Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Полигоны ТБО - как разновидность техногенного воздействия на экосистему города 8
1.1.1. Организация и функционирование полигонов ТБО 11
1.1.2. Морфологический, химический и фазовый состав ТБО 15
1.1.3. Возможные способы обращения с ТБО 16
1.2. Воздействия, оказываемые полигонами ТБО на почвенный покров прилегающих территорий 21
1.2.1. Механизм формирования своеобразных свалочных процессов на полигонах ТБО: основные аспекты 24
1.2.2. Негативные процессы, возникающие в результате функционирования полигонов ТБО 30
1.3. Основные этапы рекультивации полигонов ТБО 35
1.4. Некоторые аспекты классификации почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО и примыкающих к ним территорий 37
1.4.1. Группировка техногенно-преобразованных почв 38
Глава 2. Объекты и методы исследования 42
2.1. Природная характеристика исследуемой территории 42
2.1.1. Метеорологические условия 42
2.12. Характеристика почвенных условий 45
2.2. Объекты исследования 46
2.3. Характеристика эталонного участка заповедника «Персиановская степь» 52
2.4. Методы исследования 56
2.4.1. Общие анализы 56
2.5.1. Элементный анализ гуминовых кислот 57
2.6.1. Морфологические исследования почв 57
2.7.1. Минералогический состав тонкодисперсных фракций 58
Глава 3. Морфологические и физические свойства черноземных почв, измененных воздействием техногенной деятельности на полигонах ТБО 61
3.1. Макроморфологический (полевой) и мезоморфологический этапы исследования 61
3.2. Мнкростроенне и состав естественной и техногенно-преобразованных почв 62
3.3. Изменение структурного состояния почв ландшафтов полигонов ТБО 68
3.4. Изменения водно-физических показателей техногенно-нарушенных почв полигонов ТБО 76
3.5. Реологические свойства техногенно-преобразованных почв,
территорий полигонов ТБО и их взаимосвязь с гранулометрическим составом 82
Глава 4. Изменение минералогического состава тонкодисперсных фракций почв под воздействием по лигонов ТБО 90
4.1. Минералогический состав чернозема обыкновенного карбонатного ненарушенного сложения 90
4.2. Минералогический состав почв полигонов ТБО 91
4.2.1. Действующий полигон ТБО 97
4.2.2. Законсервированная свалка 100
Глава 5. Особенности в распределении химических показателей по профилям техногенных почв полигонов тбо 105
Глава 6. Органическое вещество почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО 116
6.1. Особенности в распределении общего гумуса и его качественный состав в техногенно-нарушенных почвах полигонов ТБО 116
6.2. Особенности элементного состава гуминовых кислот почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО 125
6.3. Органическое вещество отдельных гранулометрических фракций целинного чернозема и черноземных почв техногенно-нарушенных ландшафтов полигонов ТБО 131
Глава 7. Изменение биологической активности почв под влиянием техногенных факторов 137
Глава 8. Технопедогенез и основные морфотипы техногенно нарушенных почв ландшафтов полигонов ТБО 146
Выводы 150
Предложения 153
Список литературы 154
Приложения 169
- Организация и функционирование полигонов ТБО
- Негативные процессы, возникающие в результате функционирования полигонов ТБО
- Характеристика эталонного участка заповедника «Персиановская степь»
- Мнкростроенне и состав естественной и техногенно-преобразованных почв
Введение к работе
Актуальность исследования. Многомиллионные генерации твердых бытовых отходов (ТБО), ежегодно образующиеся во всех населенных пунктах страны, неизбежно требуют дальнейших действий по их удалению и утилизации. В России подавляющее количество ТБО (до 97 %) все еще продолжают вывозить на свалки. Согласно материалам Киотского протокола об изменении климата подписанного в декабре 1997 г., метан мест захоронений ТБО внесен в реестр основных антропогенных источников выбросов парниковых газов планеты. По проведенной в середине девяностых годов оценке Межправительственной комиссии по изменению климата (ІРСС) свалки России ежегодно выбрасывают в атмосферу 1.1 млн. т метана, что составляет примерно 2.5 % от антропогенного планетарного потока. Очень часто, выбирая участок под полигон ТБО, руководствуются экономией средств, игнорируя роль геологических условий и геоэкологически обоснованные концепции захоронения отходов. Это является причиной резкого ухудшения экологического состояния природной среды при эксплуатации полигонов ТБО.
Образование и функционирование полигонов ТБО сопряжено со значительными нарушениями, вызывающими перестройку в системе почвообразующие процессы <-» свойства почвы. Почва, как известно, выполняет целый ряд важнейших экологических функций, и трансформации в этой системе чреваты нарушениями в сопредельных средах, однако исследования по этой проблеме практически отсутствуют. Таким образом, необходимость изучения особенностей генезиса почв полигонов ТБО, обусловлена как теоретической и практической значимостью проблемы, так и отсутствием данных, позволяющих систематизировать и прогнозировать изменения, возникающие в почве при техногенном воздействии данного вида.
