Процессы почвообразования техногенно-нарушенных территорий

Горбовская А.Д.

Санкт-Петербургский государственный университет

Горнорудная промышленность является одним из факторов антропогенного преобразования окружающей среды. Это проявляется в изъятии и механическом повреждении значительных массивов земель. Нарушения в природной среде, вызванные открытыми горными разработками при добыче полезных ископаемых, затрагивают почти все компоненты природного комплекса. В результате таких преобразований на территории месторождений возникают техногенные экосистемы, представленные в основном карьерами и отвалами.

Техногенные экосистемы коренным образом отличаются от природных, прежде всего, морфологическими параметрами, структурой и составом субстрата, отсутствием развитого почвенного покрова, а также хозяйственной ценностью. При возникновении техногенных экосистем на поверхности оказываются глубинные породы, не имеющие ничего общего с зональными почвами.

В молодых экосистемах техногенного происхождения хорошо прослеживается формирования всех биотических и абиотических компонентов, поэтому они считаются идеальными моделями для определения скорости и направления начального образования почвенного покрова и дальнейшего его развития.

В работе приводятся результаты мониторинговых исследованиях по оценке экологического состояния почв, формирующихся на техногенно-нарушенной территории. Изучались биогеохимические процессы почвообразования на первичных экотопах с использованием физико-химических и биохимических методов исследования.

Анализ химических свойств грунтов показал, что почвенная среда имеет щелочную реакцию. Это объясняется присутствием на поверхности известковых пород и о постепенном обогащении молодых почв обменными катионами Ca и Mg.

Следует отметить, что в поверхностном слое отвалов относительно быстро протекают процессы образования и накопления органического вещества. Это является характерной особенностью молодых почв техногенных экосистем. Быстрое накопление органического вещества указывает на интенсивные биохимические процессы, протекающие в формирующихся почвах, при развитие растительного покрова. В отвалах 2-летнего возраста обнаружено относительно широкое варьирование содержания органического вещества.

В формирующихся почвах отмечается высокое содержание водорастворимых соединений фосфора вследствие того, что на исследуемой территории этот элемент содержится в почвообразующих породах. Причем наибольшее их количество обнаружено в отвалах 2-летнего возраста. По мере восстановления почвенного покрова содержание фосфора несколько уменьшается в связи с тем, что происходит вымывание фосфорных соединений. Свободноживущие и ризосферные микроорганизмы участвуют в процессах разрушения минералов, содержащих фосфор, минерализации фосфорорганических соединений и способствуют переводу его нерастворимых форм в растворимые. По мере формирования почвенного слоя происходит также накопление водорастворимых соединений калия, необходимых для растений.

В процессе жизнедеятельности почвенных организмов одни элементы вовлекаются в биологический круговорот, входя в состав органических веществ, другие окисляются, восстанавливаются, включаются в комплексы и т.д. Очень важны превращения, связанные с микроэлементами.

Исследование валового содержания тяжелых металлов показало, что в почвогрунтах разного возраста особо токсичные металлы, такие как Ni, Cd, Pb, Cr, не превышают их кларковых значений. Присутствие в небольшом количестве ряда элементов, таких как Со, Сu, Zn, Mn, Fe, позволяет рассматривать отвалы как источник микрокомпонентов, необходимых для роста и развития растений и почвенных организмов, а также усиления ферментативной активности.

Общими показателями, позволяющими оценить общую биологическую активность, являются: нитрифицирующая, целлюлозолитическая, ферментативная, а также продуцирование углекислого газа.

В результате проведенных исследований установлено, что нитрифицирующая и целлюлозолитическая активность формирующихся почв на техногенно-нарушенной территории увеличивается по мере накопления и обогащения почв органическим веществом и развития растительного покрова.

Активность процессов нитратонакопления и целлюлозоразложения в грунтах 2-х летних возрастов практически отсутствует. В почвогрунтах старших возрастов энергия нитратонакопления и целлюлозолитическая активность повышаются и в 15-летних грунтах превосходят интенсивность этих процессов ненарушенных почв.

Анализ полученных данных по интенсивности «дыхания» почвогрунтов показал, что даже на ранних стадиях процессов восстановления отвалов выявляется активность микробиологической деятельности. С повышением запасов органических, минеральных соединений в почвогрунтах старших возрастов интенсивность биохимических процессов увеличивается, а с ростом общей микробной биомассы интенсивность выделения углекислоты в почвогрунтах возрастает.

Среди биологических показателей активность ферментов является сравнительно более устойчивым и чувствительным показателем биологической активности почв. Исследования показали, что содержание органического вещества в формирующихся почвах активизирует активность гидролитических ферментов - уреазы и инвертазы.

Отмечена также высокая активность окислительно-восстановительных ферментов - дегидрогеназы и каталазы в почвогрунтах 15-20-летних возрастов и и там она значительно выше, чем в ненарушенной почве.

Таким образом, процессы почвообразования техногенно-нарушенных почв на почвообразующих известковых породах при благоприятных физико-химических условиях в течение 15-20 лет происходят достаточно интенсивно, приближаясь по своим свойствам к зональным, что связано с интенсивным преобразование минеральной части почвенными микроорганизмами и формированием деятельного органогенного слоя.