Сравнительная географо-генетическая характеристика почвообразования на основе накопленной фитомассы в почвах антропогенных ландшафтов лесостепи Западной Сибири

Исследования почв антропогенных (техногенных) ландшафтов проводились многими отечественными и зарубежными учеными [4,12], [14,21], [25–34]. В лесостепной зоне Западной Сибири изучением почв занимались, в основном, сотрудники Института почвоведения и агрохимии СО РАН [3,21]. Многие исследовательские работы были посвящены регионам Сибири: западной части Красноярского края [1,18], Кемеровской и Новосибирской области [21,23] и отдельным антропогенным объектам: отвалам угольных разрезов, шламоотвалам, хвостохранилищам и т. п. [5,8], [13,17]. Сравнительная географо-генетическая характеристика почвообразования в нарушенных, в результате добычи каменного угля и антрацита, экосистемах лесостепи Западной Сибири не проводилась и дается впервые. При изучении особенностей и направленности почвообразования в почвах антропогенных ландшафтов любых природных зон и поясов всегда следует рассматривать в первую очередь биологические процессы, а именно – синтез, аккумуляцию, минерализацию и гумификацию органического вещества. Тем не менее, нужно учитывать и другие факторы почвообразования [9].

На начальном этапе развития антропогенной экосистемы (инициальная и органо-аккумулятивная фаза) органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза и появляющиеся за счет потребления животными и микроорганизмами растительной органики, поступают в почву как продукты жизнедеятельности компонентов биоценоза. Вместе с растительными и животными остатками почвы получают энергию, консервированную фотосинтетическим путем, биогенные элементы, аккумулированные телами растений, а также исходные вещества для обра- зования гумуса. Основным источником накопления гумуса в почвах служат зеленые растения, которые ежегодно оставляют в почве и на ее поверхности большое количество органического вещества в виде опада.

На позднем этапе развития антропогенной экосистемы (дерновая и гумусово-аккумулятивная фаза) к процессам синтеза и аккумуляции присоединяются процессы минерализация и гумификация. Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов (вода, диоксид углерода и простые соли). В результате минерализации происходит сравнительно быстрый переход различных элементов (азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий, железо и др.), закрепленных в органических остатках, в минеральные формы и потребление их живыми организмами следующих поколений. Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые кислоты почвы. Итог гумификации – закрепление органического вещества в почве в форме новых продуктов, устойчивых к микробиологическому разложению, служащих аккумуляторами огромных запасов энергии и элементов питания.

Цель исследования: оценить и сравнить почвенноэкологический статус антропогенных ландшафтов Западной Сибири.

Задачи:

• 1.    Определить и сравнить почвенный состав ландшафтов на основе морфологических свойств почв.

• 2.    Оценить и сравнить общую фитомассу в различных типах почв антропогенных ландшафтов и сопоставить ее с фитомассой зональных почв.

• 3.    Определить ведущие биологические процессы, происходящие в почвах.

• 4.    Выяснить почвенно-экологический статус изучаемых ландшафтов.

Материалы и методика

Основой исследования послужили сравнительноморфологический, сравнительно-генетический и сравнительно-географический методы.

В работе применялась профильно-генетическая классификация почв антропогенных ландшафтов [4], которая основана на типодиагностических характеристиках горизонтов почв, формирующихся в посттехногенный период, то есть на морфологических особенностях профиля.

Наземная фитомасса отбиралась в начале августа с каждого типа почв методом квадратов на участке в 1 м2 в трехкратной повторности. Растения распределяли по группам (злаки, бобовые, разнотравье) и высушивали. Подсчитывался средний результат.

Объектами исследования послужили почвы, формирующиеся в антропогенных ландшафтах, представляющие из себя транспортные внешние отвалы антрацитового разреза Горловский (Новосибирская об- ласть, Искитимский район, рядом с поселком Листвянский), возрастом около 35 лет и угольного разреза Бунгурский (Кемеровская область, Новокузнецкий район, рядом с поселком Листвяги), возрастом более 35 лет. Отвалы окружают непосредственно разрезы выработок, имеют усеченную конусообразную форму, состоят из трех ярусов. Тела отвалов сформированы из смеси вскрышных (лессовидные суглинки и покровные глины) и вмещающих (песчаники, аргиллиты, алевролиты) пород со значительными включениями антрацита разреза Горловского и углистых частиц разреза Бунгурского. Развитие почв происходит в условиях лесостепной зоны Западной Сибири. В структуре почвенного покрова на объектах исследования определяются почвы различных стадий эволюции: эмбриоземы (формирующиеся в результате само-зарастания) и техноземы (искусственно созданные в результате проведения рекультивационных работ).

