Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ изученности проблемы 7
Глава II. Объекты и методы исследования 17
Глава III. Природно-климатические условия района исследований 25
3.1. Климат и многолетнемерзлые породы
3.2. Геологическое строение и почвообразующие породы
3.3. Рельеф
3.4. Растительность
3.5. Гидрология
Глава IV. Характеристика основных типов почв ненарушенных территорий 35
4.1. Мерзлотные дерново-карбонатные почвы
4.2. Мерзлотные перегнойно-карбонатные почвы
4.3. Мерзлотные палево-бурые почвы
4.4. Мерзлотные палевые почвы
4.5. Мерзлотные дерново-глеевые почвы
Глава V. Источники и факторы техногенного воздействия на почвенный покров исследуемой территории 70
5.1. Источники техногенного воздействия (горнопромышленные и транспортные)
5.2. Факторы техногенного воздействия (механическое или физическое нарушение и химическое загрязнение)
Глава VI. Проблема восстановления почвенных ресурсов и пути их решения. Рациональное использование и охрана почвенных ресурсов 109
Заключение 137
Список использованной литературы 139
Приложении
- Геологическое строение и почвообразующие породы
- Растительность
- Мерзлотные перегнойно-карбонатные почвы
- Мерзлотные дерново-глеевые почвы
Введение к работе
Актуальность темы. В условиях интенсификации деятельности отраслей горнодобывающей промышленности в Республике Саха (Якутия) наблюдается заметное усиление техногенного пресса на экосистемы Севера. Однако, экологическая емкость экосистем ограничена экстремальными природными условиями Севера, их низкой экологической устойчивостью и крайне слабой способностью к восстановлению компонентов экосистем после антропогенных нарушений. Хозяйственное освоение природных ресурсов Якутии, резко усилившееся начиная с 50-х г.г. XX столетия, практически не учитывало специфических особенностей данного региона. В частности, становление и расширение деятельности алмазодобывающего комплекса в пределах Западной и Арктической Якутии осуществлялось сугубо в экстенсивных формах, без учета экологической емкости территорий, их способности к восстановлению нарушенного природного равновесия и без выполнения целого ряда компенсационных мероприятий для восстановления нарушенных земель и их экологической реабилитации. Это привело к значительной деградации экосистем, затронутых горнопромышленной деятельностью, и, прежде всего, такого их важнейшего компонента как почвенный покров. Деградированные территории располагаются, как правило, вблизи компактного проживания населения. Последствия деградации земель крайне отрицательно влияют на здоровье людей, вызывая цепочку экогенных заболеваний и способствуя появлению различных врожденных патологий, увеличивая показатели смертности.
Одним из наиболее подвергнутых активному и длительному техногенному воздействию является Мирнинский промышленный район Республики Саха (Якутия). Здесь с 50-х г.г. XX столетия интенсивно развиваются геолого-поисковые, разведочные и горно-эксплуатационные работы, формируются горно-обогатительные комбинаты и сопутствующая инфраструктура для обеспечения деятельности алмазодобывающего комплекса (АДК). Максимальная концентрация всех негативных экологических последствий деятельности АДК (нарушений почвенного покрова, загрязнения почв, уничтожения растительности, угнетение биоты в целом), параллельно с возросшей численностью городского населения, наблюдается в районе города Мирного. Здесь расположены карьер и отвалы старейшего горного предприятия АДК - трубки «Мир».
Таким образом, первоочередным объектом, требующим экологической реабилитации и комплекса мер по восстановлению или оздоровлению нарушенной природной среды, прежде всего почвенного покрова, является район г. Мирного. Именно, отмеченным обстоятельством, обусловлена в первую очередь тема данной диссертационной работы.
Цель работы. Изучение свойств и структуры почвенного покрова пригородной зоны г. Мирного, с целью разработки рекомендаций по его охране и рациональному использованию в условиях активного техногенного воздействия объектов алмазодобывающей промышленности.
Задачи исследований.
