Таежная зона сформировалась на приподнятых равнинах и невысоких плато, в условиях резко континентального климата и широкого распространения вечной (многолетней) мерзлоты, а также глубокого сезонного промерзания. Вытянутая с юга на север, по соотношению тепла и влаги, она делится на подзоны средней и южной тайги [2].
Цель исследования – изучение и оценка техногенно-преобразованных сезоннопромерзающих почв южнотаежной подзоны при разработке месторождений полезных ископаемых (угля) открытым способом.
Материалы и методы исследования
По климатическим условиям район исследований относится к территориям с суровой, продолжительной, малоснежной зимой и теплым летом с обильными осадками. Климат резко континентальный. Температуры января и июля соответственно –22,3 и +17,2 оС. Годовое количество осадков – 438 мм, их основная часть приходится на теплый период, когда выпадает 79-83 % их годовой суммы. Особенно сильные дожди наблюдаются в июле-августе. Мощность снежного покрова изменяется от 20-40 см в центральной части района до 60-80 см в горной части. Речная сеть района почти полностью относится к бассейну реки Ия, со значительным распространением болот (7,9 % площади). Основные болотные массивы сосредоточены в центральной части территории района в пределах Иркутско-Черемховской равнины [1].
Формирование почвенного покрова происходит в условиях континентального климата, расчлененного рельефа, разнообразных по генезису и составу почвообразующих пород, под различными типами растительности. Такое сочетание физико-географических условий, несмотря на влияние таежной растительности, тормозит развитие подзолообразовательного процесса – он значительно ослаблен. Исследования показали, что нередко в почвах наблюдаются признаки осолодения, что объясняется довольно широким распространением засоленных пород, на которых до появления древесной растительности развивались различные засоленные почвы. Подзолообразование нередко накладывалось на солонцеватые и осолоделые почвы. Наиболее распространены темно-серые, слабоподзолистые почвы на тяжелых и средних суглинках. Эти почвы занимают вершины и пологие склоны увалов. Здесь же встречаются почвы черноземного типа, расположенные по логам, равнинным склонам увалов и плоским понижениям. Значительная часть территории с такими почвами занята березовыми лесами. Значительную площадь почвенного покрова занимают болотные почвы, заросшие смешанным лесом. Эти почвы встречаются в обширных межувалистых понижениях, сток воды из которых затруднен. Почвенный состав их разнообразен и представлен переходными разностями от иловато-болотных до торфяно-болотных почв с содержанием значительного количества перегноя и минеральных питательных веществ [4].
В пределах территории исследования многолетняя мерзлота имеет островное распространение и приурочена к долине р. Азейки, отрицательным формам рельефа (логам, распадкам). Смешанные сосново-березовые леса с осиной и ольхой на водоразделах и склонах, сухостойные елово-лиственничные леса на старых гарях, травянистые ерники на пойменной и надпойменной террасах р. Азейка, суходольные луга с островками степной растительности на сухих террасах и пологих склонах имеют глубину сезонного промерзания от 1 до 3,5 м, которая зависит от многих факторов, достигая максимального значения на склонах возвышенностей с малой мощностью снежного покрова. Сезонное промерзание начинается с октября, а полное оттаивание происходит в конце июня [3, 6].
Методы исследований: ландшафтно-геохимический, сравнительно-аналитический, профильно-генетический и статистический.
Образцы почв отбирались и анализировались по общепринятым методикам. Закладывались почвенные разрезы и разрезы в техноземах, отбор образцов проводился по генетическим горизонтам либо по глубинам 0-10 и 25-40 см. Определение химических элементов осуществлялось на приборе Optima 2000DV – оптический эмиссионный спектрометр с индукционной плазмой (фирма Perkin Elmer LLC,США), валовое содержание микроэлементов – на спектрографе ДФС – 80 и ИСП – 30.
Объектами исследований служили техногенно-преобразованные сезонномерзлотные почвы, расположенные на территории открытых горных разработок.