Зональными почвами в данной природно-климатической зоне являются черноземы выщелоченные, которые считаются наиболее плодородными и ценными на территории Западной Сибири.

Рис. 1. Естественный ландшафт лесостепи Западной Сибири с черноземами выщелоченными

• Fig. 1.    Natural landscape of the forest-steppe of Western Siberia with leached chernozems

Результаты исследования

Черноземы выщелоченные характеризуются интенсивным гумусонакоплением и выщелачиванием карбонатов из гумусового и подгумусового горизонта. В профиле отмечаются слабые признаки элювиально-иллювиальной дифференциации по илу, физической глине и валовому содержанию полуторных оксидов, что морфологически проявляется в наличии гумусовых бурых пленок и корочек на гранях структурных отдельностей в горизонте Вt, который является бескарбонатным. Формула профиля А-АВ-Вt-В Ca -С Ca [24].

Западносибирские черноземы выщелоченные характеризуются сравнительно небольшой (по сравне- нию с черноземами теплых фаций), мощностью гумусового горизонта (<50 см), более высоким содержанием гумуса (6–11%) и высоким соотношением гуминовых кислот к фульвокислотам. Карбонаты находятся в нижней части профиля в виде пятен, мучнистых скоплений или натечных выделений [7].

Почвы антропогенных ландшафтов коренным образом отличаются от зональных черноземов выщелоченных. Типовые отличия возникают, когда изменен хотя бы один из пяти факторов почвообразования [9]. На изучаемых участках изменению подверглись сразу все факторы: климат, рельеф, материнская порода, биота (с учетом функции времени). Прибавился антропогенный фактор.

Разрез 1. Эмбриозем инициальный. Формируется на выположенном участке внешнего 35-летнего отвала Горловского разреза. Травянистая растительность единична (мать-и-мачеха, полынь) (рис. 2).

Классификационная принадлежность: ствол: постлитогенные почвы; класс: биогенно-неразвитые; тип: эмбриозем инициальный; подтип: типичный; род: карбонатный [2].

С1 (0-5 см) - сильнокаменистая порода с неравномерно распределенным мелкоземом и с содержанием крупнозема до 85%. В петрографическом составе преобладают обломки алевролитов темно-серого цвета, имеющими признаки физического выветривания. Мелкозем тяжелосуглинистый, не агрегирован, имеются единичные корни и белесые налеты карбонатов. Переход к нижележащему горизонту заметен по более плотному сложению, а так же по размеру обломков.

С2 (5-15 см) - сильнокаменистая порода с содержанием крупнозема более 90%. Обломки пород без признаков выветривания. Темно-серый, темнее, чем вышележащий горизонт. На части обломков отмечается металлический блеск антрацита при разламывании. Единичные корни. Мелкозем темно-серый, почти черный, тяжелосуглинистый. Встречаются единичные корни травянистой растительности. Имеются единич- ные белесые налеты карбонатов. Переход заметен по изменению цвета и размеру обломков породы.

С3 (15-30 см) - буровато-темно-серый, на некоторых обломках металлический блеск и белесые пятна. Значительно меньше содержание и размеры крупно-зема. Мелкозем буровато-темно-серый с малозаметным блеском. Единичные корни. Присутствуют признаки физического выветривания. Сухой.

Эмбриоземы органо-аккумулятивные - следующая стадия развития почв техногенных ландшафтов. На этой стадии профиль еще не дифференцирован, но на поверхности формирующейся почвы уже присутствует типодиагностический горизонт, представляющий собой слои подстилки разной степени разложения. Кроме того, образуется некоторая зона окисления в верхней части породы. Морфологически эта зона отличается от нижележащей по цвету мелкозема, более высокой степени физической дезинтеграции крупнозема.

Разрез 2. Эмбриозем органо-аккумулятивный. Формируется на склоне (30) юго-восточной экспозиции внешнего 35-летнего отвала Горловского разреза под разнотравно-злаковой растительной ассоциацией, представленной мать-и-мачехой, осокой, кровохлебкой, полынью. Древесная растительность представлена березой, тополем и единичными осинами (рис. 3).

Рис. 2. Участок антропогенного ландшафта Горловского антрацитового месторождения с эмбриоземами инициальными

• Fig. 2.    A section of the anthropogenic landscape of the Gorlovsk anthracite deposit with initial embryozems

  

  Рис. 3. Участок антропогенного ландшафта Горловского антрацитового разреза с эмбриоземами органо-аккумулятивными

  
  

• Fig. 3.    A section of the anthropogenic landscape of the Gorlovsk anthracite deposit with organo-accumulative embryozems

Классификационная принадлежность: ствол: постлитогенные почвы; класс: биогенно-неразвитые; тип: эмбриозем органо-аккумулятивный; подтип: типичный; род: обычный; вид: фрагментарный.

