Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методические и методологические аспекты проблемы рекультивации почв техногенных ландшафтов 9
1.1. История проблемы и постановка вопроса 9
1.2. Объекты исследований и принципы их изучения 24
Глава 2. Основы диагностики и оценки почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов 35
2.1. Генетическая классификация почв 35
2.2. Эмбриоземы и специфика их генезиса 53
2.3. Почвенный покров техногенных ландшафтов Кузбасса 75
2.4. Сингенетичность почвенно-генетических и биологических процессов .. 90
Глава 3. Оценка посттехногенных факторов, определяющих почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов 106
3.1. Специфика рельефа и его роль в формировании почв 107
3.2. Специфика пород и их роль в почвообразовании 122
Глава 4. Эволюция почв и динамика почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов 148
4.1. География и эволюция почв 148
4.2. Динамика почвенно-экологического состояния 168
Глава 5. Основы прогнозирования почвенно-экологического состояния и принципы рекультивации почв техногенных ландшафтов 189
5.1. Оценка потенциальной биологической продуктивности эмбриоземов.. 189
5.2. Научно-организационные и технологические проблемы проектирования рекультивационных мероприятий 215
Глава 6. Ресурсы рекультивации и почвенно-экологические основы их рационального использования 231
6.1. Местные природные ресурсы рекультивации и их пространственная дифференциация в Кузбассе 231
6.2. Плодородный слой почвы и его рациональное использование 244
6.2.1. Особенности агрофизических свойств техноземов 245
6.2.2. Особенности агрохимических свойств техноземов 264
6.3. Почвоулучшители и их рациональное использование 283
6.3.1. Применение цеолитовых туфов в целях рекультивации 285
6.3.2. Применение осадков городских сточных вод в целях рекультивации 299
Выводы 312
Литература 315
Приложения 346
- Объекты исследований и принципы их изучения
- Сингенетичность почвенно-генетических и биологических процессов
- Специфика пород и их роль в почвообразовании
- Научно-организационные и технологические проблемы проектирования рекультивационных мероприятий
Введение к работе
Актуальность. Проблема деградации экосистем вообще и их базовой основы - почвы, в частности, имеет глобальный характер. Однако в некоторых регионах, таких как, например, Кузбасс, она приобретает особую актуальность. Десятилетия экстенсивного развития здесь промышленности привели к глубокому экологическому кризису в природопользовании вообще и в землепользовании в частности. В настоящее время не менее 70% почвенного покрова земледельческой части региона в той или иной степени трансформировано, около 100 тыс. га уничтожено полностью [Малахов, 1999]. На месте уничтоженного почвенного покрова созданы, так называемые, «техногенные» ландшафты, значительная часть которых в течении многих десятилетий по различным причинам сохраняет облик техногенной пустыни. В почвенно-экологическом плане это означает - резкое замедление процессов замедленное или полное отсутствие почвовосстановительных процессов, в геоботаническом восстановления растительного покрова, в общеэкологическом — сохранение на неопределенно длительный срок экоклина, в санитарно-гигиеническом - ухудшение качества окружающей человека среды.
Техногенный ландшафт представляет собой разновидность антропогенного ландшафта, особенности образования которого обусловлены производственной деятельностью человека. Если обычные антропогенные ландшафты оказываются чаще всего лишь в той или иной степени преобразованными естественными ландшафтами, то техногенные - практически полностью (рельеф, состав пород и т.д.) сформированы техническими средствами. Поэтому если природный ландшафт является естественно-историческим образованием, сформированным совокупным и одновременным действием всех факторов географической среды, то техногенному свойственна предельная степень нарушенности взаимосвязей этих факторов. Наиболее характерными представителями таких ландшафтов можно считать отвально-карьерные ландшафты, образовавшиеся при разработке месторождений полезных иско паемых открытым способом. В результате нарушения почвенного и расти-тельного покровов происходит замена природных ландшафтов техногенными, восстановление которых естественными процессами идет очень медлен-но. Для ускорения процессов восстановления техногенных ландшафтов необходимо применять комплекс рекультивационных мероприятий, направленных на создание оптимальных условий почвообразования и развития фито-ценозов.
