Современное состояние почв района строительства железнодорожных линий в Южной Якутии

Сотрудниками Института биологических проблем криолитозоны (ИБПК) СО РАН в 2010 году проведены работы по инженерно-экологическим изысканиям (ИЭИ) и оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) в составе проектной документации на строительство железнодорожной линии ст. Таежная – Таежный ГОК.

Цель исследования . Изучение исходного (фонового) состояния и прогноз возможных негативных изменений почв при строительстве и эксплуатации железнодорожных линий.

Объекты и методы исследования. Железнодорожная линия ст. Таежная – Таежный ГОК расположена в юго-восточном районе Приалданской горно-таежной провинции слабо- и среднеподзолистых обычных и иллювиально-гумусовых, подбуров и горно-тундровых щебнистых почв [1]. Эта провинция расположена южнее 59⁰ с.ш. и занимает огромную территорию Алданского нагорья.

Климат холодный, влажный, с низкими среднегодовыми температурами (около -8 ° ) и высокой относительной влажностью (73%) [2]. Несмотря на низкую отрицательную температуру воздуха, многолетняя мерзлота не имеет сплошного распространения.

Основными процессами, формирующими особенности почв юго-восточного района, являются те же почвообразовательные процессы, протекающие в почвах всей Приалданской горнотаежной провинции: криогенез, накопление грубого органического вещества и подвижного дисперсного гумуса, подзолообразование, обломочная сиаллитизация, на слабодренированных местах торфонакопление и оглеение.

На типичных ландшафтах предполагаемого района строительства железнодорожной линии заложено 5 почвенных разрезов, проведено описание морфологического строения и по генетическим горизонтам произведен отбор проб для оценки уровня плодородия и фонового состояния загрязнения почв. Название почвенных разностей устанавливалось по региональной классификации, разработанной Л.Г. Еловской [3].

Физико-химические свойства почв определялись общепринятыми методами в аналитической лаборатории ИБПК СО РАН [4]. Валовое содержание тяжелых металлов определялось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой ICP-MS Elan DRS II PerkinElmer (США), нефтепродуктов методом ИК-спектрометрии (ПНДФ 16.1:2.2.22-98) в Хабаровском инновационноаналитическом центре Института тектоники и геофизики Дальневосточного отделения РАН.

Результаты и их обсуждение. В зоне техногенного воздействия структуру почвенного покрова слагают мерзлотные подбуры (типичные, оподзоленные, сухоторфянистые) и торфянисто- и торфяно-глеевые почвы.

Ниже приводим краткую характеристику изученных почв.

Подбуры – почвы холодных гумидных областей [5], встречаются под моховобагульниковыми (или бруснично-лишайниковыми) лиственничными редколесьями с кедровым стлаником и ольховником в кустарниковом ярусе. Основным источником поступления органического вещества в этих почвах являются мохово-хвойные сообщества, при разложении растительных остатков которых образуются продукты кислотного характера. Почвообразующие породы (грубообломочный элювий коренных пород – граниты, гнейсы и реже осадочных – песчаники, алевролиты) бедны основаниями, поэтому не могут нейтрализовать создающуюся кислотность. А их высокая фильтрационная способность, обусловленная легким гранулометрическим составом, щебнистостью и трещиноватостью, и глубокое залегание многолетней мерзлоты содействуют нисходящим токам, способствующим часто развитию процессов подзолообразования. Подбуры имеют своеобразную бурую окраску профиля, свидетельствующую о преобладании здесь окислительных и отсутствии восстановительных процессов. Гранулометрический состав грубозернистый. В составе мелкозема преобладают песчаные фракции. Содержание более тонких фракций уменьшается вниз по профилю, поскольку по мере углубления идет омоложение почвенной толщи [6].

Для подбуров типичных характерно следующее морфологическое строение: О – АО – В Fe – ВС.

В верхней части профиля отчетливо выделяется темно-серый или темно-бурый рыхлый грубогумусовый горизонт АO (АОА) небольшой мощности (2–3 см). Под ним непосредственно залегает бурый иллювиально-железистый слой (В Fe ), имеющий мощность 15–20 см и переходящий в постепенно светлеющий буровато-серый горизонт ВС. Почвы щебнистые и каменистые.