1. Дать характеристику основных типов мерзлотных почв на территории пригородной зоны г. Мирного;
2. Выявить на исследуемой территории источники техногенного воздействия на почвенный покров и общие закономерности изменения мерзлотных почв под их влиянием;
3. Разработать рекомендации по восстановлению, охране и рациональному использованию почвенных ресурсов исследуемого района;
Научная новизна. Впервые для Мирнинского района изучены пространственная организация почвенного покрова и общие закономерности его изменения в связи с активным техногенным воздействием на почвы объектов алмазодобывающей промышленности. Предложены научно-практические рекомендации по восстановлению, охране и рациональному использованию почвенных ресурсов данного промышленного района.
Защищаемые положения.
1. На территории Мирнинского промышленного района сформированы мерзлотные дерново-карбонатные почвы, которые в сочетании с мерзлотными перегнойно-карбонатными являются доминирующими типами почв данного района.
2. В результате многолетнего воздействия объектов алмазодобывающей промышленности на почвенный покров Мирнинского промышленного района произошла его значительная техногенная деградация, заключающаяся, прежде всего в его механическом разрушении и химическом загрязнении.
3. Разработан, обоснован и предлагается к реализации комплекс эколого-технологических мероприятий, направленных на локализацию загрязняющих веществ и восстановление почвенных ресурсов исследованного района с использованием экранизации грунтов капилляропрерывающим слоем.
Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы при организации комплексного экологического мониторинга, а также послужить научным обоснованием системы мероприятий по восстановлению, охране и рациональному использованию почвенных ресурсов Мирнинского промышленного района.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на Республиканской научно-практической конференции «Проблемы прикладной экологии Севера: экология, рациональное использование и охрана мерзлотных почв (Якутск, 2002); Международной конференции «Роль мерзлотных экосистем в глобальном изменении климата» (Якутск, 2002); 3-ей научной Всероссийской экологической конференции «Чтения памяти Юрия Алексеевича Львова» (Томск, 2002); Международной научно-практической конференции «Прикладная экология Севера: опыт проведенных исследований, современное состояние и перспективы» (Якутск,
2003); 6-й Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2004). Материалы работы вошли также в научно-технические отчеты НИР, выполнявшиеся с участием автора по заказу горных предприятий АДК.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей и тезисов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 156 страницах компьютерного набора, содержит 27 таблиц и 42 рисунка. Список литературы включает 197 отечественных, 4 иностранных наименований и 3 интернет-сайта.
Настоящие исследования проведены в рамках программ НИР ИПЭС АН PC (Я) по Западной Якутии, а также при финансовой поддержке гранта Министерства науки и профессионального образования Республики Саха (Якутия) по программе научных исследований молодых ученых.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю этой работы к.б.н. Г.Н. Саввинову, директору Института прикладной экологии Севера АН PC (Я) проф. Д.Д. Саввинову, а также сотрудникам лаборатории экологии мерзлотных почв ИПЭС АН PC (Я) и коллегам по работе за ценные советы и замечания.
Геологическое строение и почвообразующие породы
Исследуемый район находится в пределах Лено-Вилюйской возвышенности, где подстилающими породами в основном являются нижнеордовикские карбонатные отложения (известняки, доломиты, мергели, аргиллиты, алевролиты) (Ягнышев, 1985) (Рис. З.1.). По днищам долин эти породы перекрыты современным аллювием поймы, первой надпойменной и реже - второй надпойменной террас. Местами на междуречьях отмечаются песчано-галечные с прослоями конгломератов отложения юры. Отдельными вкраплениями внедрены интрузивные породы - кимберлиты, пикритовые порфириты (Геология СССР, 1978; Геология Якутской АССР, 1981). Почвообразующие породы на водоразделах представлены элювием и элюво-делювием выше указанных пород. При этом элювий осадочных ордовикских отложений имеет тяжелый гранулометрический состав и содержит карбонаты щелочных земель. На них в настоящее время образованы дерново- и перегнойно-карбонатные почвы. При разрушении осадочных юрских отложений, в зависимости от исходного состава пород, формируется суглинистый или супесчаный и песчаный элювий, как правило, бескарбонатный с преобладанием в составе сильновыветрелых минералов, содержащий то или иное количество гальки кристаллических пород и конгломератов. На склонах элювий часто смыт.
