Оценка агроэкологического состояния почв, вовлеченных в разработку песчано-гравийных карьеров Канского района Красноярского края

Введение. Нарушенные земли – это один из видов деградации, определяющий экологический кризис. Реальные ощущения экологической катастрофы наблюдаются на сельскохозяйственных землях. Более 60 % в составе выявляемых органами Росприроднадзора нарушений связано с захламлением и загрязнением, порчей и уничтожением плодородного слоя почвы в результате добычи полезных ископаемых, строительства, эксплуатации земельных участков, отрицательно влияющих на их состояние, эрозией и др. Такие земли часто выводятся из сельскохозяйственного оборота, сокращая площадь пахотных и кормовых угодий. Например, площадь пашни в РФ уменьшилась на 11 млн га [6], в Красноярском крае за последние 16 лет – на 35 %, что выше средней по России величины (9 %) [7]. Сложность оценки сложившейся ситуации обусловлена отсутствием надежной информации о положении и агроэкологическом состоянии нарушенных участков. Для этого нужно осуществить инвентаризацию таких земель, агроэкологическую оценку состояния почвенного покрова и решить вопрос о способах восстановления и пригодности для сельскохозяйственного использования.

Цель исследования : оценить агроэкологическое состояние почв деградируемой территории для восстановления ее плодородия и возвращения в сельскохозяйственное использование.

Задачи исследования : проанализировать содержание гумуса, макроэлементов и реакцию среды нативной и нарушенной разработками почвы; оценить агроэкологическое состояние сравниваемых пробных площадей на основе ПЭИ; предложить способ восстановления нарушенного земельного массива.

Объекты и методы исследования. Объектом наблюдений являлся нарушенный карьерны- ми разработками земельный массив площадью 20 га, находящийся в пределах Канско-Тасеевской впадины и приуроченный к древней долине р. Кан в Канском районе Красноярского края. Особенности геоморфологии и рельефа, существенно влияющие на почвенно-гидрологические процессы в условиях техногенного воздействия и изменившие экологическое состояние этого земельного участка, в значительной мере определяют силу влияния техногенного воздействия. Здесь развиты аллювиальные отложения (песок, гравий, галька), находящиеся неглубоко, примерно на глубине 80–120 см. Территория длительное время использовалась для добычи песчано-галечниковой породы без соблюдения технологических приемов. В результате сформировался промышленный карьер и локальные выемки.

В пределах исследуемой территории было выделено 4 пробные площади (ПП): ПП 1 и ПП 2 – нативная почва: чернозем обыкновенный карбонатный укороченный среднегумусный среднесуглинистый на коричнево-буром лессовидном среднем суглинке вблизи с промышленным карьером (почвенные профили); ПП 3 и

ПП 4 – отвалы смеси гумусового горизонта с подгумусовой толщей почвы (нарушенная разработками почва). Из выделенных генетических горизонтов нативной почвы и отвалов из слоев 0–20 и 20–40 см отбирались почвенные образцы. Химические и физико-химические показатели почвы получены по Л.А. Воробьевой [3]. Почвенный экологический индекс (ПЭИ) рассчитывали по И.И. Карманову [5].

Результаты исследования и их обсуждение . Одним из основных показателей, используемых для характеристики агроэкологического состояния почв, является обеспеченность их гумусом и биогенными элементами. В связи с этим снижение их содержания может рассматриваться как критерий деградации почвенного покрова на оцениваемой территории [7].

По содержанию гумуса, согласно шкале Л.А. Гришиной и Д.С. Орлова (1978), исследуемые нативные почвы отнесены к среднегумусным (табл. 1), а в почвенных профилях наблюдалось значимое снижение гумуса до очень низкого уровня. В связи с малой мощностью гумусово-аккумулятивных горизонтов предположительны и незначительные его запасы.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика нативной почвы пробных площадей, ненарушенных разработками

Пробная площадь	Горизонт	Слой, см	Гумус, %	N-NO 3 , мг/кг	P 2 O 5	K 2 O	pH KCl
					мг/100 г
ПП 1	А к	0–23	4,0±0,6	< 2,8	22,3±4,1	129,1±13,1	7,2±0,1
	АВ к	23–43	1,3±0,3	5,4±1,6	8,4±2,0	62,2±6,2	7,6±0,1
	ВС к	43–85	0,5±0,1	< 2,8	9,1±3,0	16,2±2,0	8,0±0,1
	С к	85–120	0,5±0,1	3,1±0,9	6,1±2,0	18,1±2,0	7,8±0,1
ПП 2	А к	0–16	5,1±0,5	5,1±1,5	18,4±4,2	144,0±14,1	7,4±0,1
	АВ к	17–34	2,0±0,4	9,8±2,9	6,2±2,0	93,2±9,2	7,9±0,1
	ВС к	34–75	0,8±0,2	6,3±1,9	6,2±2,0	82,0±8,1	8,3±0,1
	С кg	75–130	0,6±0,1	4,2±1,3	2,1±1,0	54,2±5,0	8,3±0,1