Подбуры типичные имеют сильнокислую реакцию среды, значения рН несколько увеличиваются вниз по профилю. Гумусовый профиль укороченный (< 50 см) и имеет резко убывающий характер распределения органического вещества. Однако в слое 0–20 см содержание гумуса остается высоким и не снижается менее 2 %. Величина потери при прокаливании в маломощном грубогумусовом горизонте АО колеблется от 30 до 60 %. Для них характерны высокая гидролитическая кислотность, низкое содержание обменных оснований и подвижных соединений азота, фосфора и калия. Только в органогенном горизонте наблюдается биогенное накопление питательных элементов (табл. 1).

Подбуры оподзоленные отличаются от типичных наличием оподзоленного горизонта АОЕ (или Е), светлоокрашенного, небольшой мощности (до 5 см), залегающего между горизонтами АО и В Fe . Их морфологический профиль имеет следующее строение: О – АО – АОЕ(Е) – В Fe – ВС.

Подбуры сухоторфянистые встречаются в средних и нижних частях склонов северных экспозиций под лиственничниками мохово-лишайниковыми с каменной березой и ольховником, а также в поясе лишайниковых кедровых стлаников. Почвы слабо изучены. Морфологическое строение профиля имеет формулу: О – АО – А Т – В Т (В Fe ). Отличаются от предыдущих подтипов очень высоким содержанием органического вещества по всему профилю.

Таблица 1

Горизонт	Глубина, см	рН водный	Гумус (*ППП), %	Обменные, мг-экв/100 г почвы		Гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы	Подвижные, мг/100 г почвы
				Са2+	Мg2+		Р 2 О 5	К 2 О
Подбур типичный (разрез 10)
АО	5-12	4,4	51,9*	9,5	3,1	80,5	6,0	13,6
В Fe	12-30	4,7	2,8	1,6	0,8	10,1	10,0	2,4
ВС	30-55	5,1	1,0	1,3	0,5	7,4	4,0	2,4
Подбур сухоторфянистый (разрез 11)
АО	6-12	4,3	64,4*	13,9	6,9	86,4	23,2	73,4
Ат	12-19	4,5	49,2*	4,9	8,1	65,2	9,2	18,3
В Fe	19-52	4,8	4,31	2,3	1,4	16,5	11,2	3,1
Подбур оподзоленный (разрез 12)
АОЕ	10-14	4,1	5,33	1,6	0,7	19,2	14,7	4,6
В Fe	14-24	4,8	3,52	0,8	0,5	10,8	15,2	3,1
Подбур оподзоленный (разрез 13)
АО	6-17	4,3	52,4*	13,3	4,9	87,6	15,2	29,7
АОЕ	17-28	4,2	3,34	1,2	0,5	12,0	10,7	2,5
В Fe	28-31	4,8	1,86	1,2	0,6	6,2	10,7	0,9
Торфянисто-глеевая (разрез 14)
Т	4-20	5,1	88,3*	47,1	10,3	69,9	55,5	66,5
ТН	20-28	6,1	39,8*	60,5	11,5	23,0	19,8	26,0
В g	28-42	5,9	5,3	13,6	3,7	8,1	8,1	21,2

Химические свойства мерзлотных почв

Торфянисто- и торфяно-глеевые почвы формируются под пологом голубичнобагульниковой лиственничной редины с моховым покровом. Почвы оттаивают на 40–90 см (в отличие от горно-таежных почв многолетняя мерзлота присутствует во всех болотных почвах). Морфологический профиль имеет следующее строение: О – Т – ТН – В g (G).

Мощность торфяного горизонта колеблется от 8–20 см в торфянистых до 50 см в торфяноглеевых почвах. Торфяной горизонт при большой мощности подразделяется на 2–3 подгоризонта по степени разложения. Верхний, состоящий из слаборазложившихся мхов и осок, опада листьев кустарников, имеет более светлую бурую окраску по сравнению с нижележащими темно-бурыми или черными, лучше разложенными торфяными горизонтами. Минеральный горизонт сильно огле-ен, грязно-сизого или серовато-сизого цвета, иногда с ржавыми выцветами.

Торфяные горизонты этих почв имеют кислую, глеевые горизонты – слабокислую реакцию среды. Содержание гумуса в минеральном глеевом горизонте среднее, питательных элементов – низкое.

К основным видам воздействия на почвенный покров при строительстве железнодорожной линии можно отнести:

• •    отчуждение земельных участков под строительство железнодорожной линии и временных объектов инфраструктуры;

• •    механическое нарушение почв;

• •    химическое загрязнение почв.