Цель и задачи исследования. Целью исследований было выявление особенностей генезиса черноземных почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО Нижнего Дона.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
дать сравнительную характеристику почв техногенно-преобразованных ландшафтов полигонов ТБО и целинного зонального аналога;
изучить изменения физико-химических свойств, преобразование морфологических признаков на макро-, мезо-, микро- и субмикроморфологическом уровнях в техногенных почвах территорий полигонов ТБО;
исследовать характер распределения минеральной составляющей тонкодисперсных фракций и компонентов органического вещества по профилям техногенно-нарушенных почв территорий полигонов ТБО;
соотнести некоторые показатели биологической активности техногенных почв в связи с загрязнением ландшафтов полигонов ТБО;
выявить приоритетные негативные процессы, воздействующие на экологическое состояние почв территорий полигонов ТБО;
Положения, выносимые на защиту:
-
В обстановке технопедогенеза проявление типичных элементарных почвообразовательных процессов, присущих черноземам обыкновенным карбонатным (североприазовским), становится рецессивным, и начинают доминировать процессы, формирующие облик почв территорий полигонов ТБО.
-
Комплекс определенных физико-морфологических параметров (структурное состояние, плотность, пористость почв, строение почвенного профиля, новообра-
РОС. НАЦИОНАЛЬНА ' БИБЛИОТЕКА
. . . * л
зования и включения), целесообразно использовать как базовые показатели тех-нопедогенеза, лимитирующие выполнение почвами основных экологических функций: аккумуляционной, средообразующей, регуляторной и протекторной.
-
Избирательная реакция ферментов различных классов на эффект загрязнения (активизация оксидоредуктаз - на примере каталазы и угнетение гидролаз - на примере инвертазы) может использоваться в целях мониторинга.
-
Для почв техногенно-преобразованных ландшафтов характерны следующие основные процессы: переуплотнение; технотурбация; подтопление; загрязнение антропогенными включениями в результате захламления и делювиального прив-носа с аккумулятивного антропогенного ландшафта в виде «тела» свалки; проявление редоксиморфизма под воздействием биогаза из «тела» свалки на материал реплантанта.
-
Формирование специфических морфотипов почвенных профилей территорий полигонов ТБО связано с доминирующим видом воздействия, оказываемого на их почвенный покров.
Научная новизна исследования. Впервые для степной зоны, базируясь на комплексном подходе, проанализирован генезис почв полигонов ТБО. Выявлены основные воздействия, оказываемые на почвенный покров территорий полигонов ТБО, и комплексы элементарных почвообразующих процессов, формирующих почвенный профиль данных техногенных почв. На основании подробного морфологического анализа определен вклад отдельных процессов в преобразование почвенной массы. Дана сравнительная характеристика физико-химических свойств, органической и минеральной составляющих в ряду: зональная естественная почва — действующий полигон ТБО — рекультивированный полигон ТБО. Обозначены основные механизмы саморегенерации для техногенно-нарушенных почв законсервированных свалок. Проанализировано воздействие загрязнения на биологические свойства почв территорий полигонов ТБО.
Практическая значимость исследования. Полученные результаты дают представление о составе и свойствах почв, находящихся под воздействием таких специфических техногенных объектов как полигоны ТБО. Они могут служить основой для прогнозирования изменений в почвообразовании под воздействием данного антропогенного фактора и/или при смене обстановки под влиянием первичного почвообразовательного процесса (в случае рекультивации). Полученные материалы могут быть использованы при разработке вопросов классификации, диагностики, оценки экологического состояния почв, рекультивации, а также непосредственно использоваться жилищно-коммунальными, природоохранными, производственными, научными и научно-исследовательскими организациями. Результаты исследований используются в учебном процессе при преподавании курсов «Почвоведение», «Почвенно-экологический мониторинг» и «Классификация почв» на кафедре почвоведения и агрохимии РГУ.
Данная работа была поддержана двумя именными грантами ФЦП «Интеграция» в 2001 и 2003 гг. (проекты №Х 80 и 3 3226/2259).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научно-практических конференциях студентов и аспирантов РГУ «Неделя науки» (Ростов-на-Дону, 2001-2005); молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы экологии сельскохозяйственного производства» (п. Персиановский, 2001-2004); Международной конференции по антропогенным почвам «Soil anthropization VI» (Братислава, Словакия, 2001); Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естествен-
ным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002); Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2002, 2005); Всероссийской научной конференции Докучаевских молодежных чтений «Город. Почва. Экология» (Санкт-Петербург, 2003); 7 Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века»; Международной научной конференции «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Казань, 2003); Всероссийской конференции «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (Москва, 2003); 2-й Международной конференции по почвам городских, промышленных и техногенных территорий «Soils of Urban, Industrial, Traffic and Mining Areas». SUITMA. (Нанси, Франция, 2003); IV съезде Доку-чаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004); Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, общим объемом 1,37 п.л., личный вклад - 75 %.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц, 21 рисунок и 16 приложений. Список литературы включает 180 наименований, в том числе 160 - отечественных и 20 - зарубежных авторов.