Гумусовые вещества оптимизируют для растений не только химические, но и многие физические характеристики почвы. Поэтому рассчитанные параметры гумуса в почвах свидетельствуют о необходимости пополнения исследуемой почвы территории органическим веществом. Одним из наиболее эффективных для этого методов окультуривания в сложившейся си- туации является использование в качестве фитомелиорантов культуры многолетних трав.

По содержанию нитратного азота верхние горизонты почв профилей оценивались «очень низким» и «низким» уровнями. Принимая во внимание среднее содержание гумуса и динамичность нитратного азота в почвах, считаем, что при окультуривании территории в состав травосмеси необходимо включать растения из семейства бобовых. Повышенные значения N-NO3 в подгумусовых слоях свидетельствуют о его активном поглощении корнями луговой растительности в «головных» слоях.

По содержанию подвижного фосфора профили оцениваемых почв характеризовались высоким уровнем обеспеченности, что характерно для черноземов Канской лесостепи. Гумусовые горизонты содержат фосфора существенно больше, чем нижележащие слои и материнская порода. Однако щелочная реакция исследуемой почвы (см. табл. 1) обусловливает формирование труднорастворимых соединений элемента, слабо доступных растениям. По содержанию обменного калия почвы характеризовались очень высоким уровнем, что благоприятно отразится на фитомелиорирующей способности многолетних трав.

Реакция среды является наиболее устойчивым генетическим показателем почв. Всякое изменение реакции среды приводит к резкой смене характера почвообразования и экологических условий обитания организмов. Уровень реакции исследуемой почвы указывал на слабощелочные ее значения в верхней части профиля. В нижележащих горизонтах она возрастала до среднещелочной. Согласно экологическим оценкам, такие значения способствуют возрастанию дефицита подвижных соединений фосфора, железа, цинка и марганца.

Вскрытые при разработке песчано-гравийных карьеров гумусовый слой и подстилающая порода претерпевали существенные изменения. Перемешивание гумусового слоя с почвенной массой горизонта АВ к в процессе снятия верхнего слоя почвы вызывало гетерогенность по содержанию гумуса и в целом существенно снижало его параметры до низкого уровня (табл. 2).

Таблица 2

Пробная площадь		Слой, см	Гумус, %	N-NO 3 , мг/кг	P 2 O 5	K 2 O	pH KCl
					мг/100 г
ПП 3	1	0–20	2,8±0,6	20,9±4,2	14,2±4,0	107,0±11,0	7,3±0,1
		20–40	2,2±0,4	15,5±3,1	13,1±4,0	89,1±9,0	7,5±0,1
	2	0–20	2,1±0,4	14,8±2,5	10,0±3,0	68,1±7,1	7,4±0,1
		20–40	2,0±0,4	14,8±3,0	10,0±3,0	85,2±9,0	7,6±0,1
	3	0–20	1,2±0,2	8,9±2,7	7,2±2,0	53,3±5,2	7,4±0,1
		20–40	2,0±0,4	12,9±2,6	11,0±3,0	70,1±7,0	7,5±0,1
	4	0–20	1,5±0,3	8,7±2,6	11,0±3,0	61,2±6,1	7,6±0,1
		20–40	1,4±0,3	9,3±2,8	11,0±3,0	54,2±5,2	7,5±0,1
ПП 4	1	0–20	1,7±0,3	10,2±2,0	6,2±2,0	36,2±4,1	7,6±0,1
		20–40	1,9±0,4	13,8±2,8	7,1±2,0	42,2±4,1	7,5±0,1
	2	0–20	2,8±0,6	24,6±4,9	5,0±2,0	70,2±7,2	7,6±0,1
		20–40	4,8±0,7	32,4±6,5	13,2±4,0	97,0±10,0	7,4±0,1
	3	0–20	3,2±0,5	8,7±2,4	101,0±12,0	90,0±14,0	6,8±0,1
		20–40	3,2±0,5	3,2±2,6	151,0±18,0	87,1±13,0	6,9±0,1

Агрохимическая характеристика почвы пробных площадей

Поэтому в ходе восстановительных работ территории одной из основных задач будет являться увеличение поступления в почвенный субстрат органического материала. Его источниками могут служить многолетние травы.