В большинстве случаев темпы рекультивационных работ значительно отстают от роста площадей нарушеных земель, а применяемые технологии рекультивации имеют низкий уровень наукоемкости и экологической эффективности, не позволяющий значительно снизить негативное влияние техногенных ландшафтов на прилегающие территории и естественные экосисте- мы. Совершенно очевидно, что требуется новый подход и в организации ре культивационных работ, особенно в проектировании, и научном обеспечении применяемых технологий рекультивации.
Цель и задачи. Целью работы является выявление и оценка основных факторов, лимитирующих восстановление растительного и почвенного покрова, установление закономерностей развития почвообразовательного процесса в техногенных ландшафтах, характеристика их почвенно- экологического состояния и оценка перспектив рекультивации нарушенных
территорий.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- оценка экологических условий почвообразования в техногенных ландшафтах;
- изучение сингенеза почвообразовательных и биологических процессов;
- разработка профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов;
- выявление процессов, определяющих динамику почвенно-экологического
состояния техногенных ландшафтов;
- определение перспектив и ресурсов рекультивации техногенных ландшафтов в Кузбассе.
Защищаемые положения:
- результатом техногенеза является образование техногенных ландшафтов, в которых формируется специфический почвенный покров с ограниченным набором экологических функций.
- эволюция восстанавливающихся почв сингенитична стадиям сукцессии растительного покрова, формирующегося в данном техногенном ландшафте.
- почвенно-экологическое состояние техногенного ландшафта определятся уровнем развития в нем почв и почвенного покрова.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые изучена динамика эволюции почв в техногенных ландшафтах. Показано, что она реализуется в последовательной смене фаз почвообразования и соответствует определенному типу эмбриоземов. Каждая фаза восстановления почвы сингенетично связана со стадией развития растительной сукцессии.
На базе разработанной классификации почв техногенных ландшафтов установлены различия в особенностях формирования почвенного покрова на нарушенных территориях, расположенных в разных природно-климатических зонах.
Выявлены основные лимитирующие факторы, тормозящие развитие почвообразовательных процессов, и показаны реальные пути их снятия.
Разработана методика оценки потенциальной биологической продуктивности рекультивированых почв.
Показано, что результат рекультивационных мероприятий зависит от эффективности использования местных природных ресурсов рекультивации.
Практическая значимость и реализация научных разработок. Выполненные исследования позволили разработать профильно-генетическую классификацию почв техногенных ландшафтов, на основании которой отработана методика оценки почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов.
Предложен метод оценки потенциальной биологической продуктивности рекультивированых почв, который позволяет сравнить различные технологии рекультивации по почвенно-экологической эффективности уже на этапе их проектирования.
В ходе выполнения научно-исследовательских работ были получены три свидетельства на изобретение полезной модели: Свидетельство на полезную модель RU №14668 U1 «Устройство для определения интегральной и усредненной температуры местообитания»; Свидетельство на полезную модель RU №21664 Ш «Испаритель»; Свидетельство на полезную модель RU №28253 U1 «Устройство для определения внутрипочвенной конденсационной воды».
Разработанные методики могут быть рекомендованы для применения природоохранными организациями Кузбасса и других регионов России в целях оценки применяемых технологий рекультивации и эффективности использования средств выделяемых на рекультивацию.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на VIII Всесоюзном (Новосибирск, 1989), III (Суздаль, 2000) и IV (Новосибирск, 2004) съездах Докучаевского общества почвоведов; Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам повышения плодородия почв (Москва, 1998); Всероссийской научно-практической конференции и Международной научно-практической конференциях по устойчивому развитию (Кемерово, 1997, 1999), Международном совещании по биологической рекультивации (Екатеринбург, 2002).
Публикации. По материалам исследований опубликовано: 37 научных работ, в том числе 4 монографии (в соавторстве), 5 авторских статей и 3 изобретения.