Организация и функционирование полигонов ТБО
на территории природно-заповедного фонда Российской Федерации (государственные природные заповедники, заказники, национальные природные парки, памятники природы) и его охранной зоны. (Об охране окружающей природной среды Закон РСФСР от 19.12.91 № 2060-1. Об особо охраняемых природных территориях Федеральный закон от 14.03.95 № 33-ФЗ), в пределах округов санитарной охраны курортных и лечебно-оздоровительных зон; на территории городов и поселков, на землях, занятых или предназначенных под занятие лесами, лесопарками и другими зелеными насаждениями, выполняющими средозащитные, санитарно-гигиенические и рекреационные функции; на сельскохозяйственных угодьях с кадастровой оценкой выше среднерайонного уровня (Земельный кодекс РСФСР в ред. Закона РФ от 28.04.93 № 4888-1, Указов Президента РФ от 16.12.93 № 2162, от 24.12.93X2 2287); Критерии, благоприятствующие организации полигонов ТБО на территории регионов. Регламентирующие акты. открытые, хорошо проветриваемые, не-затопляемые и неподтапливаемые территории, допускающие осуществление мероприятий и инженерных решений, исключающих загрязнение окружающей среды («Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения неути-лизируемых промышленных отходов»); расположение с подветренной стороны (для ветров преобладающего направления) по отношению к населенным пунктам и рекреационным зонам; расположение ниже мест водозаборов хозяйственно-питьевого водоснабжения, рыболоводных хозяйств, мест нереста, массового нагула и зимовальных ям рыбы; удаленные от аэропортов на 15 км и более, от сельскохозяйственных угодий и транзитных магистральных дорог на 200 м, от лесных массивов и лесопосадок, не предназначенных для рекреации, на 50 м (Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов на землях историко-культурного назначения; в пределах водоохранных зон водных объектов (Положение о водоохранных зонах водных объектов и их прибрежных защитных полосах Утверждено постановлением Правительства РФ от 23.11.96 №1404); в пределах I и II поясов зон санитарной охраны водных объектов, использующихся для хозяйственно-питьевого водоснабжения (СанПиН 217 722-98 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов»); в пределах городской черты (Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» от 24. 06 .98); на территории, загрязненной органическими и радиоактивными отходами, до истечения сроков, установленных органами санитарно-эпидемиологической службы (СНИП 2.01.28-85 «Полигоны но обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов». 22.08.77); на территориях со сложными геологическими и гидрогеологическими условиями с развитыми склоновыми процессами на суффозион-но-неустойчивых грунтах; заболоченных участках и зонах подтопления и т.п. для твердых бытовых отходов); обеспечивающие соблюдение 2-х километровой санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ полигона; с уклоном в сторону населенных пунктов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных угодий, лесных массивов не более 1,5 %; с залеганием грунтовых при наибольшем подъеме, с учетом эксплуатации полигона, не менее 2 м от нижнего уровня захороняемых отходов; с преобладанием в разрезе четвертичных отложений экранирующих пород (мощных глинистых толщ или других водо-изолирующих грунтов (пород)), характеризующиеся коэффициентом фильтрации не более 10"7 м/с; оценка гидрогеологической обстановки производится полевыми методами исследований в конкретных геологических условиях, включая трещиноватость пород, наличие гидрогеологических окон и т.п.; с развитым региональным водоупором (юрские глины), характеризующимся отсутствием «гидравлических окон» и значительных по площади трещиноватых зон; с отсутствием опасных геологических процессов (оползневые, карстово-суффозионные, овражная эрозия и т.д.
В зависимости от характера участка меняется технология организации полигона (рис. 1). Полигоны ТБО организовывают в оврагах, карьерах, на равнинах. Каждый случай имеет свои технологические особенности, можно сказать, что нет двух совершенно одинаковых полигонов. Принято считать наиболее экономичными зеленые участки, отводимые под полигон, близкие по форме к квадрату. По периметру полигона устраивают земляные насыпи (кавальеры) из грунта, необходимого для изо ляции полигона при его закрытии.
