Способность восстановления почв в зоне интенсивного техногенеза правобережья Средней Оби

The restoration ability of soils destroyed by technogenesis depends on many different factors and conditions. In the climatic conditions of the Middle Priob'e (regions by the middle part of the Ob' river), it takes a long time to restore the soil-vegetable layer. According to the model it takes 50 years to form 1 cm of the fertile layer of soil.

В настоящее время почвенный покров среднетаежной природной подзоны Среднего Приобья претерпевает значительные преобразования, связанные с интенсивно развивающейся нефтяной промышленностью. Естественные почвы, долговременно формировавшиеся в суровых климатических условиях, уничтожаются под техногенным воздействием в процессе строительства и обустройства объектов нефтегазодобычи. Так, на дневной поверхности формируются техногенные поверхностные образования (ТПО) [4], имеющие различную структуру, строение и представляющие минеральную основу, в лучшем случае не загрязненную. Данные ТПО являются основанием для формирования новых почв, и это должно учитываться при комплексной оценке окружающей среды.

С 2000 г. с помощью полевых методов нами исследуется почвенный покров правобережья Средней Оби в зоне интенсивного техногенного воздействия, связанного с добычей нефти и газа. Были изучены территории поймы р.Обь, I и II надпойменных террас, с отбором почвенных образцов, с полным геоботаническим описанием площадок, прилегающих к почвенным шурфам. В ходе исследований автором решались следующие задачи: выявление потенциала активности самовосстановления почв и растительности на ТПО в посттехногенный период; пространственный анализ способности почв к восстановлению на разных геоморфологических уровнях долины р.Обь; изучение начального процесса почвообразования, происходящего на ТПО за последние 50 лет (именно в этот период начала происходить трансформация почвенного покрова средней Оби).

Исследования показали, что современная структура почвенного покрова исследуемой территории представлена мозаичным сочетанием почв и ТПО.

Почва, нарушенная техногенным воздействием, имеет своеобразное строение и состав. Включая в себя различные артефакты и химические загрязнения, она представляет собой ТПО, на которых начинаются процессы восстановления растительности и, как следствие, начальный процесс восстановления почв.

Понятие «самовосстановление» близко понятию «саморазвитие» почв. Саморазвитие почв протекает независимо от изменения внешних факторов почвообразования (климата, рельефа, пород) при их нестабильном состоянии. Движущей силой развития в этом случае считаются внутренние противоречия собственно почвообразовательного процесса [2]. Внутренние процессы почвообразования тесно связаны с внешними факторами почвообразования. Кроме этого, способность почв к восстановлению зависит от степени нарушен-ности почвенного покрова, который определяется по факту воздействия. Тем не менее, само воздействие, даже идентифицированное по механизму, источнику и агрессивности, ничего не говорит о том, что произошло внутри почв, поэтому физико-химические свойства почв и ТПО важны для определения способности почв к восстановлению.

Процессы изменения почвенного покрова и формирование новых ТПО происходят неизбежно в зоне интенсивного техногенного воздействия — прежде всего это механическая трансформация почв, в процессе которой уничтожается верхний плодородный слой почв, разрушается в целом естественный почвенный профиль. Восстановление растительности на техногенно-поврежденных территориях начинается уже с первого года. При техногенном воздействии почвы проходят последовательные стадии формирования ТПО и эволюционного развития. Начальная стадия состоит из нескольких этапов. Первый этап — разрушение, второй — возобновление растительности, третий этап — развитие биогенноаккумулятивного и элювиально-иллювиального процессов, четвертый — формирование слаборазвитой почвы, которое можно рассматривать в качестве первого шага к восстановлению почвы, и в целом природной среды в зоне техногенеза. Различные группы ТПО на разных геоморфологических уровнях с определенными микроклиматическими и биологическими особенностями проходят свои отличительные этапы развития и восстановления растительности и почв (табл. 1).

Таблица 1

Этапы развития слаборазвитых почв на ТПО

Рельеф	Типы ТПО	Этапы развития
		I	II	III	IV
я S о в	Литострат суглинистого состава (СС)	Перемешивание естественного грунта, создание насыпей	Возобновляется растительность, свойственная данной местности (Bromopsis in-ermis, Calamagrostis langsdorffi, Urtica dio-ica, Equisetum arvense, Vicia сrасса, Plantago mai, Matricaria inodora, Taraxacum officinale)	Накопление органического вещества и преобразование органических остатков в почвенный гумус	Пелозем гумусовый
	Литострат песчаного состава (ПС)	Насыпь песка на естественную поч-ву=>дефляция	Кипрей, ситник ску-ченоцветковый, осока, злаковые =>мниевый мох, ива	Формирование на поверхности мохового покрова, накопление органогенного слоя. Псевдооглеение	Псаммозем
	Абралит СС	Срезание верхних горизонтов почв=>уплотнение поверхности	Подорожник, клевер ползучий, злаковые	Накопление органического вещества и преобразование органических остатков в почвенный гумус. Псевдооглеение, формирование Fe, Mg новообразований	Абразем
	Абралит ПС	Уничтожение почв вплоть до подстилающих пород =>дефляция	Кипрей, осока, злаковые =>мниевый мох	Формирование на поверхности мохового покрова, накопление органогенного слоя. Псевдооглеение	Псаммозем