Результаты исследования и обсуждение
При проведении работ по добыче угля открытым способом происходит полное уничтожение природных почв. На современном этапе, отмечается развитие восстановительных стадий на техноземах, где выявлены зоны с восстановлением растительного покрова (3-5-12) и гранулометрический состав – суглинистый (табл. 1).
Выделяются участки с незначительным техногенным воздействием или небольшие линзы «эндемиков» природных ландшафтов, которые испытывают на себе воздействие работы по добыче угля только косвенно – перенос пылевых загрязнителей и химических реагентов, используемых в технологии работ, при воздушном переносе – разрез 3-6-12. Почвенный покров представлен дерновой лесной грубогумусной почвой. Она имеет хорошо выраженный, но маломощный гумусовый горизонт. Гранулометрический состав горизонтов супесчаный.
Химические свойства техноземов представлены в таблице 2. Общими их чертами является слабо кислая или нейтральная реакция среды (от 6,2 до 6,8) распределение по почвенному профилю в техногенно-измененных условиях рН не имеет строгой дифференциации, здесь показатели выше в верхней части разреза. На точках имеющих только косвенное воздействие – 3-5 и 3-6, характерно следующее изменение показателей – верхняя часть профиля имеет показатели ниже, чем в нижележащих слоях.
Таблица 1
Морфология почвы
|
Разрез |
Почва |
Горизонт |
Глубина, см |
Морфология |
|
3-5-12 |
Технозем под луговой расти- тель- ностью |
Ао |
0–1 |
Слабо разложившиеся остатки травянистого покрова. |
|
Аd |
1–30 |
Черновато-коричневый легкий суглинок, ореховатой структуры, рыхловат, влажный, слабо задернован. Переход четкий ясный выражен. |
||
|
Атехн |
30–40 |
Коричневый с мазками охристого цвета, средний суглинок глыбисто-крупнокомковатый, плотный, влажный, незначительное содержание корней, включения песчаника, угольной крошки, до 20 см в глубину лом кирпича. Переход ясный четкий по цвету, плотности, мех. составу. |
||
|
3-6-12 |
Дерновая лесная |
Ао |
0–2 |
Остатки слабо разложившиеся растительности, хвоя. Отмечаются участки со следами пожара, местами покров отсутствует. |
|
Аd |
2–6 |
Коричнево-черный, легкий суглинок, ореховато-зернистой структуры, почвенные бусы, рыхлый, влажный, включения слаборазложившейся органики, включения древесных угольков. Переход четкий по цвету, плотности и задернованности ясный. |
||
|
А |
6–20 |
Темно-коричневая супесь комковато-глыбистой структуры, плотный, влажный, пронизан корнями незначительно, включения органики разной степени разложения. Переход нечеткий по цвету, плотности. |
||
|
В |
20–41 |
Светло-коричневый с охристым оттенком, легкий суглинок, зернисто-ореховатой структуры, рыхлый, влажный, незначительно пронизан корнями, включения угольков. |
Содержание гумуса в техноземах низкое, и его распределение не имеет четкого распределения. В условиях техногенно измененных (территории закрыта ПСП) почв т. 3-5 и в почвенном покрове т. 3-6 содержание гумуса значительно ниже фоновых значений, но имеют классическую картину распределения – показатели верхних горизонтов или верхней части разрезов достаточно высокие, а с глубиной резко уменьшаются. Обогащенность азотом и содержание валового фосфора как техноземах, так и почв – очень низкое. В числе обменных катионов присутствуют Ca,2+ Mg2+. Распределение алюминия внутри разрезов практически повсеместно равномерное. Сумма поглощенных катионов невысока.
Существенным показателем эффективного плодородия почвы является состав водных вытяжек. Их анализ показал невысокое содержание водорастворимых солей как в техноземах, так и в почвах. Задернованные участки благодаря наличию растительного покрова корневой системы (разной степени развития) обладают способностью к задержанию в верхних частях разрезов водорастворимых солей.