Личный вклад автора. Диссертационная работа явилась результатом 20-летних комплексных исследований, которые выполнялись в рамках программ СО АН СССР, СО РАН, ГНТПР «Цеолиты России» - изучены экологические эффекты применения цеолитов в целях рекультивации, «Биологиче ское разнообразие» и интеграционного проекта ФЦП «Интеграция» проект К-211 - разработана технология применения городских осадков сточных вод для рекультивации фитотоксичных пород. Все исследования выполнялись при непосредственном участии автора на базе лаборатории рекультивации почв ИПА СО РАН. Данная работа обобщает исследования автора и некоторые разработки сотрудников лаборатории. В обсуждении результатов принимали участие доктора наук Л.П. Баранник, А.Н. Куприянов и другие сотрудники КемНЦ СО РАН, а также сотрудники лаборатории рекультивации почв ИПА СО РАН к.б.н. Ф.К. Рагим-заде, к.б.н. Ф.А. Фаткулин, к.б.н. Е.Д. Куляпина. Автор считает своей приятной обязанностью всем указанным лицам принести искреннюю благодарность. Также автор выражает свою благодарность заместителю директора по научной работе д.б.н. А.А. Танасиенко за внимание к проведению экспедиционных исследований в период выполнения работы. Особую признательность хочется выразить научному консультанту, доктору биологических наук, заведующему лабораторией рекультивации почв ИПА СО РАН В.М. Курачеву за научную и организационную помощь.
Объекты исследований и принципы их изучения
В самом широком понимании объектами исследований являются антропогенные ландшафты. Таким термином принято называть ландшафты, преобразованные хозяйственной деятельностью человека настолько, что оказывается измененной связь природных (экологических) компонентов в степени, ведущей к сложению нового по сравнению с ранее существовавшим на этом месте природного комплекса [Реймерс, 1990]. Существует множество типов и вариантов антропогенных ландшафтов, отличающихся друг от друга способом и степенью преобразованности исходного, естественного ландшафта. Одной из его разновидностей является техногенный ландшафт, который Н.Ф. Реймерс [1990] определяет как ландшафт, особенности формирования и структуры которого обусловлены производственной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств. Иными словами, техногенный ландшафт - результат техногенной трансформации естественного ландшафта. Представляется очевидным, что степень преобразованности естественного ландшафта даже одним и тем же способом может быть весьма различной. В одних случаях нарушается только растительный покров, в других разрушается и почвенный. В крайних случаях преобразуются даже рельеф поверхности и породы. Примером таких техногенных ландшафтов можно считать отвалы вскрышных и вмещающих пород каменноугольных разрезов. Нашим непосредственным и основным объектом исследований являются техногенные ландшафты отвалов каменноугольных разрезов Кузбасса, отчасти КАТЭКа. Для некоторых целей исследуются и техногенные ландшафты каменноугольных шахт, гидроотвалов некоторых крупнейших металлургических комбинатов Кузбасса. В природном отношении эти объекты расположены в различных биоклиматических зонах - от лесостепи Кузнецкой котловины до горно-таежных районов Горной Шории и Кузнецкого Алатау (рис. 1 а, б).
В некоторых случаях, например при прокладке газопроводов, преобразованность естественных ландшафтов также достигает уровня техногенных ландшафтов. Такие техногенные ландшафты, расположенные в различных природных зонах (от лесостепи до средней тайги Западной Сибири), отчасти также являются объектами наших исследований.
Понятно, что техногенные ландшафты относятся к категории нарушенных земель. Термин «нарушенные земли» не имеет географического или экологического наполнения. И хотя он широко распространен, его содержание ограничивается в основном публицистическими, организационными и хозяйственными вопросами, не имеющими строгого научного подтекста. Таким образом, под термином техногенный ландшафт мы условимся понимать образование, основные экологические компоненты которого (рельеф, породы, иногда почвы) сформированы техногенным способом.