А 0 (0–2 см) – бурая подстилка, состоящая из сла-боразложившегося и неразложившегося опада многолетних злаковых и листьев древесных растений, а так же мелких веточек. На границе с нижележащим горизонтом слежавшийся опад бурого цвета. Переход четкий по изменению вещественного состава.

C 1 (2–3 см) – серо-бурый с металлическим блеском и большим количеством органических остатков разной степени разложения (корешки, веточки, палочки, листья). Петрографический состав обломков представлен в основном алевролитами, а так же антрацитом, который придает металлический блеск. Признаки физического выветривания. Мелкозем темно-бурого цвета тяжело – и среднесуглинистый. Свежий. Переход по окраске, количеству крупных агрегатов.

С2 (3–20 см) – темно-серый, на некоторых обломках породы виден блеск и белесые налеты карбонатов. Органических остатков значительно меньше, чем в вышележащем горизонте. Количество крупнозема, состоящего из обломков алевролитов и антрацитов, около 75%. Содержится большое количество мелких корешков. Мелкозем почти черного цвета, среднесу- глинистый, увлажнен. Переход малозаметен по степени выветривания породы.

С 3 (20–30 см) – темно-серый, на некоторых агрегатах металлический блеск антрацита и белесые налеты карбонатов. Обломки породы крупнее, чем в вышерасположенном горизонте и в большем количестве. Присутствуют слаборазложившиеся корни травянистой растительности. Мелкозем представлен частицами темно-серого цвета, не агрегирован, средне – и тяжелосуглинистый. В петрографическом составе крупнозема преобладают алевролиты и антрацит. Увлажнен.

Инициальную и органо-аккумулятивную стадии можно считать начальной фазой образования почвенного покрова ландшафта. При благоприятных условиях эволюционирования антропогенной экосистемы (без лимитирующих факторов) происходит переход в следующую, дерновую стадию.

Разрез 3. Эмбриозем дерновый. Формируется на выположенном участке внешнего 35-летнего отвала Горловского разреза под злаково-разнотравной растительной ассоциацией, в которой преобладает осока, встречаются мать-и-мачеха, полынь, донник. Древесная растительность представлена березой, тополем, встречаются единичные сосны и осины (рис. 4).

Рис. 4. Участок антропогенного ландшафта Горловского антрацитового разреза с эмбриоземами дерновыми

• Fig. 4.    A section of the anthropogenic landscape of the Gorlovsk anthracite deposit with sod embryozems

Классификационная принадлежность: ствол: постлитогенные почвы; класс: биогенно-неразвитые; тип: эмбриозем дерновый; подтип: типичный; род: обычный; вид: фрагментарный.

Ао (0-3 см) - бурая подстилка, состоящая из сла-боразложившегося и не разложившегося опада многолетних злаковых и листьев древесных растений, а так же мелких веточек. На границе с нижележащим горизонтом слежавшийся опад бурого цвета. Переход ясный по изменению вещественного состава.

Ад (3-5 см) - буро-коричневый с черными пятнами разложившихся алевролитов и аргиллитов. Дернина представляет собой корни злаков, диаметром 4–5 мм. Количество корней составляет примерно 75%, которые переплетают обломки слаборазло-жившейся породы. Содержит в себе остатки растительности: веточки, палочки, мох, листочки деревьев. Мелкозем среднесуглинистый. Темный цвет обусловлен, главным образом, частицами антрацита. Сухой. Переход заметен по количеству корней, цвету и плотности.

Ci (5-12 см) - темно-серый с большим количеством полуразложившихся и не разложившихся мелких обломков аргиллитов и единичных песчаников. Много корней, диаметром до 4 мм, переплетающих породу. Крупнозем представлен не выветривавшимися обломками аргиллитов, песчаников и алевролитов. Мелкозем среднесуглинистый. Почва свежая. Переход к нижележащему горизонту заметен по изменению окраски, плотности, а так же по смене вещественного состава.

С2 (>12 см) - темно-серая смесь с блестящими частицами антрацита на крупных агрегатах. Светлее предыдущего - смесь мелкозема и слабо выветрившихся аргиллитов и алевролитов. Мелкозем среднесуглинистый с включениями более грубых частиц. Множество корней травянистой растительности. Размер обломков породы больше, чем у предыдущего. Свежий.

Разрез 4. Эмбриозем гумусово-аккумулятивный. Формируется на выположенном участке внешнего 35-летнего отвала Бунгурского разреза под злаково-бобово-разнотравной растительной ассоциацией, с преобладанием мятлика, тимофеевки, донника, клевера, мышиного горошка, полыни, земляники (рис. 5).