Отходы сразу по мере поступления прикатывают, трамбуют тяжелыми бульдозерами и пересыпают слоями изолирующего грунта толщиной в четверть метра. Масса отходов снабжается системой труб и коллекторов для сбора и утилизации мусорного газа и для сбора образовавшихся дренажных вод. Когда этот «слоенный пирог» достигает высоты 20 метров над поверхностью земли, все окончательно засыпается полуметровым слоем земли. На откосах полигона проводят посадку зеленых насаждений, непосредственно после укладки изолирующего слоя. Для посадки рекомендуют применять березу, ольху, тополь, иву, клен, дикую вишню. Отходы же начинают складировать в следующий подготовленный котлован. И так, пока не будет занята вся площадь полигона. Рисунок 2. Схема основных сооружений полигона ТБО на территории выработанного карьера (по Медведеву, 2002) 1-карьер; 2-кавальер фунта для изоляционных слоев ТБО и рекультивации территории. 3 -часть съезда (пандуса) отсыпанного ТБО с фунтом; 4 - трасса съезда; 5- фаница проецируемого полигона; б- административно-бытовой корпус; 7- комплекс сооружений обработки стоков, фильтрата; 8 - комплекс сооружений контроля поступающих ТБО и дезинфекции транспорта; 9 - комплекс хозяйственных сооружений (ангар для техники, склад ГСМ и т.д.).
Негативные процессы, возникающие в результате функционирования полигонов ТБО
Неблагоприятные экологические процессы - это такие процессы, которые оказывают существенное влияние на окружающую природнуто среду, препятствуют выполнению почвами заданных им экологических функций. К процессам протекающим на полигонах ТБО можно отнести: выделение мусорного (дренажного) газа (биогаза), образующегося в результате биологических процессов разложения массы мусора, в атмосферу, что приводит к опасности возникновения взрывов, наличия неприятного запаха; напрямую связанное с первым, пожарообразование при возгораниях мусора; - загрязнение грунтовых вод при их контакте с дренажными водами (фильтрат) полигона; - переуплотнение (уплотнение) почв и почвогрунтов как результат технологической деградации почв;
Мусорный газ может быть кратко охарактеризован, как биогаз, содержащий загрязнение. В свалочных отложениях спонтанно формируется анаэробное микробное сообщество, которое разлагает органическое вещество до биогаза, состоящего из; 45 % - СН4, 40 % - С02, 5 % - Н20, 3 % - Н2, 1 % - 02 и 6 % других газообразных и летучих компонентов органической природы, содержащихся в следовых количествах, но обладающих выраженным токсическим действием или неприятным раздражающим запахом (Власов, 2001). Точный состав индивидуален для каждого полигона и зависит от состава захороненного материала (Игнатович, 1998).
Активное газообразование начинается после закрытия объекта (или его части), обычно через несколько лет, когда сформировался сбалансированный метаноге-нез, и продолжается на протяжении 20-30 лет, постепенно затухая.
Глубинные мусорные слои в незначительной степени воздействуют на поведение метана верхних почвенных секторов, также эмиссия метана может быть сокращена в плотных хорошо аэрируемых слоях (Giani et al., 1998). Мощность аэробной зоны зависит от глубины проникновения кислорода воздуха в свалочный грунт (обычно она не более 1 м). Образовавшиеся в анаэробной зоне мощные потоки биогаза могут препятствовать диффузии кислорода.
Установлено, что весь сложный процесс разложения органической части ТБО можно описать следующей схемой. На типичной свалке процесс аэробного окисления чаше всего заканчивается образованием и накоплением высоких концентраций жирных кислот, что и лимитирует процесс аэробного разложения. Протекание аэробной стадии биодеградации характеризуется ростом температуры, что приводит, с одной стороны к увеличению активности и скорости роста микроорганизмов, с другой стороны, к уменьшению растворимости кислорода и снижению его концентрации. Исчерпание молекулярного кислорода при одновременном накоплении диоксида углерода создает микроаэрофильные условия. С появлением микроаэрофильных условий в теле свалки начинается рост численности сначала факультативных, а затем и облигатных анаэробов (Visscher et al., 2001).