Из анионов преобладает HCO3-, а Cl- и SO42- – значительно меньше, чем в природных. Преобладающими катионами являются Ca2+ и Mg2+.
Таблица 2
Физико-химические свойства почв
|
Разрез |
Глубина, см |
рН |
Гумус, % |
N, % |
CO2, % |
Обменные катионы мг-экв на 100 г почвы |
|||||
|
Ca2+ |
Mg2+ |
H+ |
Al3+ |
Na+ |
Сумма |
||||||
|
3-5-12 |
0-10 |
6,4 |
2,02 |
0,09 |
1,02 |
15,2 |
4,8 |
н/о |
0,008 |
н/о |
20,008 |
|
30-44 |
6,8 |
0,56 |
0,03 |
0,98 |
16,8 |
4,0 |
н/о |
0,007 |
н/о |
20,807 |
|
|
3-6-12 |
2-16 |
6,2 |
3,07 |
0,11 |
0,81 |
9,9 |
3,2 |
н/о |
0,006 |
н/о |
13,106 |
|
20-41 |
6,5 |
0,30 |
0,02 |
0,63 |
7,2 |
0,8 |
н/о |
0,006 |
н/о |
8,006 |
|
Анализ данных концентраций валовых форм Mn, Сo, Pb, V позволяет выявить достаточно высокие концентрации по всей исследованной территории таких элементов как кобальт и хром, что свидетельствует о достаточно высокой степени ее антропогенезации (табл. 3). Средние содержания химических элементов в почвах (Кларк) имеют высокие показатели, которые являются допустимыми для почв Восточной Сибири. Содержание стронция, хрома, ванадия и свинца в техноземах меньше Кларка [5].
Таблица 3
Валовое содержание химических элементов
|
Разрез |
Глу- бина, см |
Химический элемент, мг/кг |
|||||||||||||
|
Al |
Ti |
Fe |
Mg |
Ca |
Mn |
Ba |
Sr |
Cr |
Cu |
Ni |
Co |
V |
Pb |
||
|
3-5-12 |
0-10 |
76250 |
4418 |
28635 |
21839 |
22544 |
1030 |
423 |
<100 |
81 |
33 |
30 |
14 |
58 |
<10 |
|
30-0 |
80100 |
3807 |
35868 |
21030 |
23809 |
818 |
580 |
260 |
91 |
33 |
31 |
15 |
69 |
<10 |
|
|
3-6-12 |
2-16 |
70450 |
3784 |
28525 |
19505 |
22384 |
845 |
553 |
278 |
75 |
21 |
16 |
11 |
56 |
<10 |
|
20-41 |
66100 |
5196 |
36125 |
19248 |
36639 |
948 |
728 |
389 |
85 |
17 |
22 |
14 |
61 |
<10 |
|
|
ПДК |
1500 |
6.0 |
3.0 |
4.0 |
5.0 |
150 |
32 |
||||||||
|
ОДК |
75 |
60 |
40 |
||||||||||||
|
Кларк почвы по Виногра-дову |
71300 |
4600 |
38000 |
6300 |
13700 |
850 |
500 |
300 |
200 |
20 |
40 |
10 |
100 |
10 |
|
|
Фоновые показатели |
62267 |
1715 |
12781 |
15220 |
15608 |
602 |
349 |
283 |
39 |
8 |
<20 |
4 |
19 |
<10 |
|
Заключение
Исследования по изучению морфологического, физико-химического и микроэлементного состава техногенно-преобразованных и природных сезоннопромерзающих почв южнотаежной подзоны обнаружил невысокое количество водорастворимых солей, содержание гумуса и азота ниже фоновых значений. Содержание валовых форм химических элементов в техноземах и почвах выявили превышение относительно ПДК и ОДК таких элементов, как Mn, Сo, Pb, V. Такое явление обнаружено и в фоновых почвах, что позволяет говорить о достаточно высоких содержаниях этих элементов в природных почвах региона, на которые происходит наложение техногенного фактора.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 12-05-00819).