Техногенные ландшафты указанных и других регионов с развитой горно-добывающей промышленностью изучались, как было показано выше, многими исследователями. Но сразу отметим, их методы исследований соответствовали только тем задачам, которые они ставили. Главной же целью подавляющего большинства исследований был поиск способов так называемой биологической рекультивации. Задача эта решалась с двух противоположных направлений. С одной стороны, относительно небольшое число исследователей изучали свойства пород отвалов и их пригодность к биологической рекультивации, с другой - и это относительное большинство исследователей подбирали те или иные виды древесных, кустарниковых или травянистых видов, способных произрастать в эдафических условиях данного техногенного ландшафта. Несмотря на значительные успехи, достигнутые на этих направлениях особенно второй группой исследователей, господство эмпирических подходов не давало возможности сформулировать проблему глубже. По этой причине не существовало ни теории оценки почвенно-экологического состояния техногенного ландшафта, ни теории прогнозирования динамики этого состояния, ни теории проектирования технологий ре 27 культивации с количественно заданными в проекте параметрами почвенно-экологической эффективности выбранной технологии рекультивации.
Господствующим принципом рекультивации техногенных ландшафтов было составление проектов рекультивации на основе единых нормативных требований, выработанных посредством не теоретических обобщений, а узаконенных волевых решений. Результатом такого подхода к практической рекультивации оказалась, во-первых, однотипность проектов, во-вторых, в подавляющем большинстве случаев, их малая почвенно-экологическая эффективность. Таким образом, явно назрела необходимость перехода к другой идеологии исследований техногенных ландшафтов. Потребовалась теория, которая позволяла бы конструктивно оценивать индивидуальную для каждого техногенного ландшафта специфику эдафических условий, определяющих и почвенно-экологическое состояние техногенного ландшафта в случае, если он останется нерекультивированным, и на нем будут развиваться естественные почвообразовательные и все другие биологические процессы, и перспективы применения технологий рекультивации с той или иной почвенно-экологической эффективностью. По этой причине первым и определяющим принципом проводимых нами исследований является признание индивидуальной специфики эдафических условий любого техногенного ландшафта, даже если такие ландшафты относятся к одной категории (железнодорожные, автомобильные, бестранспортные и т.д.). В силу этой специфики в каждом техногенном ландшафте складываются свои условия почвообразования и, по мере его развития, формируется индивидуальное почвенно-экологическое состояние, создаются свои перспективы рекультивации. Из этого принципа естественным образом вытекает, что каждый проект рекультивации должен быть штучного производства, и разработан не столько посредством применения общегосударственных нормативов, сколько на основе параметров, фиксирующих свойства, режимы и функции данного техногенного ландшафта.
Сингенетичность почвенно-генетических и биологических процессов
Тем не менее, в некоторых работах предпринимались попытки классифицировать почвы техногенных ландшафтов как естественно-исторические образования [Федорищак, 1977; Келеберда, Дугов, 1982 и др.]. В частности, наиболее удачной в этом отношении можно считать классификацию почв техногенных ландшафтов, разработанную Л.В. Етеревской с соавторами [Етеревская и др., 1982]. В этой классификации впервые применен иерархический принцип, позволяющий разделять многочисленные таксоны почв - от их классов до вариантов. В от 37 личие от ранее предлагаемых классификационных схем, в основе таксономического разделения почв которых были главным образом особенности формирования техногенного ландшафта (способ отсыпки отвалов, вещественный состав и некоторые свойства пород), особенностью классификации Л.В. Ете-ревской с соавторами является использование факторно-генетического принципа классификации. При реализации этого принципа для выделения подтипов почв использовались не только ландшафтные признаки (степные, лесостепные, лесные), но и сугубо почвенные (элементарные процессы почвообразования, мощность генетических горизонтов и др.) - для видов и подвидов. Однако и в этой классификации сохраняется заметной значимость технологических процессов формирования техногенного ландшафта, недостаточная обоснованность почвенно-генетических диагностических признаков и критериев.