Таким образом, в районе исследования сильно распространены карбонатные отложения, что способствовало развитию дерново-карбонатных почв в комплексе с перегнойно-карбонатными почвами сменяющиеся постепенно на мерзлотные палевые и палево-бурые почвы, которые развиты на юрских отложениях.В геоморфологическом отношении, данная территория находится в южной части Среднесибирского плоскогорья (Рис. 3.2.). В восточном направлении оно постепенно переходит в Центрально-якутскую равнину, охватывающую долины Лены, Вилюя и Алдана в их нижнем и отчасти среднем течении и соответствующие междуречные равнины (Атлас ..., 1989). Более
Естественный рельеф территории Мирнинского промышленного округа представляет собой холмисто-увалистое плато с высотами 350-500 м, возникшее в процессе расчленения третичного пенеплена. Речная сеть глубоко расчленяет плато. Нередко долины каньонообразные или с крутыми склонами, что способствовало развитию здесь неполноразвитых почв на маломощном элюво-делювии. В нижнем и среднем течении рек Ирелях, Чуоналыр, Тымтайдах они формируют ряд террасовых уступов, обычно один или два. Отложения, более высоких террас имеют слабое распространение и в большинстве случаев переработаны солифлюкционно-делювиальными процессами. В верховьях этих рек террасированность долин почти исчезает и они образуют единую вогнутую ложбину.
Таким образом, рельеф исследуемого района, в целом расчленен, что способствует развитию трансэлювиальных и трансаккумулятивных ландшафтов.Также необходимо отметить, что в настоящее время в районе исследований в связи с его активным промышленным освоением значительно развит техногенный рельеф. Это формы поверхности, возникающие в результате производственной деятельности человека и представлены они карьерами, относящимися согласно ГОСТу 17.5.1.02-85 к очень глубоким, отвалами — относящимися к высоким и очень высоким, а также дражными полигонами, старыми недействующими хвостохранилищами и землями, нарушенными при строительстве линейных и др. сооружений.
Растительность
По лесорастительному районированию исследованная территория относится к Западно-Вилюйскому среднетаежному округу Центрально-якутской среднетаежной лесорастительной провинции сосново-лиственничной тайги (Тимофеев и др., 1994). В лесном покрове преобладают лиственничники багульниковые и голубично-моховые со значительным развитием лишайников. Также преобладают различные варианты брусничных лиственничников. Древостой составлен, в основном из лиственницы Гмелина и ели сибирской, иногда с единичной примесью березы плосколистной, и сосны обыкновенной. В подлеске обычны шиповник, можжевельник сибирский, таволга средняя, таволга иволистная. Кустарничковый покров развит, представлен из доминирующей брусники, арктоуса красноплодного и грушанки копытолистной. В моховом покрове господствуют зеленые мхи Pleurozium schreberi и Pvhytidium rugosum. Бонитет лесов III класса. Менее распространены брусничные и багульниково-брусничные лиственничники с подлеском из ольховника кустарникового, занимающие плоские вершины водоразделов. Еловые леса приурочены к надпойменным террасам рек.