Анаэробная биодеградация требует присутствия микроорганизмов разных видов, входящих в состав смешанной популяции. Группа гидролитических или ацидогенных бактерий, обеспечивает начальный гидролиз субстрата до низкомолекулярных органических кислот (например, целлюлозы до глюкозы) и других соединений. Пожары в теле полигона могут возникать стихийно при самовозгорании мусорной массы за счет протекающих в ней процессов микробиологического разложения, причем гореть может как сам мусор, так и выделяющийся из тела полигона мусорный газ. В работе А.Г. Власова (2001) приведены данные по оценке последствий загрязнения окружающей среды от пожаров по Московской области. Так, им установлено, что число пожаров мусора год от года увеличивается, а по частоте возникновения пожары ТБО находятся на втором месте после пожаров в жилых домах. Выбросы продуктов горения пожаров ТБО представляют опасность для здоровья людей и окружающей природной среды, так как в них содержится не менее 9x10 доз (50 ПДКсс) оксида углерода, а риск с отдаленными последствиями для здоровья и жизни людей в результате пожаров составляет (3.0x10 -1.6x10" )/год. По своему составу продукты горения при пожаре способны причинять больший вред здоровью людей, нежели массы выбросов самого биогаза, так как содержат более токсичные вещества - диоксины, дибензофураны, соединения тяжелых металлов и др. В загрязнении при земного слоя воздуха Московской области сумма выбросов биогаза и продуктов горения составляет около 42 % от выбросов всех стационарных и передвижных источников загрязнения (Власов, 2001). В этом свете основными профилактическими мерами противопожарной безопасности могут быть откачка мусорного газа и послойное покрытие массы отходов землей.
В результате биодеструкции ТБО наряду с образованием дренажного газа образуется фильтрат. Фильтрат при недостаточной изоляции полигона попадает в окружающую среду, а именно в почву, а оттуда - в подземные воды или поверхностный сток (Шлее и др., 2003). В составе фильтрата содержится целый ряд органических и неорганических токсичных химических соединений в концентрациях, превышающих в десятки и сотни раз их установленные предельно-допустимые концентрации (ПДК). Состав и количество фильтрата зависит от состава ТБО, а он в свою очередь от рациона питания населения и наличия бытовых услуг, климатической зоны, сезона года и др. Для крупного полигона московского региона в среднем количество фильтрата составляет от 300 до 800 м3/сут. (Николайкин и др., 2003).
Исследования М.А. Тагилова (2002) по моделированию долговременного метаболизма полигонов, показали существование потенциальной опасности миграции загрязняющих веществ с фильтратом полигона на протяжении сотен лет. Причем дальность воздействия объектов захоронения ТБО на состояние подземных вод составляет 3 — 5 км, степень загрязненности зависит от объемов образующегося на полигоне фильтрата, его состава и условий естественной и искусственной защищенности подземных вод. Во многом качество подземных вод определяется условиями проникновения загрязнителей, их типом и объемом утечки фильтрата. Степень риска заключается в так называемой оценке защитной емкости перекрывающих отложений от плотности и литологии отложений (Zlotoszewska-Niedzialek, 2001).
Основные процессы формирования водного баланса полигона классифицированы на процессы формирования водного баланса поверхности и внутреннего водного баланса. Факторы формирования водного баланса характерны для различных этапов его жизненного цикла и соответственно подразделяются на внешние, внутренние технологические и внутренние специфические. В период эксплуатации полигона на водный баланс оказывают влияние: поступление влаги в виде атмосферных осадков, поверхностного стока и таяния снега; увеличение объема отходов; качественное изменение поверхности (эксплуатируемая - отработанная); протекание активного анаэробного разложения ТБО. В постэксплуатационный период происходит качественное изменение поверхности (техническая и биологическая рекультивация), а также протекание активного анаэробного разложения.
Современные методы защиты подземных вод от негативного влияния полигонов заключаются в полной герметизации их оснований посредствам организации системы противофильтрациопной защиты. Последняя состоит из дренажной системы и противофильтрационного экрана, что обеспечивает контролируемый отвод фильтрата из массива отходов на очистные сооружения, где производится обезвреживание фильтрата до нормативных уровней с последующим сбросом в водотоки для ассимиляции (Тагилов, 2002).
Характеристика эталонного участка заповедника «Персиановская степь»
Этот участок степи расположен в Октябрьском районе Ростовской области на территории учебно-опытного хозяйства «Донское» Донского государственного аграрного университета. Площадь - 66 га. Государственный памятник местного значения с режимом заповедника. Поверхность, где находится этот участок степи, представляет слабоволнистую равнину, без балок. Большая часть степи представляет плато, слегка наклоненное на северо-запад. На этом участке имеется заметно выраженная ложбина, идущая с востока на запад. В юго-восточной части проходит с запада на северо-восток, слабо выраженный водораздельный гребень. Таким образом, этот участок имеет наклон около 2 на юго-восток. Почвы - черноземы обыкновенные карбонатные на лессовидных суглинках. Большая часть степи представляет настоящую (первичную) целину, а некоторая часть (северо-западный угол и узкая полоска вдоль восточной границы) - старую залежь, которая находится в третьей стадии зацелинения - стадии дерновинных злаков. Впервые детальное геоботаническое описание целинного участка «Персиа-новская заповедная степь» дано в работе А.П. Балаша (1960), проводившего там наблюдения с 1952 по 1959 годы.