Специального комментария заслуживает классификация почв техногенных ландшафтов, опубликованная в последней редакции общей классификации почв России [Классификация..., 1997]. К сожалению, сложилось так, что составители этой классификации «не заметили» ни классификации Етеревской с соавторами [Етеревская, Донченко, Лехциер 1982] ни, тем более, классификации И.М. Гаджиева, В.М. Курачева [Экология и рекультивация..., 1992]. По этой причине официальная и последняя по времени издания классификация оказывается отражающей подходы только 60-70-х годов. В ней почвы техногенных ландшафтов не только не признаются естественно-историческими образованиями, но даже и просто почвами. Вместо термина «почвы» используется термин «техногенное поверхностное образование» (ТПО). Понятно, что составители этой классификации «не видят» и в ТПО протекания почвообразовательных процессов (органо-аккумулятивного, дернового, гумусово-аккумулятивного и др.). Естественно, что в такой классификации не соблюдается и самый первый принцип классификации почв, провозглашенный самими составителями, принцип генетичности, «предполагающий разделение почв в связи с оценкой их генетического профиля как со 38 вокупности (системы) горизонтов, отражающих в своих свойствах процессы их сформировавшие» [Классификация...., 1997].
Лишенной всех указанных недостатков является лишь упомянутая выше классификация почв техногенных ландшафтов, предложенная И.М. Гад-жиевым и В.М. Курачевым [Экология и рекультивация...., 1992]. В этой классификации впервые применены современные профильно-генетические критерии, предложенные ранее Л.Л. Шишовым и И.А. Соколовым [Шишов, Соколов, 1989]. Последующее апробирование указанной классификации при крупномасштабном картографировании почвенного покрова техногенных ландшафтов Кузбасса и КАТЭКа показало ее практическую пригодность для этих целей, раскрыло практические перспективы проведения почвенно-экологического мониторинга, выявило возможности теоретического осмысления генетической и географической сущности почвообразования в этих ландшафтах. В 2002 году В.М. Курачевым и В.А. Андрохановым был опубликован несколько уточненный и модифицированный вариант классификации, разработанной И.М. Гаджиевым и В.М. Курачевым [Экология..., 1992] -ее своеобразное второе приближение [Курачев, Андроханов, 2002]. Следовательно, вариант классификации, приводимый в данной работе, можно считать ее третьим приближением.
Прежде всего, еще раз принципиально важно подчеркнуть, что, во-первых, по нашему глубокому убеждению, почвы техногенных ландшафтов в посттехногенный этап развития последних формируются и эволюционируют исключительно под влиянием естественных почвообразовательных процессов. По этой причине их нельзя считать искусственными или техногенными образованиями. Во-вторых, в формировании большинства таких почв принимают участие те же самые элементарные почвообразовательные процессы, которые образуют профили нормально развитых в данной биоклиматической зоне почв. Их естественное положение в эволюционной схеме развития почв отражает начальные фазы эволюционного развития почвенно 39 го профиля в условиях особенностей почвообразования, сложившихся в данном техногенном ландшафте - экоклине.
В техногенных ландшафтах есть также и почвы, профили которых формируются под воздействием комплекса специфических почвообразовательных процессов, свойственного примитивным почвам. И, наконец, существует третья группа почв, профили которых сформированы различного рода технологическими приемами (рекультивированные земли). Представители этой группы почв, как и почвы первой группы, развиваются под воздействием комплекса обычных почвообразовательных процессов, но, как показывают исследования [Андроханов, Овсянникова, Курачев, 2000], их роль не столько профилеобразующая, сколько профилепреобразующая (профи-летрансформирующая). Например, при нанесении на спланированную поверхность отвала слоя гумуссодержащего материала, снятого с естественной почвы, техногенно сформированный гумусово-аккумулятивный горизонт последующими почвообразующими процессами не может быть уничтожен, но основные свойства его трансформируются в направлении формирования более устойчивой в данных условиях системы. Аналогичным образом обстоит дело и с техногенно созданной двучленностью или многочленностью почво-образующих пород и рядом других устойчивых признаков [Андроханов, Овсянникова, Курачев, 2000].
С учетом указанной специфики, почвы техногенных ландшафтов первой группы на надтиповом таксономическом уровне были названы И.М. Гаджиевым и В.М. Курачевым [Экология и рекультивация..., 1992] эмбрио-земами, вторые - элювиоземами, третьи - техноземами.