Классификационная принадлежность: ствол; постлитогенные почвы; класс: биогенно-неразвитые; тип: эмбриозем гумусово-аккумулятивный; подтип: типичный; род: обычный; вид: фрагментарный.

А д (0–2 см) – темно-серая плотная дернина, густо переплетенная живыми и отмершими корнями травянистых растений. Мелкие обломки плотных пород охвачены корневой массой. Мелкозем среднесуглинистый, окрашен органическим веществом в темносерый цвет. Переход постепенный по количеству полностью разложившихся корней.

А1 (2–8 см) – темно-серого цвета. Мелкозем представлен опесчаненым средним суглинком комковатопылеватой структуры. Хорошо гумусирован. Много корней травянистых растений. Мелкие обломки алев- ролитов и других плотных пород хорошо выветрелые и имеют мягкие контуры. Переход к нижележащему горизонту заметен по цвету.

С 1 (8–45 см) – темно-бурая смесь выветрелого крупнозема и мелкозема. Мелкозем – опесчаненый средний суглинок, комковато-пылеватой структуры. Крупнозем (95%) – обломки алевролитов и аргиллитов различной величины. Встречаются единичные корни.

Дерновую и гумусово-аккумулятивную стадии можно считать поздней фазой образования почвенного покрова ландшафта.

Рис. 5. Участок антропогенного ландшафта Бунгурского угольного разреза с эмбриоземами гумусово-аккумулятивными

• Fig. 5.    A site of the anthropogenic landscape of the Bungur coal mine with humus-accumulative embryozems

Разрез 5. Технозем. Сформирован (создан) на вы-положенном рекультивированном участке углеразраза Бунгурский. Возраст отвала более 35 лет. Рекультивация включала в себя горнотехнический этап, отсыпку плодородного слоя почвы и биологическую рекультивацию. Среди травянистой растительности преобладают злаковые (ежа, тимофеевка, мятлик и др.) бобовые (горошек мышиный, эспарцет), полынь, земляника, одуванчик (рис. 6).

Классификационная принадлежность: ствол: постлитогенные почвы; класс: техноземы; тип: технозем дифференцированный; подтип: гумусогенный; род: карбонатный; вид: нормальный.

Ад (0–8 см) – серая с буроватыми пятнами, ореховато-комковатая структура, в некоторых ме- стах пластинчатая, большое количество корней с низкой степенью разложения, включения угля и карбонатов, пористая, средний суглинок, граница язы-коватая.

С 1 (9–24 см) – буровато серая с серыми и светлобурыми пятнами, тяжелосуглинистая, структура неясно призматическая мелкозернистая, большое количество коней травянистой растительности, включения угля и аргиллита разной степени разложения, граница языковатая, вскипает.

С 2 (24–50 см) – светло-бурая с охристым оттенком и серыми пятнами, среднесуглинистая, пластинчатомелкочешуйчатая, сильно уплотнена, присутствуют единичные корни, кремнеземистая присыпка, пятна гумуса, единичные включения угля.

Рис. 6. Участок антропогенного ландшафта Бунгурского угольного разреза с техноземами гумусогенными

• Fig. 6.    A section of the anthropogenic landscape of the Bungur coal mine with humusogenic technozems

В морфологическом отношении эмбриоземы имеют черты сходства и различия: 1). Слаборазвитый почвенный профиль (до 45 см) и слабая степень морфологической дифференциации его минеральной части на генетические горизонты; 2). Присутствие большого количества крупнозема и сравнительно невысокое содержание средне- и тяжелосуглинистого мелкозема; 3). Эмбриоземы имеют примерно схожие темно-серые оттенки окраски, что обусловлено большим количеством антрацита или углистых частиц в профиле. Характерной особенностью органоаккумулятивных эмбриоземов является формирование так называемой зоны окисления в верхней части породы (морфологически отличается бурым цветом мелкозема); 4). Отмечается низкая увлажненность инициальных эмбриоземов в результате действия солнечных лучей (инсоляция), которые притягиваются к темным оттенкам почвы. Иссушение свидетельствует о нарушениях водно-воздушного режима, при котором происходит затруднение функционирования почвенной биоты, а значит и процессов преобразования органического вещества; 5). Наблюдается преобладание процессов аккумуляции органического вещества перед его минерализацией; 6). С появлением корнеобитаемого дернового горизонта, в эмбриоземах начинают происходить процессы минерализации и гумификации, о чем свидетельствует появление пусть и маломощного, но гумусово-аккумулятивного горизонта.