В таблице 2 приведены основные (исходные) количественные показатели фонового состояния почв, необходимые при прогнозе возможных негативных процессов и разработке предложений по охране и мониторингу изученных почв.

Основные характеристики мерзлотных почв зоны воздействия

Таблица 2

Почва	Площадь отвода, га	Средняя мощность плодородного слоя, см	Среднее содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов (НП) в слое 0-20 см (n=8), мг/кг
			Рb	Cd	Zn	Ni	Cu	НП
Подбуры типичные, сухоторфянистые и оподзолен-ные	6,51	<10	5,76	0,06	27,64	18,35	13,10	711
Торфянисто - и торфяно-глеевые	22,38	20	2,67	0,03	22,2	10,04	11,43	2870

На этапе строительства железнодорожной линии наиболее сильное воздействие на почвенный покров и почвы происходит при производстве земляных работ, которые могут сопровождаться следующими негативными явлениями: техногенным нарушением мезо- и микрорельефов, вызванным профилированием и отсыпкой трассы, многократным прохождением тяжелой строительной техники (рытвины, колеи, борозды и др.); полным или частичным уничтожением органогенного слоя и выносом на поверхность малопродуктивных подстилающих пород, активизацией водной эрозии на склоновых почвах – подбурах. Нарушение мохового слоя на торфянисто- и торфяно-глеевых почвах существенно увеличивает глубину протаивания и может способствовать образованию термокарстовых провалов аналогично тому, как это отмечается при разных антропогенных воздействиях на мерзлотные почвы других районов Якутии [7–10 и др.].

В целях снижения деградации почв и почвенного покрова необходимо использовать весь известный комплекс противоэрозионных мероприятий и соблюдать агротехнические, строительные и другие требования к производству земляных работ, изложенные в строительных нормах на земляные сооружения [11, 12].

В зоне строительства и эксплуатации железнодорожной линии можно ожидать загрязнение почв:

• а)    тяжелыми металлами, в особенности свинцом, за счет выхлопных газов автотранспорта. Считается, что наиболее сильно это влияние прослеживается в полосе шириной 8–10 м. В меньшей мере это влияние проявляется в прилегающей полосе шириной до 40–50 м;

• б)    нефтепродуктами за счет разлива при их транспортировании.

Фоновое содержание тяжелых металлов во всех почвах (см. табл. 2) существенно ниже ОДК, рекомендованных в ряде российских нормативных документов для песчаных и супесчаных почв (Рb – 32 мг/кг; Сd – 0,5 ; Zn – 55; Сu – 33; Ni – 20 мг/кг). Безопасный уровень загрязнения нефтепродуктами в почвогрунтах территории России составляет 1000 мг/кг [13].

Относительно высокое содержание НП, соответствующее умеренному уровню загрязнения для почвогрунтов России, обнаружено в торфяных горизонтах торфянисто-глеевых почв, что обусловлено высокими сорбционными свойствами торфа. Согласно экспериментальным данным, использование торфа в качестве мелиоранта на нефтезагрязненных почвах Западной Сибири не позволяет проникновению нефти в более глубокие слои почвы и способствует восстановлению плодородия почв [14]. Однако слабая способность мерзлотных почв Якутии к самоочищению [15] предопределяет повышенную опасность устойчивого накопления НП и тяжелых металлов в изученных почвах. При соблюдении технологического регламента химическое загрязнение почв может иметь локальный характер; в условиях, благоприятных для миграции вещества (склоновых) приобретает площадные формы.

Выводы. Почвы района строительства железнодорожной линии ст. Таежный – Таежный ГОК характеризуются укороченным, как правило, < 50 см, профилем с высоким содержанием щебня и камней и обладают низким потенциальным плодородием. Эти особенности в сочетании со своеобразными природными и ландшафтными особенностями Алданского нагорья обусловливают невысокую устойчивость изученных почв к техногенному воздействию и, следовательно, быструю деградацию и слабую релаксацию почв при строительстве линейных сооружений.

Работа выполнена в рамках государственного задания по проекту № 0376-2014-0004. Тема 54.1.2 «Механизмы трансформации и закономерности функционирования почв криолитозоны в условиях глобальных изменений: факторы, современное состояние и прогноз». Направление 54 «Почвы как компонент биосферы (формирование, эволюция, экологические функции)» программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013–2020 годы.