Рельеф	Типы ТПО	Этапы развития
		I	II	III	IV
И Св В 2 °- В V « н св в	Литострат СС	Перемешивание естественного грунта, создание насыпей	Мниевый мох, хвощи, береза, сосна, кедр	Формирование на поверхности мохового покрова подстилки	Пелозем
	Литострат ПС	Насыпь песка на естественную поч-ву=>дефляция	Кипрей, хвощ, злаковые =>мниевый мох, сосна	Формирование на поверхности мохового покрова, накопление органогенного слоя. Псевдооглеение	Псаммозем
	Абралит СС	Срезание верхних горизонтов почв=>уплотнение поверхности	Подорожник, клевер ползучий	Накопление органического вещества и преобразование органических остатков в почвенный гумус. Псевдооглеение	Абразем
	Абралит ПС	Уничтожение почв вплоть до подстилающих пород =>дефляция	Мниевый мох, сосна	Формирование на поверхности мохового покрова подстилки	Псаммозем
	Реплантозем	Искусственное создание на песчаной насыпи верхнего органогенного горизонта	Кипрей, хвощи, береза, сосна, лиственница	Псевдооглеение	Петрозем

При анализе процесса самовосстановления почв в пространстве на разных геоморфологических уровнях необходимо учитывать время, прошедшее от момента нарушения почвы до момента заселения растительностью ТПО.

Так, на начальной стадии формирования почв (от 0 до 50 лет) было изучено формирование верхнего органогенного горизонта на ТПО разных временных отрезков на разных формах рельефа (табл. 2).

Таблица 2

Формирование дерновой и гумусово-аккумулятивной подстилки, см

Рельеф	Слаборазвитые почвы	Возраст, лет
		0—5	5—10	10—20	20—30	30—40
Пойма	Литострат СС	0	0,2	0,5	1	1,5
	Литострат ПС	0	0	0	0	—
I надпойменная терраса	Литострат СС	0	0	0,2	0,5	—
	Литострат ПС	0	0	0	0,2

Процесс формирования органогенного горизонта слаборазвитых почв на суглинистом материале в пойме происходит значительно быстрее, нежели на I надпойменной террасе, и это объясняется рядом обстоятельств:

— поврежденный механически перемещенный материал представляет естественную почву этой же территории;

• —    в минералогический состав суглинистого субстрата входит монтмориллонит, который позволяет почве быть более пластичной, упругой и цементировать структуру почвенных агрегатов;

• —    изменение структуры почвы делает ее более воздухопроницаемой, что позволяет растительности быстрее распространиться на поверхности;

— отсутствие лесной растительности на восстанавливаемых поверхностях в момент становления профиля, по мнению Н.П.Солнцевой [3], приводит к относительному увеличению прямой солнечной радиации на единицу поверхности.

Накопление верхнего органического слоя в целом зависит от скорости возобновления растительности и проективного покрытия. Так, на повышенных суходольных формах рельефа основным поселенцем литостратов песчаного состава является кипрей (Chamene-rion angustifolium) . Его стелющаяся корневая система легко распространяется в рыхлом субстрате. Проективное покрытие кипрея на песчаной поверхности литострата составляет всего 5—10%. Кроме кипрея открытые песчаные поверхности заселяют хвощи лесные и полевые (Equisetum sylvaticiim, E. arvense) . На более влажных местах важнейшим показателей развития почв с песчаной основой является моховый покров. Так же, как и в пойме, песчаные поверхности суходольных местностей заселяет мниевый мох, и только через 20—22 года проективное покрытие им достигает 90—100%.

ТПО суглинистого субстрата заселяет растительность, характерная для местности, в которой происходят техногенные нарушения. Данные группы ТПО чаще всего заселяют: кострец безостый (Bromopsis inermis) , вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffi) , крапива двудомная (Urtica dioica) , хвощ полевой (Equisetum arvense) , горошек мышиный (Vicia сrасса) , подорожник большой (Plantago mai) , ромашка непахучая (Matricaria in-odora) , одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale) . К 10 годам после техногенного вмешательства проективное покрытие данной растительностью в пойме достигает 80— 90%.

Техногенный фактор, влияющий на формирование ТПО и развитие почв в зоне техногенеза, является приоритетным. При обустройстве техногенных объектов нефтегазодобычи применяются различные технологии строительства, следовательно, восстановление и формирование почвенно-растительного покрова на ТПО характеризуется спецификой для каждого техногенного объекта. Так, на кустовых, разведочных площадках, созданных снятием верхних почвенных горизонтов и складированием их в обваловку, восстановление растительности, а следовательно, и гумусонакопление происходит значительно интенсивнее и быстрее, чем на кустовых площадках, созданных отсыпкой песком. Строительство объектов нефтедобычи и подъездных дорог к месторождениям приводит к значительному сокращению площади естественных земель. Изменение гидрологического режима и, как следствие этого, заболачивание приводит к развитию гидрофильной растительности.