Содержание нитратного азота в смесях гумусового горизонта с подгумусовой толщей относительно почвы, ненарушенной разработками, существенно возрастало до высокого уровня. Данный факт, вероятно, обусловлен усилением минерализационных и нитрификационных процессов в результате активного перемешивания и обнажения почвенного материала смеси.

В отличие от нитратного азота содержание подвижного фосфора в складируемых образцах снижалось (см. табл. 2). Однако количествен- ные характеристики элемента питания находились в пределах «высокого» уровня шкалы обеспеченности. Также в отвалах смеси гумусового горизонта с подгумусовой толщей в зоне локальных нарушений в 1 км от промышленного карьера наблюдалось значимое варьирование данных по содержанию подвижных соединений фосфора. Данные таблицы 2 свидетельствуют о высоком уровне содержания обменного калия в почвенной смеси. Однако прослеживалась закономерность, аналогичная с подвижным фосфором, – количественно содержание обменного калия было существенно меньшим, чем в гумусовых горизонтах нативных (исходных) почвенных профилей.

Таким образом, складирование гумусового горизонта с подгумусовой толщей в отвалах обусловливает повышение содержания нитрат- ного азота и снижение концентрации подвижного фосфора и обменного калия. Тем не менее, уровень их содержания соответствовал «высокому». По реакции среды почвы анализируемых отвалов характеризовались как слабощелочные, подобно значениям верхних горизонтов почвенных профилей.

Согласно методологии [5], каждая почва, формирующаяся в определенных экологических условиях, соответствует установленному почвенно-экологическому индексу (ПЭИ). Он позволяет оценивать состояния почв природных фитоценозов, пашни, многолетних насаждений сенокосов и пастбищ от конкретного участка поля до крупных регионов. Рассчитанные нами значения ПЭИ выявили существенное ухудшение отдельных параметров исследуемых почв (табл. 3).

Таблица 3

Объект исследований	ПЭИ
Нативная почва (чернозем обыкновенный)	38
Нарушенная (складированная) почва	30

Почвенный экологический индекс исследуемых объектов

Прежде всего, обнаруженная деградация связана со значимым «облегчением» гранулометрического состава складированной почвы вследствие ее перемешивания с песчаной породой. Также выявлено значимое снижение содержания гумуса.

Таким образом, агроэкологическая оценка свидетельствует о необходимости восстановительных мероприятий на нарушенном разработками земельном массиве. В качестве фитоме-лиоративного воздействия на рекультивируемую земельную территорию планируется использовать смесь бобово-злаковых многолетних культур. Предлагаемое вызвано их относительно слабой требовательностью к условиям произрастания и очень высокой экологической пластичностью.

Многолетние и однолетние бобовые травы, обогащающие почву азотом ввиду хорошо развитой корневой системы, а также благодаря ее более продолжительной деятельности, обладают мощным фитомелиоративным эффектом. Кроме того, высокое проективное покрытие многолетних трав и корневая система с сильно раз- ветвленной сетью мелких корешков удерживают частицы почвы от вымывания и выдувания. Поэтому они анонсируются как почвовосстанавливающие культуры. Перечисленные особенности определяют взаимоотношение трав с окружающей средой, в том числе и отношение к эдафи-ческому фактору. Отсюда следует, что знание почвенной экологии трав – одно из важнейших условий их успешного возделывания с целью восстановления нарушенных разработкой карьеров почвенного покрова.

Выводы

• 1.    Агроэкологическое состояние нативного земельного участка свидетельствует о среднем содержании гумуса, низко обеспеченным соединениями азота, а по содержанию подвижного фосфора и обменного калия – высоко обеспеченным. Реакция среды почвы щелочная. Содержание гумуса в складированном гумусовом горизонте и подстилающей породе низкое. Содержание нитратного азота высокое вследствие усиления минерализационных и нитрифи-

• кационных процессов в связи с активным перемешиванием смеси.

• 2.    Проведенная агроэкологическая оценка состояния нарушенного земельного участка при добыче песчано-гравийной смеси свидетельствует о возможности вовлечения его в сельскохозяйственный оборот.

• 3.    Для восстановления нарушенного земельного участка предлагается использовать смеси бобово-злаковых многолетних культур.