Техноземы - искусственно созданные почвы. Для создания техноземов на отвалах Бунгурского углераз- реза после горнотехнического этапа применялся послойный метод нанесения ресурсов рекультивации на тело отвала. Сначала укладывался слой до 25 см потенциально плодородной породы (карбонатные суглинки и легкие покровные глины), затем поверх его наносился плодородный гумусовый слой почвы (ПСП) в 10–20 см. Визуально техноземы напоминают верхние горизонты черноземов выщелоченных, тем не менее, их наборы почвенно-экологических функций несопоставимы. В техноземах нарушены сопряженные связи между горизонтами, которые в черноземах устанавливаются десятки тысяч лет. Технология создания техноземов путем отсыпки на начальных этапах приводит к деградации и ухудшению агрофизических и агрохимических свойств снятого ПСП. Главная причина этого заключается в несовершенстве технологии создания техноземов и хранении ПСП в буртах [1, 27]. Несмотря на это, создание техноземов -наиболее эффективный и быстрый способ восстановления нарушенного ландшафта.

Морфологическое строение почв антропогенных ландшафтов отражает биогенно-аккумулятивные процессы, чем подчеркивается ведущая роль биологических процессов в формировании профиля, - тем самым указывается на генетическую подчиненность всех других профилеобразующих процессов биологическим. Биологические процессы в эмбриоземах специфичны. Процессы синтеза, аккумуляции, минерализации и гумификации органического вещества не сбалансированы. На начальных стадиях развития нару- шенной экосистемы прослеживается явное преобладание процессов синтеза и аккумуляции органического вещества над процессами минерализации и гумификации; на поздних стадиях процессы минерализации и гумификации проявляются четче.

Подчиняясь законам классического почвоведения, почвы эволюционируют, согласно воздействию на них зональных факторов почвообразования, в связи с чем происходит смена сукцессий фитоценоза, микро-боценоза и других ценозов от простых группировок к более сложным [3, 30]. В результате неравномерной смены ценозов, мозаичность почвенного покрова в ландшафте имеет пестрый характер, который обусловлен разнообразием макро – и микроклимата, мезо – и микрорельефа, растительности, почвообразующих пород, жизнедеятельности живых организмов, другими словами, биотических и абиотических факторов почвообразования [3, 15], [16, 23]. Повсеместный характер такой мозаичности определил необходимость введения в почвоведение такого понятия, как структура почвенного покрова [2].

Почвенные профили в естественных ландшафтах представляют собой в большинстве случаев полигене-тические образования, унаследовавшие ряд морфологических признаков, важнейших свойств и экологических функций от предыдущих фаз почвообразования, смена которых вызвана различными изменениями. В антропогенных ландшафтах, вследствие малого периода почвообразования и, следовательно, однотипности климатических условий почвы являются моногенетическими образованиями. Поэтому исключительной особенностью таких почв является настолько высокая степень сингенетичности почвенных и биологических процессов, что возникает возможность определить по строению почвенного профиля основные черты надпочвенных и внутрипочвен-ных биоценозов и фитоценозов и распознать строение почвенного профиля, и, соответственно, его типовую принадлежность. В силу методических сложностей исследования сингенетичности фитоценозов с древесными или кустарниковыми растениями и почвами анализ процессов ограничивается лишь травянистыми сообществами. На исследуемых самовосстанавлива-ющихся участках и полей рекультивации преобладают виды, характерные для безлесных пространств, занятых суходольными лугами.

Начальные стадии биологического освоения антропогенного местообитания характеризуются преобладанием транспортных явлений – перемещение способных к миграции представителей флоры и фауны, главным образом микроорганизмов и растений, с естественных ближайших экосистем и закреплением их в соответствующих нишах [11]. Поздние стадии биологического освоения характеризуется стремлением нарушенной экосистемы войти в равновесие с окружающими естественными экосистемами под влиянием почвообразовательных факторов.

В структуре почвенного покрова выделены почвы различных стадий эволюции: эмбриоземы и технозе-мы. В соответствие с этим, определились четыре стадии первичной сукцессии растительных группировок: 1) пионерная (инициальная) растительная группировка на эмбриоземах инициальных; 2) простая растительная группировка на эмбриоземах органоаккумулятивных; 3) сложная растительная группировка на эмбриоземах дерновых; 4) замкнутый фитоценоз на эмбриоземах гумусово-аккумулятивных и техноземах гумусогенных.

Для инициальных фитоценозов характерно стремление в максимально полной степени использовать эдафические условия. Малая емкость биологического круговорота, слабая интенсивность фотосинтетических процессов, обусловленных неразвитостью мик-робоценозов и пионерных растительных группировок, некоторое время не могут обеспечить поступление в почву органического вещества – главного преобразователя исходной породы. На стадии формирования инициальных группировок характерны жесткие свойства и режимы естественного экофона, задаются первые предпосылки для формирования зонального микро- и макробиологического сообщества. В благоприятные периоды года активность микробных сообществ резко возрастает и формируется биологический круговорот, это и обеспечивает стартовое развитие экосистемы. Инициальные растительные группировки представлены единичными сорными пионерными растениями, хаотично произрастающими в пределах антропогенного местообитания, не образуя сомкнутого ценоза. В структуре фитомассы преобладает надземная часть [10].