В существующей классификации антропогенных геоморфологических процессов и форм рельефа нефтегазопромысловых районов Тюменской области [1] учитываются классы, типы и виды антропогенных геоморфологических процессов и соответствующие им меры рекультивационных работ нарушенных территорий. Но для решения проблем восстановления почв и сохранения почвы как природного ресурса такой классификации недостаточно. В таблице 3 рассматривается влияние техногенного воздействия на почвы и восстановление почв на ТПО. Способность почвы самовосстанавливаться зависит от степени нарушенности, вида техногенного воздействия и природных условий, в которых сформированы ТПО. Инвентаризация почвенных структур и ТПО поможет оценивать окружающую среду при комплексном прогнозе разных естественных и преобразованных экосистем.

Таблица 3

Формирование техногенных поверхностных образований и восстановление почв

Виды техногенного воздействия	Характер техногенного воздействия на экосистему	Вид ТПО [4]	Характер техногенного воздействия на почвы	Процесс восстановления
Песчаные насыпи кустовых и буровых площадок, отвалы	сведение растительности; смена лесных сообществ на вторичную растительность; проседание земной поверхности; уменьшение глубины промерзания и протаивания	литострат	изменение физических свойств; уплотнение; изменение стока грунтовых вод; дефляция; ухудшение дренажа	слабое гумусонакоп-ление, оглеение (в местах повышенной увлажненности)
Засыпка песком нефтяных разливов	деградация растительности	токсилитострат	изменение физических, химических свойств; уплотнение; изменение стока грунтовых вод; дефляция; ухудшение дренажа	слабое гумусонакоп-ление, оглеение (в местах повышенной увлажненности)
Сооружение кустовой, буровой площадки путем снятия грунта	сведение растительности; смена лесных сообществ на вторичную растительность; проседание земной поверхности; уменьшение глубины промерзания и протаивания	абралит, литострат	смешивание горизонтов; изменение физических свойств; уплотнение; изменение стока грунтовых вод	восстановление растительности через вторичную в первоначальную, восстановление генетических горизонтов почв
Шламовые амбары	сведение растительности; смена лесных сообществ на вторичную растительность; проседание земной поверхности; уменьшение глубины промерзания и протаивания	токсилитострат	изменение физических, химических свойств; уплотнение; изменение стока грунтовых вод; дефляция; ухудшение дренажа	слабое гумусонакоп-ление, оглеение
Карьеры (базы выемки)	сведение растительности; проседание земной поверхности; уменьшение глубины промерзания и протаивания	абралит, литострат	изменение физических, химических свойств; уплотнение; изменение стока грунтовых вод; дефляция; ухудшение дренажа	восстановление растительности практически невозможно
Подъездные пути (грунтовые автодороги)	изменение режимов поверхностного стока; заболачивание; усыхание лесных насаждений	литострат	ухудшение дренажа; образование колеи; уплотнение	восстановление травянистой растительности слабое, слабое гумусонакопление

Шоссейные автодороги	изменение режимов поверхностного стока; уничтожение древостоя; сведение растительности	литострат	изменение физических, химических свойств; уплотнение; изменение стока грунтовых вод; ухудшение дренажа	восстановление невозможно
Трубопроводы	уничтожение древостоя; сведение растительности; изменение режимов поверхностного стока; заболачивание	литострат	нарушение естественного залегание горизонтов; перемешивание горизонтов; изменение физических свойств	восстановление как травянистой, так и древесной растительности, хорошее гумусонакопление
Рекультивация земель	изменение режимов поверхностного стока	реплантозем	изменение стока грунтовых вод; ухудшение дренажа	восстановление растительности, оглее-ние

Таким образом, проведенные исследования показывают, что в природно-климатических условиях территории правобережья Средней Оби восстановление почвенно-растительного покрова и экосистемы в целом происходит долговременно. В среднем трансформируемые почвы на суходольных поверхностях формируют плодородный слой мощностью 1 см за 50 лет. В пойме за данный промежуток времени формируется 2 см плодородного слоя почвы.

Скорость восстановления почв зависит от технологии строительства объектов нефтегазодобычи и создания ТПО, рельефа, времени, климато-биологического фактора, гранулометрического состава субстрата. Так, если при строительстве нефтегазодобывающих объектов использовался однократно насыпанный суглинистый материал естественной почвы, то для формирования слаборазвитой почвы — пелозема — достаточно сорокалетнего периода. На ТПО, состоящих из песчаного материала, особенно при его неоднократном подсыпании, активно развиваются процессы дефляции и эоловой аккумуляции, которые препятствуют процессам почвообразования. В результате за 20—30 лет на изученных песчаных ТПО формируется только мозаичный моховый покров, создавая верхний органогенный горизонт мощностью лишь 0,2 см.