Сравнительно мало березовых лесов. Луга, болота и другие элементы ландшафта, хотя испытывают на себе влияние зональности и иногда играют очень большую роль в ландшафтах все же остаются образованиями интразональными и в характеристике зональных образований имеют второстепенное значение. В пониженных заболоченных участках преобладают ольховник кустарниковый, березка тощая и виды ив. На возвышенных сухих участках иногда встречается сосна обыкновенная. В настоящее время, в естественных этих лесах наряду с кустарничками и мхами распространены травянистые естественные луговые и рудеральные виды такие, как иван-чай узколистный, ячмень гривастый, что отражает возрастающее антропогенное воздействие. На территории города и промышленных сооружений растительность полностью уничтожена (Отчет ..., 2001). Таким образом, в районе исследования из древесных видов растительности преобладает лиственница Гмелина с примесью ели. Также локальными участками встречаются сосняки и березняки. Из-за расчлененности рельефа незначительно развиты местности с болотными и луговыми растительностями. В гидрологическом отношении, в районе исследования в направлении с запада на восток протекают реки Ирелях и Чуоналыр. Река Ирелях - является крупным левым притоком р. Малая Ботуобуя, впадающим в нее на 172 км от устья и имеет длину 112 км с площадью водосбора 829 кв. км. (Рис. 3.3.). В бассейне р. Ирелях расположено В настоящее время, на территории бассейнов рек Ирелях и Чуоналыр, наблюдается прямое сильное техногенное воздействие. Так, на них и их притоках построены водохранилища, хвостохранилища, накопители и другие гидротехнические сооружения. Русло р. Ирелях на протяжении 55 км от устья проходит по зоне активного промышленного отчуждения. В результате этого русловая часть реки от устья и до почти самого г. Мирный представляет собой сплошную систему дражных полигонов с искусственными перегораживающими плотинами и руслоотводными канавами (Рис. 3.4.). На водосборе Иреляха раскинулся г. Мирный (население ок. 40 тысяч человек) со всеми своими промышленными объектами. В 4 км выше г. Мирный в 1964 г. построено и сдано в эксплуатацию Иреляхское водохранилище, протяженностью 14 км. По данным Института Физико-Технических проблем Севера ЯНЦ СО АН СССР (Отчет ..., Якутск, 1990), ранее до воздействия предприятий алмазодобывающей промышленности естественный гидрологический режим р. Ирелях имел следующую характеристику. По характеру питания р. Ирелях относится к типу рек смешанного (преимущественно снегового) питания. Продолжительность подъема уровня воды до своих максимальных значений крайне непостоянна и зависит в основном от метеоусловий весеннего периода. По данным за 1956-1959 гг. продолжительность подъема колебалась в пределах 5-15 дней. Максимальные значения уровня и расходов воды обычно наблюдались в середине-конце мая. Спад уровней и расходов весеннего половодья происходил заметно медленнее. Летне-осенний меженний период продолжается обычно от середины июня до установления ледостава (середина-конец сентября). Таким образом, среднее и нижнее течение р. Ирелях уже более 40 лет находится в зарегулированном режиме эксплуатации, и только выше зоны переменного подпора водохранилища река имеет режим естественного стока (Отчет ..., Якутск, 2001).
По почвенно-географическому районированию территория Мирнинского промышленного района входит в Западно-Вилюйский дерново-карбонатный тяжелосуглинистый район Якутской Восточно-Сибирской таежно-мелкодолинной провинции (Еловская, Коноровский, 1978; Атлас ..., 1989). Первые исследования почвенного покрова данной территории, а также прилегающих бассейнов рек Большая Ботуобуя и Чона, проводились сотрудниками отдела почвоведения и ботаники Института биологии ЯФ СО АН СССР в 1957-60 гг. в составе комплексной экспедиции АН СССР в связи с созданием здесь алмазодобывающей промышленности, результаты которых отражены в работах Л.Г. Еловской (1958; 1959а; 19596), В.Г. Зольникова с соавторами (1962) и Л.Г. Еловской, А.К. Коноровский, Е.И. Петровой (1968; 1972). Также характеристика почвенного покрова сопредельных территорий освещена в работах В.Г. Зольникова (1958), Е.И. Черняк (1958) и др. По материалам этих исследований составлена почвенная карта Вилюйского бассейна, масштабом 1 : 2 000 000 (Зольников и др., 1962). Позже на основе этих и обобщения других данных была создана почвенная карта Якутии в масштабе 1 : 5 000 000, фрагмент с которой дается ниже (Рис. 4.1.). Необходимо отметить, что проводившиеся в 50-е годы первые исследования почвенного покрова Западной Якутии были посвящены поискам и обоснованию производительных сил данного региона на первых этапах становления алмазодобывающей промышленности и носили преимущественно агропочвенную и географическую направленность. В последующий период и вплоть до конца 80-х г.г. XX столетия почвенные исследования в Мирнинском районе практически не проводились.
