В последние десятилетия добыча полезных ископаемых постепенно перемещается вранее труднодоступные регионы мира. Не является исключением северо– восточная часть России. Промышленное освоение северных экосистем приводит коренному нарушению круговорота вещества иэнергии. Для разработки программ восстановления этих территорий необходимо изучение объектов, на которых уже были предприняты попытки рекультивации. Для эффективного восстановления техногенных ландшафтов Западной Якутии, прежде всего, необходимо изучить особенности восстановления почвенного покрова, так как процесс почвообразования усложнена криоаридным климатом ифитотоксичностью пород составляющие тело отвалов.
Цель работы: Изучить особенности почвенно-восстановительных процессов впочвах игрунтах отвалов вскрышных пород алмазодобывающей промышленности Западной Якутии иоценка информативности различных методических подходов для классификации почв техногенных ландшафтов.
Материалы иметоды исследования
Исследования проведены в2008-11гг. на посттехногенных ландшафтах Мирнинского района Республики Саха (Якутия). Район относится кумеренной Лено-Вилюйской климатической зоне срезко выраженной континентальностью. Изучены почвы игрунты разновозрастных отвалов пустых пород Мирнинского ГОК. Тело отвалов восновном состоит из осадочных карбонатных пород кембрия. Часть отвалов была подвергнута рекультивации, заключающейся ввыравнивании поверхности инанесении слоя суглинка.
Для изучения физико-химических свойств грунтов ипочв техногенных ландшафтов применили стандартные для почвоведения методики. Для определения фитотоксичности исравнительного плодородия применили метод биотестирования на проростках редиса икапусты [4]. Число КОЕ учитывали на средах КАА, МПА стандартного состава, кроме того, для повышения учитываемости сапротрофной микрофлоры субстратов использовали среду МПА, разбавленную в30 раз. На каждой среде учет числа КОЕ проводили через 24 чв течение 3 суток. Функциональный спектр микробного комплекса определили при помощи метода МСТ (мультисубстратное тестирование) [3] сиспользованием 24 субстратов. Инвертазную активность почвы оценивали по методу Галстяна [2] сопределением инвертных сахаров по Вознесенскому [1].
Результаты исследования иих обсуждение
Согласно профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов [5] почвы исследуемой территории определены нами как:
•Класс литогенно-неразвитые. Тип элювиоземы инициальные (96,8 % от общей площади);
•Класс биогенно-неразвитые. Тип эмбриоземы инициальные (1,5 % от общей площади);
•Класс биогенно-неразвитые. Тип эмбриоземы органо-аккумулятивные (1,7 % от общей площади).
Класс литогенно-неразвитых почв представляет собой примитивные почвы, характеризующиеся, развитием процессов, направленных на подготовку субстрата кпочвообразованию: главным образом разрыхлением плотных пород.
Элювиозем инициальный– эволюционно наиболее молодой тип почв. Сущность почвообразования литогенно-неразвитых почв сводится не столько кпрофилеобразованию (или профилепреобразованию), сколько кформированию слоя породы, пригодного для развития последующих стадий начального профилеобразования. Данный тип развит как на горизонтальных, так ина склоновых поверхностях.
Почвы из класса биогенно-неразвитых обнаружены на участках, где проводились рекультивационные мероприятия снанесением суглинистого или супесчаного материала смощностью слоя 0,3-2,5 м.
Эмбриоземы инициальные– эволюционно наиболее молодой тип почв. Его важнейший морфологический признак– полное отсутствие биогенного горизонта. Неразвитость профиля данных эмбриоземов обусловлена недостаточной развитостью растительности, представленной сорными ирудеральными видами спроективным покрытием, не превышающим 20 %. Эти почвы преимущественно развиты на склонах суклоном более 35°, на горизонтальных поверхностях встречаются фрагментами.
Эмбриоземы органо-аккумулятивные представляют собой следующую стадию развития эмбриоземов. Почвенный профиль по-прежнему не дифференцирован, но на поверхности накапливается слой неразложившейся подстилки, являющейся типодиагностическим признаком. Эти почвы развиваются на вершинах, на пологих склонах иподошвах отвалов, под травянистыми или древесными растительными сообществами. Проективное покрытие травянистых видов колеблется от 60 до 100 %.
