C орг ), минеральных форм азота и тяжелых металлов (табл.). Активность бактерий рода Azoto-bacter была оценена методом их культивирования на безазотистой среде Эшби по диаметру колоний.

Результаты и обсуждение. Как следует из табл., проанализированные образцы имели слабощелочную и щелочную реакцию почвенного раствора (pH в пределах 7,22-8,78), что связано с высокой карбонатностью почвообразующих пород. Наибольшей щелочностью характеризовались карбонатные почвогрунты террас и днища

Усть-Сокского карьера. В отобранных образцах почв и почвогрунтов был обнаружен Cорг, являющийся составной частью гумуса. Наибольшее количество Cорг (4,03-4,33%) установлено для почв ПП 2-5, расположенных под лесом на южном и северном склонах Сокольих гор. Почвы безлесной равнинной территории, примыкающей к западной оконечности Усть-Сокского карьера и почвы верхней части степного Столового склона (ПП 12, 15) содержали несколько меньшее количество Cорг (3,63-4,32%), а почвогрунты карьера (ПП 7-11, 13, 14) – всего 0,25-2,13% (табл.).

Таблица. Результаты химического анализа почв и почвогрунтов западной части Сокольих гор

Примечание: ПП 7-11, 13, 14 находятся на террасах и днище карьера

При разложении органических остатков и минерализации гумуса в почве и почвогрунтах образуется аммонийный азот (NH4+), который в процессе нитрификации трансформируется хемотроф-ными микроорганизмами в две формы – нитритную (NO2–) и нитратную (NO3–). В минеральном питании растений участвуют все формы азота, но аммонийный азот лучше усваивается растениями. В изучаемых почвах и почвогрунтах содержание аммонийного азота варьировало от 1,69 (ПП 10) до 26,97 мг/кг почвы (ПП 2). Содержание нитритов изменялось от 0,36 (ПП 10) до 6,92 (ПП 5) мг/кг почвы. Среди анализируемых минеральных форм азота наиболее высокими концентрациями в субстратах всех пробных площадей характеризовался нитратный азот (от 28,54 мг/кг на ПП 9 до 264,99 мг/кг – на ПП 4). Пространственный анализ показал, что максимальные концентрации всех минеральных форм азота обнаруживаются в почвах лесных пробных площадей, расположенных на северном и южном склонах Сокольих гор, а минимальные концентрации – в почвогрунтах пробных площадей, заложенных на днище и террасах Усть-Сокского карьера. Содержание NO2– и NO3– в ур-баноземе (ПП 1) было близко к аналогичным показателям почвогрунтов карьера, а содержание NH4+ в урбаноземе несколько превысило показатели почвогрунтов. Следовательно, в карбонатном мелкоземе, формирующемся на вскрытом скальном днище и террасах карьера, накапливаются Cорг и основные минеральные формы азота (NH4+, NO2–, NO3–), что свидетельствует о протекании первичного почвообразовательного процесса на техно-генно нарушенной территории. Об интенсивности этого процесса можно косвенно судить по микробиологической активности почв и почвогрунтов.

Максимальный уровень активности азотобактера (превышающий в 12 раз активность азотобактера в почвах лесных ПП) был выявлен в почвогрунтах днища и террас Усть-Сокского карьера. Известно, что азотобактер наиболее активен при щелочной реакции почв, их достаточной обеспеченности минеральным азотом и кальцием [2]. Почвогрунты карьера богаты кальцием, характеризуются высокой щелочностью, но содержат небольшое количество аммонийного, нитритного и нитратного азота. На недостаточную обеспеченность почвогрунтов доступными формами азота указывает также светлая окраска листьев Populus nigra L., P. tremula L., Betula pendula Roth, Salix caprea L., S. pentandra L. [5], растущих в карьере. Вероятно, что в условиях дефицита субстратного азота повышенная активность азотобактера объясняется фиксацией этими микроорганизмами молекулярного азота из атмосферного воздуха.

Анализ распределения тяжелых металлов в почвах и почвогрунтах изучаемых пробных площадей выявил достоверную элементную специфичность. Так, распределение концентраций Cu и Zn в значительной степени повторяли характер распределения Cорг и минеральных форм азота, т.е. максимальные концентрации были выявлены в почвах лесных ПП, а минимальные – в почвогрунтах днища и террас карьера. Картину, обратную распределению Cu и Zn, демонстрировали Pb и Cd: их максимальные концентрации, достигающие уровня ПДК, были выявлены в почвогрунтах карьера, а минимальные – в почвах лесных ПП и урбаноземе. Содержание Ni в почвах и почвогрунтах Сокольих гор было достаточно равномерным и варьировало от 22,0 до 33,6 мг/кг (табл.). По сравнению с данными 2010 г. [5] в карбонатном мелкоземе карьера достоверно снизилось содержание Cu, Zn и Ni, но практически не изменилось относительно высокое содержание Pb и Cd.

Выводы:

• 1.    Проведенные нами эколого-геохимические исследования показали, что карбонатный мелкозем, накапливающийся на скальном фундаменте днища и террас Усть-Сокского карьера, спустя десятилетия после прекращения добычи строительного сырья в определенной степени обогатился органическим углеродом, а также макро- и микроэлементами минерального питания. Химический состав пород скального фундамента обусловливает слабощелочную и щелочную реакцию почвогрунтов карьера и в целом способствует интенсификации процессов первичного почвообразования и ренатурализации растительности, особенно за счет кальцефильных и некоторых других видов древесных, кустарниковых и травянистых растений.

• 2.    Количество C орг в гумусированных почвах лесных массивов и открытых пространств, расположенных вокруг карьера, значительно превысило содержание органического углерода в слабогумусных почвогрунтах карьера. Содержание минеральных форм азота в почвах под лесом оказалось на порядок выше, чем в карбонатном мелкоземе днища и террас Усть-Сокского карьера. Повышенная активность азотобактера в почвогрунтах карьера, на наш взгляд, обусловлена фиксацией молекулярного азота из атмосферного воздуха.

• 3.    Территориальные особенности накопления тяжелых металлов проявляются в том, что концентрации Cu и Zn в лесных почвах более чем в 1,5-2 раза превысили концентрации тех же элементов в карбонатном мелкоземе карьера. Pb и Cd, напротив, более интенсивно аккумулировались субстратом карьера. В отличие от лесных почв северного и южного склонов Сокольих гор, карбонатный мелкозем был насыщен Pb и Cd в количествах, существенно превышающих региональный фон и достигающих ПДК, что подтверждает необходимость эколого-биогеохимического мониторинга. Соединения Ni не проявили специфичности накопления в почвах и почвогрунтах обследованной территории.