Мерзлотные перегнойно-карбонатные почвы
В сочетании с мерзлотными дерново-карбонатными почвами на исследуемой территории встречаются мерзлотные перегнойно-карбонатные почвы, которые развиваются на тех же породах, занимая обычно нижние трети вогнутых пологих склонов водоразделов; реже встречаются в микропонижениях плоских водоразделов под пологом листвягов кустарниково-моховых и травянистых в условиях временного избыточного увлажнения (весной и после обильных летне-осенних дождей). Почвы относятся к полугидроморфным, т.к. получают дополнительное увлажнение за счет поверхностного и надмерзлотного стока (Еловская, 1987). Кроме исследуемого района мерзлотные перегнойно-карбонатные почвы хорошо изучены в Южной Якутии рядом авторов (Герасимов, 1965; Петрова, 1971; Саввинов и др., 2000 и др.). На исследуемой территории перегнойно-карбонатные почвы впервые были описаны Л.Г. Еловской (1958) в нижнем течении р. Ирелях в 30 км от устья реки. Ареалы мерзлотных перегнойно-карбонатных почв были зафиксированы и вблизи тогдашнего поселка Мирный. По классификации Л.Г. Еловской (1987), мерзлотные перегнойно-карбонатные почвы делятся на типичные, выщелоченные и оподзоленные подтипы. Нами в районе исследования из вышеперечисленных подтипов изучены типичные.
Они распространены по притокам р. Ирелях. Ниже дается их морфологическое описание, а также приводятся основные агрохимические и физико-химические характеристики. Почвенный разрез (Р-7-01) заложен на 1-й надпойменной террасе верхнего течения р. Ирелях (в 6 км от водохранилища «Ирелях»), под ерниковыми зарослями. Древесно-кустарниковая растительность представлена березкой тощей, березкой кустарниковой, ивой, жимолостью, курильским чаем. Встречаются отдельные лиственницы и ели. В напочвенном покрове доминируют зеленые мхи. На поверхности почвы ярко выражен трещиновато-полигональный микрорельеф, диаметр полигонов 50-70 см, диаметр западин -50 см. На поверхности мерзлотных перегнойно-карбонатных почв хорошо выражен полигонально-трещиноватый микрорельеф, в отличие от выше описанных мерзлотных дерново-карбонатных почв. Почвы характеризуются мощным гумусовым горизонтом перегнойного характера (Рис. 4.5.), органическое вещество слабо насыщено азотом (табл. 4.2.2.). Вскипание отмечается только в минеральной части профиля. Почвы отличаются в верхних горизонтах кислой, а в нижних нейтральной и слабощелочной реакцией среды, высокой емкостью катионного обмена, насыщены основаниями.
Гранулометрический состав обычно тяжелосуглинистый или легкоглинистый (табл. 4.2.1.). Характеризуются незначительным содержанием подвижных форм фосфора и калия. Устойчивость мерзлотных перегнойно-карбонатных почв к техногенному механическому воздействию высокая в связи с большей мощностью органо-аккумулятивного горизонта, чем дерново-карбонатные и занимаемые ими пологие формы рельефа. Но вместе с тем высокая сорбционная способность органогенного и тяжелосуглинистого минерального горизонтов этих почв определяют низкую устойчивость к химическому загрязнению. На водораздельных пространствах исследуемого района кроме дерново-карбонатных почв значительно развиты мерзлотные палево-бурые почвы. По литературным данным (Еловская, 1987), они развиваются в подзоне средней, реже северной тайги на элюво-делювии бескарбонатных пород, иногда на бескарбонатном древнем аллювии надпойменных террас под лиственничной и лиственнично-сосновои тайгой. В среднем течении р. Ирелях и на его притоках данные почвы описаны нами на бескарбонатном древнем аллювии (Р-8-01, Р-11-01) и в основном на южных экспозициях склонов, где распространены сосняки. Ниже приводим характеристику разреза Р-11-01. Разрез 11 заложен на первой надпойменной террасе ручья Маччаба-Салаа (уклон 10-20) в 500 м от уреза воды под сосняком лишайниково-толокнянковым. В подросте - сосна, береза. Кустарники представлены шиповником якутским, голубикой, можжевельником, жимолостью. В напочвенном покрове доминирует толокнянка. Кустистые лишайники составляют 20% от покрытия. Среди разнотравья: колокольчик Лангсдорфа, овсяница луговая, тысячелистник обыкновенный, копеечник, иван-чай, хвощ полевой, осока лесная. Трещиновато-полигональный рельеф на поверхности почвы практически не выражен (Рис. 4.6.). Вскипания от НС1 по всему профилю не отмечается.