На смену инициальным растительным группировкам приходят виды растений, более требовательные к условиям жизнеобеспечения. При отсутствии конкуренции это приводит к формированию простых растительных сообществ и усилению мозаичности травянистого покрова [14]. Преобладают процессы синтеза органического вещества над его минерализацией и накопление азотсодержащих соединений. На данной стадии в толще породы формируются очаги скопления отмерших органических остатков. Объем фитомассы возрастает в несколько раз, по сравнению с объемом фитомассы на эмбриоземах инициальных и достигает 97 г/м2 (табл.) с проективным покрытием 70%. Формируется разнотравная ассоциация.

Таблица 1

Надземная фитомасса в почвах антропогенных ландшафтов и зональной почве

Table 1

Aboveground phytomass in soils of anthropogenic landscapes and zonal soils

Доминирующие виды (рода, семейства) растений // Dominant species (genus, family) of plants	Фитомасса (высушенная), г/м2 // Phytomass (dried), g/m2	Общая фитомасса (высушенная), г/м2 // Total phytomass (dried), g/m2
Эмбриоземы инициальные (Горловский разрез) // Initial embryozems (Gorlovsk deposit)
Artemisia	12,43	23,13
Другие // Other	10,70
Эмбриоземы органо-аккумулятивные (Горловский разрез) // Organo-accumulative embryozems (Gorlovsk deposit)
Tussilago farfara	95,05	96,90
Carex	1,00
Другие // Other	0,85
Эмбриоземы дерновые (Горловский разрез) // Sod embryozems (Gorlovsk deposit)
Carex	195,43	208,95
Tussilago farfara, Artemisia	10,50
Melilotus	3,02
Эмбриоземы гумусово-аккумулятивные (Бунгурский разрез) // Humus-accumulative embryozems (Bungur deposit)
Poaceae	210,75	464.26
Fabaceae	198,10
Другие // Other	53.41
Техноземы гумусогенные (Бунгурский разрез) // Humus-producing technozems (Bungur deposit)
Poaceae	220,60	443,84
Fabaceae	130,00
Другие // Other	93,24
Черноземы выщелоченные // Leached chernozems
Poaceae	450,36	736,58
Fabaceae	154,67
Другие // Other	131,55

В составе фитомассы эмбриоземов органоаккумулятивных по-прежнему преобладает надземная часть фитоценоза. По причине того, что процессы минерализации и гумификации развиты слабо, либо не развиты вовсе, органическое вещество скапливается на поверхности почвы и формирует органоаккумулятивный генетический горизонт (подстилка). Данный горизонт значительно смягчает гидротермические градиенты, обеспечивает фитоценозы дополнительным количеством воды, смягчая действие засухи и снижая прогревание поверхности. Все это стимулирует развитие внутрипочвенных биологических процессов.

На стадии формирования сложной растительной группировки на эмбриоземах дерновых появляются микроорганизмы, способные разлагать клетчатку [11]. Результативность их жизнеобеспечения остается невысокой, и темпы минерализации и гумификации невелики. Большая часть синтезированной растениями фитомассы сохраняется в почве без существенных изменений. В составе растительных группировок со- кращается доля длиннокорневищных растений. Видовое разнообразие травянистого покрова резко возрастает и находится в непосредственной зависимости от биоклиматических условий данного ландшафта, появляются рыхлокустовые злаки. Суммарная фитомасса достигает 209 г/м2, проективное покрытие увеличивается до 85–90%. В итоге почвенный профиль эмбри-оземов дерновых оказывается разделен на две части: органогенную (дерновый горизонт и подстилка) и литогенную (все нижележащие слои).

Процесс гумификации отмершего растительного опада на отвалах Горловского антрацитового разреза находится в зачаточном состоянии и не достигает масштабов, при которых происходит формирование самостоятельного гумусово-аккумулятивного горизонта. На отвалах Бунгурского угольного разреза гумусово-аккумулятивный горизонт сформирован, но имеет малую мощность. Тем не менее, произошел переход в гумусово-аккумулятивную стадию с замкнутой растительной группировкой на эмбриоземах гумусово-аккумулятивных, а значит, процесс гуми- фикации идет намного интенсивнее по сравнению с почвами Горловских отвалов.