Специфика пород и их роль в почвообразовании
Эмбриоземы, относящиеся к классу литогенно-неразвитых почв, формируются на грубообломочных породах и рыхлых отложениях или их смесях. Главнейшей особенностью этих пород, которая и послужила основанием для выделения класса, является их фитотоксичность. В уже упоминавшейся официальной классификации [Классификация..., 1997] близкие по свойствам ТПО обозначаются как группа хемоземов (загрязненные естественные почвы) и токсифабрикатов.
Легко заметить, что принципиальным различием предлагаемой классификации и официальной служит отношение к загрязнителям почвы. В нашей классификации загрязнителями являются фитотоксичные соединения, не позволяющие развиваться биоценозам и, в первую очередь, фитоценозам и сингенетичным с ними почвообразовательным процессам. Такие породы медленно преобразуются в условиях гипергенеза, они мало податливы к внутрипрофильной дифференциации толщи на почвенные генетические горизонты. В официальной классификации приоритет отдается, антропоцен-тристкому принципу, т.е. загрязнителям, ухудшающим санитарное состояние почвы или субстрата ТПО. Однако известно, что даже при очень высокой загрязненности субстратов некоторыми, видами токсичных для человека и животных веществами фитоценотические и соответственно почвообразовательные процессы развиваются достаточно эффективно [Пикалова, 1978; Махо-нина, 1980; Панас, 1987; Гилевская, Вашковяк, 1989; Экология и рекультивация..., 1992].
Класс биогенно-неразвитых почв формируется преимущественно на нефитотоксичных рыхлых или грубообломочных породах или их смесях. Недостаточная развитость профиля почв обусловлена главным образом малой продолжительностью срока биопедогенного преобразования породы, под которым понимается комплекс процессов синтеза и последующей транс 42 формации органического вещества и его взаимодействия с минеральным субстратом [Шишов, Соколов, 1989]. С течением времени в толще таких пород формируются внутрипочвенные биоценозы, одновременно развиваются фи-тоценозы и сингенетичные с ними почвообразовательные процессы, которые в конечном счете приводят к формированию почвенного профиля с характерными для него генетическими горизонтами. В официальной классификации [Классификация..., 1997] классу биогенно-неразвитых почв соответствует группа ТПО, называемая натурфабрикатами. Как и в предыдущем случае, в этих ТПО не обозначается развитие ни почвобразовательных процессов, ни соответсвующих им генетических горизонтов.
И, наконец, третью ветвь представляют примитивные почвы, характеризующиеся, как уже сказано, развитием процессов, направленных на подготовку субстрата к почвообразованию: главным образом разрыхление плотных пород. Известно, что такие процессы протекают не только в техногенных ландшафтах, но и в естественных, при почвообразовании на плотных породах, поэтому главным отличием элювиоземов (представителей примитивных почв техногенных ландшафтов) от литоземов (представителей примитивных почв естественных ландшафтов), выделяемых в официальной классификации, следует считать возраст и соответственно в мощность почвенных профилей: от нескольких сантиметров в элювиоземах техногенных ландшафтов до 30 см в естественных [Классификация..., 1997]. Как видим, названные различия между элювиоземами и литоземами нельзя считать принципиальными. Термин «элювиозем» оказался предпочтительнее лишь потому, что в отношении почв техногенных ландшафтов он применен на 5 лет раньше выхода официальной классификации. Кроме того, заметим, что в официальной классификации ТПО, соответствующего по почвенно-генетическому смыслу элювиозему, предлагаемой классификации нет.
В соответствии с правилами профильно-генетической классификации тип почвы определяется по наличию соответствующего типодиагностического горизонта. Например, для эмбриоземов в качестве типодиагностиче 43 ских горизонтов чаще всего выступают горизонты, отражающие развитие в почвах дернового, органо-аккумулятивного, гумусово-аккумулятивного (мульгумусового или модергумусового) и глеевого процессов. В качестве типового признака предлагается принять и факт отсутствия видимых признаков протекания любого из вышеназванных процессов, что характерно для инициальных стадий развития почвенного покрова.