А.П. Балаш относит Персиановскую заповедную степь к ксерофитному (раз-нотравно-типчаково-ковыльному) варианту приазовских степей, который характеризуется присутствием в травостое ряда видов разнотравья, свойственных злаковым степям: ромашник (Tanacetum millefolium), прутняк (Kochia prostrata), житняк (Agro-pyron pectiniforme) и др., а обычные на типичных приазовских степях более мезо-фильные виды здесь уходят в понижения или сильно изрежившотся: горошек (Vicia tenuifolia), барвинок травянистый (Vinca herbacea), чабрец Маршалла (Thymus mar-schallianus) и др.
Персиановская степь отличается от других приазовских степей рядом особенностей, обусловленных полным отсутствием сенокошения и выпаса: 1) на почве здесь образовался довольно хорошо выраженный мертвый покров, почти совершенно отсутствующий на всех других донских степях; 2) видную роль в травостое и ландшафте степи играют сухие прошлогодние побеги ковыля - тырсы, они придают степи обычно бурый оттенок даже в период полного развития его растительности весной и в первой половине лета; 3) замечается довольно сильное развитие костра безостого, некоторых двулетников: резака и особенно донника лекарственного, в Персиановской степи наблюдается тот процесс "луговения", который описал И.К. Пачоский в степях Аскании-Нова при недостаточном выпасе; 4) вследствие большого количества сухих прошлогодних побегов, а также развитии донника и живокости, степь в некоторые годы приобретает неряшливый вид в отличие от соседних сенокосных целин, которые в мае-июне очень нарядны и привлекательны; 5) развитие мелких эфемеров - однолетников сильно подавлено и они здесь никакой роли не играют. А.П. Балашом установлены 7 основных ассоциаций растительности Персиа-новской заповедной степи, из них в пяти эдификаторами являются ковыли и типчак, в одной дереза и в одной костер безостый: l)Stipa lessingiana + Festuca sulcata + южное разнотравье. Плато. Большие площади. 2) Stipa lessingiana + Stipa ucrainica + Festuca sulcata + южное разнотравье. Небольшие площади в слабых понижениях. 3) Stipa lessingiana + Stipa capillata+ Festuca sulcata + южное разнотравье. Значителные площади на плато. 4) Stipa lessingiana + Festuca sulcata + Medicago romanica. Небольшие участки в понижениях. 5) Stipa lessingiana + Festuca sulcata + Linasyris villosa. Острова на плато. 6) Caragana frutex + Festuca sulcata. Острова на плато. 7)Bromus inermis + южное разнотравье. Острова на плато и в понижениях. В работе А.П. Балаша (1960) есть сведения об общем числе высших растений равном 166 (но список не приводится) и распределение их по биологическим группам. Однолетников - 13 видов (8.0%), двулетников - 22 (13.3%), многолетних трав -126 (75.7%), кустарников и полукустарничков — 5 (3.0%). Злаков зарегистрировано 14 видов. Ковылей - 4 вида. Вид-эдификатор - ковыль Лессинга (Stipa lessingiana). Меньшее значение имеют ковыль-тырса (Stipa capillata) и ковыль украинский (Stipa ucrainica). Типчак (Festuca rupicola) является вторым эдификатором. Многочисленные островки образует костер безостый. Остальные злаки малозаметны.
Отбор образцов с целью их усреднения проводили методом непрерывной колонки в пределах почвенного горизонта. При выполнении ряда общих анализов использовали следующие методы: гумус в почве и гранулометрических фракциях определяли по Тюрину в модификации Симакова с титрометрическим окончанием солью Мора, рН водный - потенциометрически, карбонаты определяли по Кудрину, поглощенные Са + и Mg + - методом Гиссинга в модификации Тюрина, поглощенный Na+ -по Гедройцу с окончанием на пламенном фотометре, содержание аморфных форм Fe определяли в вытяжках методом атомной абсорбции, содержание КгО в составе некоторых образцов илистой фракции определяли на пламенном фотометре (Аринушкина, 1970). В некоторых образцах был определен нитратный азот по Грандваль-Ляжу, подвижные формы фосфора и калия по Мачигину (Аринушкина, 1970). Каталитическую активность почвы (каталазу, инвертазу) определяли по Галстяну (Казеев и др., 1997). Азотофиксирующая активность микроорганизма Azotobacter Chroococcum учитывалась методом почвенных комочков (Методы..., 1980). Для выявления трансформаций физических свойств определялось структурное состояние почв методом «сухого» и «мокрого» просеивания по Саввинову, водопрочность определяли по методу Андрианова, усовершенствованному Качинским, максимальную гигроскопичность - методом Николаева, гигроскопическую влажность - термостатно-весовым методом, плотность твердой фазы определяли пикнометр ич ее ким методом, а плотность агрегатов - в парафине. Верхний и нижний пределы пластичности определяли по методу Аттерберга (Агрофизические..., 1966). В образцах нарушенного сложения было выполнено определение линейной и объемной усадки почвы (Вадюнина и др., 1973). Гранулометрический состав почв выполнен методом пипетки Качинского при растирании с пиро-фосфатом натрия. Остальные показатели были получены расчетным путем.