Источником органического вещества в почвах является фитомасса. Прослеживается увеличение фитомассы в ряду почв от эмбриоземов инициальных к органо-аккумулятивным, дерновым, к техноземам и эмбриоземам гумусово-аккумулятивным (табл.). Величина надземной фитомассы на эмбриоземах гумусово-аккумулятивных, формирующихся на самовос-станавливающемся участке отвала Бунгурского углеразреза и на сформированных техноземах гумусогенных, в 4 и более раза выше, чем величина фитомассы на эмбриоземах органо-аккумулятивных, что свидетельствует о благоприятных условиях почвообразования, и что будет способствовать увеличению гумусо-образования и гумификации в этих типах почв. Большое количество фитомассы подчеркивает положительные результаты рекультивационных работ, особенно их биологического этапа, что позволяет в относительно короткое время (25–35 лет) в условиях лесостепи получить 100% проективное покрытие и богатое видовое разнообразие травянистого покрова. Вероятно, что количество фитомассы в нарушенных экосистемах со временем будет увеличиваться и стремиться к зональным значениям.

Обсуждение

При изучении направленности почвообразовательных процессов в антропогенных почвах всегда принимаются во внимание в первую очередь биологические процессы. Известно, что в антропогенных ландшафтах накопление и трансформация органического вещества являются наиболее значимыми проявлениями начальных этапов почвообразования, и эти процессы (основные из которых окислительно -восстановительные) протекают при участии ферментов. В направлении от инициальных эмбриоземов к гумусово-аккумулятивным прослеживается увеличение ферментативной активности [19]. Следовательно, усиление биохимической активности с течением времени способствует ускорению процессов самовосстановления почв антропогенных ландшафтов.

Почвы антропогенных ландшафтов Бунгурского угольного и Горловского антрацитового разрезов следует считать азональными почвенными образованиями. Азональность эмбриоземов и техноземов приводит к появлению новых экологических систем с рядом отличительных особенностей от зональных.

На поверхности отвала Бунгурского углеразреза за более чем 35 лет произошло естественное развитие растительных сукцессий до стадии сложного замкнутого фитоценоза. На таких участках ландшафта с наиболее благоприятными условиями для почвообразования, которые способствовали естественному развитию процессов (например, увеличение количества суглинистого материала в составе субстрата), сформировались и продолжают развиваться эмбриоземы гумусово-аккумулятивные. На участках отвалов Бун-гурского угольного и Горловского антрацитового разрезов с неблагоприятными условиями (например, с преобладанием плотных песчаников и крупнообломочных пород), почвообразование приостановилось на начальных этапах - инициальном и органо -аккумулятивном.

Формирующийся почвенный покров в нарушенных экосистемах может быть использован в качестве индикатора развития процессов почвообразования и оценки почвенно-экологического статуса антропогенных ландшафтов. Чем выше скорость прохождения стадий растительной сукцессии и стадий развития эмбриоземов при естественном зарастании, тем выше почвенно-экологический статус. Наличие в составе почвенного покрова антропогенных ландшафтов эм-бриоземов гумусово-аккумулятивных свидетельствует о благоприятных перспективах восстановления, и, наоборот, если в составе почвенного покрова антропогенных ландшафтов преобладают наименее генетически развитые эмбриоземы инициальные и органо -аккумулятивные, то прогноз для восстановления нарушенных территорий менее благоприятный, а значит, почвенно-экологический статус экосистемы будет низким. Некоторые исследователи при оценке статуса берут во внимание автоморфные позиции отвалов. Это в корне не верно, так как отвал состоит не только из выположенных участков, а имеет и склоновые поверхности, да еще и в разных экспозициях.

Проведенные исследования показали, что почвенно-экологический статус антропогенных объектов связан, в первую очередь, со свойствами почвообразующих пород, а так же с другими факторами почвообразования, которые оказывают существенное влияние на скорость восстановления почвенного покрова при их самозарастании или рекультивации. На поверхности и склонах нарушенных экосистем формируется почвенный покров, который представлен сочетанием различных типов эмбриоземов и техноземов. Каждый тип эмбриоземов и техноземов и соотношение площадей занимаемых тем или иным типом характеризует, определяемый законами сингенеза, уровень жизнедеятельности биоценоза, который также влияет на почвенно-экологический статус антропогенного ландшафта.

Известно, что антропогенные ландшафты в лесостепи Западной Сибири входят в экоклин в течение 15-20 лет с момента образования [6], с формированием при благоприятных условиях эмбриоземов гумусово-аккумулятивных и приобретают отличный почвенно-экологический статус. Тем не менее, после 35 лет развития исследуемых антропогенных экосистем в их почвенном покрове присутствуют все типы эмбри-оземов, что определяет неоднородность почвенного покрова, которая связана с неоднозначными факторами и условиями почвообразования.