Реализация описанного подхода к классификации почв, осуществленная на примере генетического и географического анализа состава почвенного покрова, а также морфологического строения и основных свойств почв техногенных ландшафтов Кузбасса и КАТЭКа, позволила выделить в классе собственно элювиаземов почв три типа элювиоземов, в классе биогенно-неразвитых десять типов эмбриоземов и в классе собственно техноземов три типа техноземов (табл. 1).
Очевидно, что количество типов почв техногенных ландшафтов хотя и не обязательно ограничивается перечисленными в таблице, поскольку число типодиагностических горизонтов может быть расширено, но, тем не менее, по-видимому, не может быть очень большим. Это обусловлено ограниченностью типообразующих элементарных почвенных процессов и соответственно ограниченностью типодиагностических горизонтов. Поэтому есть основания полагать, что такое расширение не окажется значительным, так как сущность начальных стадий почвообразования в техногенных ландшафтах любой биоклиматической зоны сводится, по существу, к процессам биологического освоения техногенного субстрата фитоценозами и сингенетично связанными с ними другими биоценозами. Понятно, что во всех случаях следствием такого освоения должно быть формирование морфологически выраженных горизонтов, соответствующих тому или иному характеру поступления в формирующуюся почву органического вещества, его преобразования и взаимодействия с минеральной основой почвообразующей породы.
Научно-организационные и технологические проблемы проектирования рекультивационных мероприятий
В отмерших остатках корневой системы сохраняется морфологическая выраженность клеточного строения. Степень разложения таких остатков невелика. Корни густо переплетают мелкие и средние обломки плотных пород - алевролитов и аргилли 58 тов и захватывают весь мелкозем. Мелкозем, включающий отмершие корешки травянистых растений практически не окрашен гумусом. Темный его цвет обусловлен главным образом детритом и углистыми частицами. Переход к нижележащему горизонту резкий по количеству корней. С1 (5-30 см). Темно-бурая смесь обломочного материала (крупнозема) и мелкозема. Крупнозем представлен слабовыветрившимися обломками алевролитов и в меньшей степени аргиллитов и песчаников. Мелкозем сред-несуглинистого гранулометрического состава. Содержание крупнозема составляет около 75 %. Переход к следующему горизонту заметный по цвету. С2 (глубже 30 см). Бурая смесь крупнозема и мелкозема. Крупнозем практически невыветрившийся. Размер камней, по сравнению с вышележащим горизонтом, крупнее. Эмбриозем гумусово-аккумулятивный. Разрез 96-2. Внешний отвал Байдаевского углеразреза. Возраст отвала более 30 лет. Слабонаклоненная на запад площадка. Разнотравно-злаковый луг (рис. 36). Ад (0-5 см). Темно-серая, плотная дернина, густо переплетенная живыми и отмершими корнями травянистых растений. Все мелкие обломки плотных пород охвачены корневой массой. Мелкозем среднесуглинистого гранулометрического состава прокрашен органическим веществом до темно-серого цвета. Переход постепенный по количеству полностью разложившихся корней. А1 (5-8 см). Темно-серого цвета. Мелкозем - опесчаненный тяжелый суглинок комковато-пылеватой структуры. Хорошо прогумуссирован. Много живых корней травянистых растений. Мелкие обломки алевролитов и других плотных пород имеют мягкие контуры, хорошо выветрелые. Переход к нижележащему горизонту заметный по цвету. ВС (8-30 см). Темно-бурая смесь выветрелого крупнозема и мелкозема. Количество крупнозема составляет около 60%. Мелкозем - опесчаненный тяжелый суглинок, комковато-пылеватой структуры. Крунозем представлен обломками алевролитов и аргиллитов различной величины. Встречаются единичные корни. Переход постепенный по цвету. С (глубже 30 см). Бурая смесь слабовыветрелого обломочного материала и мелкозема тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Количество крупнозема составляет около 70%. В составе крупнозема преобладают алевролиты, в небольшом количестве встречаются обломки аргиллитов и песчаников. В верхней части породы встречаются единичные корни травянистых растений.