Результаты опыта были проанализированы и обработаны методами математической статистики (Дмитриев, 1995). Для изучения трансформации почв территорий полигонов ТБО был выбран так называемый метод сопоставления, используемый при изучении потерь гумуса в пахотных почвах. Он заключается в сравнении почвенных характеристик целинных (старозалежных) и пахотных аналогов, в нашем случае в качестве эталона сравнения выступила целинная зональная почва (описание см. пункт 2.3.).
Качественный состав гумуса определяли по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (Агрохимические..., 1975), предусматривающей разделение гумуса на группы гуминовых кислот, фульвокислот и негидроли-зуемого остатка (гумина) с последующим разделением ГК и ФК на фракции по формам их связи с минеральной частью почвы.
Для более полного изучения трансформации органического вещества почв техно генно-измененных ландшафтов автором были выделены препараты гуминовых кислот. Экстракция препаратов осуществлялась посредством обработки почвенных образцов 0.1 н. раствором NaOH после предварительного декальцирования. Отчистку выделенных сырых препаратов проводили диализом в целлофановых мешках с последующей доотчисткой на электродиализаторе. Очищенную суспензию ГК высушивали в сушильном шкафу при температуре 60 С (Орлов и др., 1969). Элементный анализ выделенных препаратов был выполнен на С,Н,Ы-анализаторе фирмы «Perkin Elmer» модель 2400. Определение остатка проводили весовым методом (прокаливанием навески в токе кислорода и последующим взвешиванием остатка). Содержание кислорода рассчитывали по разности между массой беззольной безводной навески и суммарным содержанием С, Н, N.
Мнкростроенне и состав естественной и техногенно-преобразованных почв
Внутрипедная масса черноземов целинного и пахотного участков характеризуется пылевато-плазменным элементарным микросложением. Подробное микроморфологическое описание исследуемых почв приводится в приложении 4. Глинисто-гумусовый состав плазмы верхних горизонтов сменяется в нижних горизонтах на глинисто-карбонатный. Скелет представлен пылеватыми частицами хорошо отмытых зерен силикатов: кварц, полевые шпаты (ортоклазы), гидрослюды (мусковит), единично встречаются актинолит, эпидот, гранат. В гумусово-аккумулятивном горизонте целинной почвы преобладает биогенная агрегированность и губчатое сложение почвенной массы с выраженными зернистыми темноокрашенными гумонами; присутствуют внутриагрегатные и межагрегатные поры-трещины, в которых располагаются многочисленные органические остатки разной степени трансформации. Органическое вещество находится в скоагулированном состоянии. Сгустки изотропны, пространство между сгустками заполнено тонкодисперсным органическим веществом, находящемся в диффузном состоянии, что отмечается по всей площади шлифа (приложение 5, разрез 000). Микростроение пахотной почвы характеризуется большей консолиди-рованностью массы, чем у целинной почвы, так как при распашке биогенная агрегированность, губчатость, частично утрачивается, сменяясь блоковой структурой. Наблюдаются многочисленные поры упаковки, поры-трещины, определяющие, некомпактное сложение, подобные трансформации микростроения отмечаются в работе М.И. Герасимовой и Т.Л. Быстрицкой (1988) . В подпахотном горизонте скелет преобладает над плазмой (приложение 5, разрез 03/2), обнаруживается тонкодисперсное органическое вещество в виде глобул, - по-видимому, это результат механического воздействия распашки. В нижних горизонтах отмечаются следы перемещения (натеки) пылеватой фракции. Порозность доминирует межагрегатная и представлена трещинами и пустотами (0.03-0.22 мм). Инструментальные морфологические исследования техно генно-нарушенных почв выявили ряд изменений в агрегатном состоянии, составе основной массы, характере новообразований по сравнению с целинной и пахотной почвами.
Характер техногенной слоеватой структуры хорошо выражен и на микроуровне. Деградация микростроения, характерная для техногенно-преобразованных почв, проявляется в составе плазмы, определяя тем самым мозаичный характер микрофрагментов с преимущественно гумусовыми, железистыми и карбонатными участками (приложение 5, разрез 001). В составе гумусовых микрофрагментов присутствует высокодисперсное органическое вещество в виде темных бурых глобул, прокрашенных железом (приложение 5, разрез 002; прикопка 008). Образуется консолидированная внутрипедная масса (приложение 6, рис. 8) с пылеватыми частицами, кусочками карбонатов и органическим веществом (приложение 6, рис. 6, 7, 9, 13). В порах, наряду с осколками кальцита, обнаруживаются гифы грибов (приложение 6, рис. 11), что иллюстрирует современную «живость» субстрата.