Содержание физической глины на эмбриоземах составляло 15-25 % (в зональной почве– 35-55 %), что вероятно отражает состав пород исходных инанесенных на поверхность отвалов, характеризующихся преимущественно как легкие суглинки исупеси. Величина рН водной вытяжки на элювиоземах составляла 8-8,4, на эмбриоземах– 7,2-7,4 (в зональной почве– 5.8-6.6). Величина рН эмбриоземов инициальных не отличалась от соответствующих показателей эмбриоземов органо-аккумулятивных. Величина рН по объектам исследования отражала, скорее всего, не процесс почвообразования на эмбриоземах, асостав исходных инанесенных при рекультивации пород. Содержание общего углерода иазота общ вэмбриоземах достоверно не отличались от показателей элювиоземов, то есть по изученным критериям почвообразовательный процесс на рекультивированных отвалах практически не регистрировался.
Для регистрации процессов почвообразования, дополнительно кстандартным физико-химическим методам анализа почв мы применили микробиологические методы анализа почв.
Если средний уровень соответствующего биологического показателя вслое 0-40см, характеризующего зональную почву принять за 100 %, то изученные показатели вряду объектов элювиозем– эмбриозем инициальный– эмбриозем органо-аккумулятивный составили ряд: по числу КОЕ на сильно разбавленной среде МПА– 0,01, 135, 135 %, по суммарной активности сапротрофного микробного сообщества (метод МСТ)– 0, 30, 70 %.
Наиболее характерная черта биогенно-неразвитых почв является низкий уровень утилизации целлюлозы. То есть, вэмбриоземах вероятно еще низка численность специфических микроорганизмов, способных разлагать данный полимер, являющегося основной составной частью растительного опада. Как известно, группа целлюлитических микроорганизмов является неотъемлемой частью почвенного микробного сообщества.
Ферментативная активность на элювиоземах инициальных практически не обнаруживалась. Уровень показателя на эмбриоземах инициальных иоргано-аккумулятивных практически одинакова исущественно уступала зональным почвам. Как известно, формирование профиля почвы идет обычно сверху вниз, так как процесс поступления растительного вещества ивзаимодействия его смикроорганизмами наиболее интенсивен именно вповерхностных слоях. Так как на эмбриоземах дифференциация профиля по данному показателю еще не обнаруживается.
Таким образом, установлено, что сапротрофное микробное население молодых почв на изученных нами отвалах пустых пород по количеству превышая показатели зональной почвы, состоит из покоящихся форм не способных кактивной утилизации растительных полимеров.
Согласно представленным выше данным, выделенные по морфологическим критериям классы молодых почв практически не различались между собой по физико-химическим характеристикам. Эти классы удалось дифференцировать по почвенно-микробиологическим критериям, по которым дифференциация типов оказалась не совсем достоверной. Наиболее достоверно типы биогенно-неразвитых почв мы подразделили по способности субстратов поддерживать начальный рост тест растений.
Таким образом, нами экспериментально доказано существование объективной основы для выделения двух типов биогенно-неразвитых эмбриоземов инициальных иоргано-аккумулятивных.
На основе полученных данных можно оценить эффективность рекультивационных мероприятий, проведенных на отвалах алмазодобывающей промышленности, спочвенно-микробиологических позиций. Безусловная необходимость рекультивационных мероприятий даже по самой простой схеме становится ясной при сравнении показателей, присущих эмбриоземам иэлювиоземам. При этом сопоставление биологических свойств эмбриоземов органо-аккумулятивных на рекультивированных отвалах стаковыми молодых почв на самозарастающем отвале указывает на низкую биологическую эффективность проведенных мероприятий.
Выводы:
1.На исследованных посттехногенных ландшафтах территории Мирнинского ГОК доминируют элювиоземы инициальные из класса литогенно-неразвитых, при этом на участках, где проводились рекультивационные мероприятия распространены эмбриоземы инициальные иоргано-аккумулятивные из класса биогенно-неразвитых.
2.Процесс формирования живой фазы молодых почв на отвалах пустых пород Мирнинского ГОК спустя 35-40 лет после отсыпки ирекультивации находится на стадии накопления пула микробных клеток снизкой скоростью роста ине способных кутилизации составных частей растительных остатков.
3.На начальных этапах почвообразования на отвалах Мирнинского ГОК дифференциация эмбриоземов до типа возможно по способности субстратов поддерживать начальный рост тест растений. Дифференциация классов возможно по почвенно-микробиологическим показателям. Стандартные физико-химические характеристики не достаточны для дифференциации класса литогенно-неразвитых от класса биогенно-неразвитых.