Таким образом, в морфологическом отношении профили эмбриоземов достаточно определенно различаются по набору и выраженности органогенных горизонтов, что отражает, во-первых, ведущую роль биологических про 60 цессов в формировании профиля почв, во-вторых, генетическую подчиненность всех других профилеобразующих процессов биологическим. Вместе с тем нельзя не заметить, что и биологические процессы в эмбриоземах по сравнению с таковыми нормальных почв специфичны. Если в нормальных климаксных почвах процессы синтеза, аккумуляции, минерализации и гумификации органического вещества сбалансированы, то в молодых почвопо-добных образованиях, каковыми являются эмбриоземы, процессы синтеза и аккумуляции органического вещества явно преобладают над минерализацией и гумификацией. По этой причине подстилка в эбриоземах сохраняется значительно дольше, чем в обычных почвах, а мелкозем в дерновом горизонте слабо прокрашен гумусом. По этой же причине в эмбриоземах слабее выражены и структурообразовательные процессы.
Значительное содержание в почвообразующих породах крупнозема и неравномерное распределение в толще пород мелкозема скрывают морфологическую картину дифференциации профиля эмбриоземов на генетические горизонты, хотя нетрудно заметить, что крупнозем, расположенный в почвенном профиле (в толще породы до горизонта С в гумусово-аккумулятивных эмбриоземах или до горизонта С2 в других типах эмбриоземов), значительно более выветрелый по сравнению с таковым в почвообра-зующей породе. Отметим, что морфологически диагностируется только физическое выветривание обломков плотных пород. Оно проявляется в интенсивном растрескивании, шелушении и в итоге в распаде, обломков. Особенно активны эти явления на поверхности почвы. Активность процессов физического выветривания обломочного материала приводит к накоплению в почвенном профиле определенных фракций мелкозема. Эти фракции следует считать специфическим образованием. Во-первых, они имеют либо крупно-пылеватую, либо песчаную размерность, во-вторых, генетически они представляют собою соответствующих размеров обломки тех же алевролитов или аргиллитов. В результате мелкозем становится опесчаненным, но каждая частица песчаной размерности состоит из пылеватых или глинистых частиц. Представляется, что распад этих частиц до элементарных составляющих может произойти только под влиянием химического растворения цемента, т.е. на более поздних стадиях развития почвы и особенно по мере развития процессов образования гумусовых кислот.
Выше утверждалось, что ведущими процессами почвообразования в эмбриоземах являются процессы синтеза и аккумуляции органического вещества. Однако из этого не следует, что сами названные процессы не зависят от абиогенных факторов, в частности от рельефа и пород. Например, на однотипных по рельефу поверхностях эмбриоземы инициальные формируются в большей степени там, где в составе почвообразующих пород больше круп-нозема, а гумусово-аккумулятивные - где больше мелкозема и особенно глинистых фракций. На одинаковых по составу породах эмбриоземы инициальные тяготеют к склоновым и особенно к крутосклоновым поверхностям, а эмбриоземы гумусово-аккумулятивные - к горизонтальным или слабонаклонным. Сложная рельефо- и литогенная обусловленность биологических процессов в эмбриоземах приводит к тому, что эти типы почв трудно разделить по какому-либо параметру факторов почвообразования, и по этой причине морфологическая или аналитическая диагностика эмбриоземов может быть надежно осуществлена только на основании индивидуальных, свойственных только данному профилю характеристик. Разброс некоторых показателей, например по гранулометрическому составу эмбриоземов, хорошо иллюстрирует сказанное (табл. 2). Тем не менее и по средним обобщенным параметрам некоторые типовые особенности эмбриоземов проявляются достаточно ясно. В частности, эмбриоземы инициальные отличаются от других, занимающих однотипные горизонтальные или слабонаклонные поверхности, заметно большей (более 90 % от всей массы субстрата) каменистостью в верхней части профиля.