Среди общего состава основной массы особую часть крупнодисперсных компонентов составляют биолиты растительного происхождения - фитолиты, отмерший корень, ткани которого постепенно замещаются мелкими кристаллами кальцита (приложение 6, рис. 12). По сравнению с целинными черноземами в техноземах чаще встречаются терригенные зерна первичных минералов песчаной размерности. Встречаются крупные зерна кварца, микроклина, мусковита, рутил, эпидот, хлоритизиро-ванная роговая обманка. В насыпных техногенных горизонтах выделяется как более темноцветный аутигенный кальцит, так и светлые зерна терригенно привнесенного кальцита, рассыпанные по поверхности агрегатов (приложение 5, прикопка 03/4). Твердые включения в плазму техногенных почв представляют собой артефакты — микрокусочки гранитного щебня, кирпича во внутрипедной массе, магнитная частица и т.д. (приложение 5, разрез 001; прикопка 03/1; приложение 6, рис. 4; 14,23).
В техногенных почвах карбонатный материал представлен следующими формами: в виде рассеянных карбонатов, псевдомицелия, в форме карбонатных аккумуляций и люблинитовых образований.
В целинной и пахотной черноземной почве белоглазка появляется в пределах элювиально-карбонатного горизонта и в верхней части иллювнально-карбонатного, т.е. с глубины 92 см и до дна разреза, такое распределение белоглазки связано с процессами почвообразования.
Микрозернистый кальцит первичной белоглазки в насыпных (техногенных) горизонтах подвергается процессу перекристаллизации с образованием в составе белоглазки более крупных кальцитових кристаллов, обладающих более правильными идиоморфными очертаниями (приложение 6, рис. I). Процесс перекристаллизации заключается в переотложении вещества с одних зерен на другие, что приводит к их укрупнению и уменьшению в количественном отношении. Данное явление объясняется происходящей сменой внутрипочвенных условий, сопровождающееся дополнительным увлажнением, что приводит к дополнительной мобилизации и сегрегации рассеянного карбонатного материала и к более интенсивному развитию процессов кристаллизации. Это может происходить как «достройка» исходных мелких кристаллов кальцита до более крупных и обладающих более правильными формами или как созревание по Оствальду, когда одновременно происходит растворение более тонких кристаллов и рост более крупных (Соколова и др., 1988). Интересной сегрегационной формой микрокристаллического кальцита является наблюдаемые карбонатные прожилки (приложение б, рис. 10). Наиболее контрастные условия создаются в мелкопористой поверхности агрегатов (приложение 6, рис. 29), люблинитовые стяжения вторично инкрустируют поры и трещины там, где они обрамлены микрокристаллическим кальцитом (приложение 6, рис. 28). Иглы люблинита вырастают радиально из коллоидного золя на поверхности стенок. Наличие в порах наряду с микрокристаллическим кальцитом люблинита свидетельствует о различии условий и неодновременности их образования (Халчева, 1966). Для технозема черноземовидного дерново-намытого насыщенного карбонатсодержащего глубокотурбированного (разрез 007) и особенно для технозема черноземовидного гидрометаморфизированного насыщенного карбонатсодержащего глубокотурбированного (прикопка 03/1 и разрез 001) возможно проявление техногенно-обусловлеиного переувлажнения, в виде поверхностного переувлажнения, подпора грунтовыми водами, бокового внутрипочвенного сто ка и т.д. Переувлажнение становится причиной формирования анаэробной обстановки, приводящей к процессам восстановления и мобилизации железа. Образуются железисто-марганцевые, железистые, железисто-гумусовые микро конкреции в порах, а также зерна первичных минералов, покрытые буро-желтой железистой пленкой. Мар-ганцовисто-гумусовые и марганцовистые стяжения (размером более 1 см) по граням структурных отдельностей определяют мезозоны изменения окислительной обстановки. Наблюдается присутствие большого количества углефицированной органики. Железо агрегируется по рисунку трещин, встречаются ожелезненные карбонатные новообразования (приложение 5, прикопка 03/4). Железо переходит в закисную форму, перемещается локально в пределах микрозон, и образует на поверхности карбонатных выделений, представляющих для железа геохимический барьер, железистые пленки (приложение 6, рис. 2, 3). Хемогенпые выделения окислов железа и марганца диагностировались нами в виде пленок на гранях структурных отдельностей, в тонких пустотах внутрипедной массы (приложение 6, рис. 18, 19,20, 21, 24, 25, 27). Признаки подвижности плазмы обнаруживаются в виде обособлений глинистого материала (натеков, пленок), и, на больших увеличениях прослеживается их чешуйчатая или слоистая текстура (приложение б, рис. 5, 17, 26).