Почвенно-экологический статус отвалов Бунгур-ского угольного разреза, тем не менее, можно считать удовлетворительным, так как по истечении 35 лет с момента начальной фазы техногенеза в составе почвенного покрова формируются эмбриоземы гумусовоаккумулятивные и техноземы гумусогенные. Проводились рекультивационные работы (хотелось, чтобы их проводилось больше) по восстановлению нарушенных территорий.

Почвенно-экологический статус отвалов Горловского антрацитового разреза неудовлетворительный. В составе почвенного покрова нет явных морфологических признаков образования гумусово-аккуму- лятивного горизонта, хотя предпосылки к этому есть. Рекультивационные работы за 35 лет не проводились.

Развитие эмбриоземов в лесостепной зоне имеет 2 направления: 1) инициальные ↔ органоаккумулятивные; 2) инициальные → органоаккумулятивные → дерновые → гумусовоаккумулятивные.

В зависимости от экспозиции и крутизны склонов отвалов, эмбриоземы остаются в метастабильном состоянии на инициальной стадии. И это состояние не изменится до тех пор, пока не появятся условия для перехода в органо-аккумулятивную и далее в дерновую и гумусово-аккумулятивную стадии. Следующая, органо-аккумулятивная, стадия эмбриоземов также остановила свое развитие и находиться в метаста-бильном состоянии. С проведением лесной рекультивации на отвалах Бунгурского углеразреза под посадками сосны и облепихи (облепиха выпала к 30летнему возрасту ландшафта, превратив междурядья сосны в непролазные дебри) травянистый покров практически не развивается, поэтому дернина не образуется. В результате этого органо-аккумулятивная стадия не только никогда не сможет эволюционировать в дерновую, а тем более в гумусово-аккумулятивную, но вследствие неблагоприятных условий (пожар, в том числе эндогенный, болезни растений) может деградировать до инициальной, что и произошло. При благоприятных условиях эмбриоземы органо-аккумулятивные эволюционировали в дерновые и гумусово-аккумулятивные.

На данный момент времени ландшафты находятся в метастабильном состоянии. Ожидается, что эмбри-оземы инициальные не будет иметь дальнейшего развития, а на их месте будет оставаться техногенная пустыня. Эмбриоземы органо-аккумулятивные либо перейдут в следующую дерновую стадию, либо на их месте сформируются почвы под лесными насаждениями на каменистом субстрате. Эмбриоземы дерновые должны перейти в гумусово-аккумулятивную стадию с дальнейшем формированием на этих участках сухостепных почв на каменистом субстрате с маломощным гумусовым горизонтом.

Последующий мониторинг ландшафтов должен включить в себя аналитические исследования по групповому и фракционному составу железа для выявления подтиповых особенностей эмбриоземов [8]. Подтиповые особенности почв определяются по ведущим почвообразовательным процессам (гумусона-копление, буроземообразование, псевдооподзоливание и т.д.). Это даст возможность оценить скорость и направленность почвообразования с целью прогнозирования и моделирования состава почвенного покрова антропогенных ландшафтов.

Выводы

• 1.    Почвенный покров антропогенных ландшафтов мозаичный. В его составе морфологически определяются техноземы гумусогенные и все типы эмбриозе-мов. Каждому типу эмбриоземов соответствует определенная стадия развития фитоценозов: эмбриоземам инициальным соответствует стадия с пионерной растительностью; эмбриоземам органо-аккумулятивным – простая растительная группировка; эмбриозе-мам дерновым – сложная растительная группировка; эмбриоземам гумусово-аккумулятивным и технозе-мам гумусогенным – замкнутый фитоценоз с довольно богатым видовым разнообразием.

• 2.    Общая фитомасса и ее состав увеличивается и становится разнообразней в генетическом ряду почв антропогенных ландшафтов от эмбриоземов инициальных и органо-аккумулятивных к эмбриоземам дерновым и гумусово-аккумулятивным. Тем не менее, общая, наземная фитомасса самых генетически развитых эмбриоземов гумусово-аккумулятивных ниже зональных значений.

• 3.    Ведущими биологическими процессами в эм-бриоземах начальных этапов становления экосистемы являются синтез и аккумуляция органического вещества; в эмбриоземах гумусово-аккумулятивных и в техноземах гумусогенных помимо синтеза и аккумуляции отмечаются зачатки процессов минерализации и гумификации.

• 4.    Почвенно-экологический статус отвалов Бун-гурского угольного разреза удовлетворительный, так как в составе почвенного покрова присутствуют эм-бриоземы гумусово-аккумулятивные и техноземы гумусогенные. Проводились рекультивационные работы по восстановлению нарушенных территорий. Почвенно-экологический статус отвалов Горловского антрацитового разреза неудовлетворительный. В составе почвенного покрова нет явных морфологических признаков образования гумусово-аккумулятивного горизонта, хотя предпосылки к этому есть. Рекультивационные работы не проводились.