Мерзлотные дерново-глеевые почвы
Глеевые почвы встречаются во всех природных зонах Якутии и формируются в условиях избыточного увлажнения. Характерными чертами этих почв являются признаки оглеения. Из выделенных, в классификации Л.Г. Еловской (1987), трех типов (мерзлотные перегнойно-, дерново- и торфяно-глеевые) в исследуемой территории встречаются мерзлотные дерново-глеевые почвы.
Они распространены по надпойменным террасам долин рек и ручьев, под пологом кустарников и травянистой растительностью. Из кустарников преобладают береза кустарниковая и тощая. Ива розмаринолистная и таволга. Наряду с типично луговыми травами, такими как осоки, мятлики, бобовые, купальница, встречаются типичные лесные растения - брусника, толокнянка, грушанка, иван-чай. Имеющиеся массивы вейниково-осоковых лугов обычно закочкарены. Мерзлотные дерново-глеевые почвы характеризуются хорошо выраженным дерновым горизонтом с высоким содержанием гумуса. Почвы эти прошли лугово-болотную стадию почвообразования, несут признаки бывшего оглеения и периодически бывают переувлажнены, в связи с чем имеют и современное оглеение. В зависимости от степени оглеенности этот тип почвы делят на дерново-глеевые типичные и дерново-глееватые. Последние нами изучены в верховьях р. Ирелях. Ниже даются их морфологические, основные агрохимические и физико-химические характеристики.
Разрез 10 заложен на нижней части первой надпойменной террасы ручья Маччаба-Салаа в месте смыкания ее с поймой, в 150 м от уреза воды, под зарослями березки кустарничковой с примесью березки тощей и ивы. В подросте лиственница и сосна. Из кустарничков встречается курильский чай. В напочвенном покрове доминируют зеленые мхи и осока вилюйская, Данные почвы отличаются от дерново-глеевых типичных меньшим оглеением. Практически оно наблюдается в виде ржавых примазок и болеечетко выраженном в надмерзлотном горизонте. Они раньше вышли из лугово-болотной стадии почвообразования, чем подтип глеевых типичных. Имеют хорошо задернованный, богатый гумусом (21,9 %) и азотом гумусово-аккумулятивный горизонт. Содержание органического вещества в минеральных горизонтах также высокое (табл. 4.5.1.).
Для минеральных горизонтов характерно наличие признаков оглеения. Дерново-глееватые почвы имеют слабокислую реакцию среды, насыщены основаниями, в составе которых кальций преобладает над магнием. Гранулометрический состав тяжелосуглинистый. Они слабо обеспеченны подвижными формами фосфора и средне - подвижными формами калия.Далее приводим для примера и сравнения с предыдущим подтипом характерное описание дерново-глеевых почв (Р-4-СГ).Разрез 4-СГ заложен на центральной части поймы, на левом берегу руч. Тымтайдаах. Закочкаренный осоково-злаковый луг средне закустаренный.
Устойчивость к механическому воздействию этих почв также как и перегнойно-карбонатные можно оценить высоко, учитывая мощный дерновый горизонт и занимаемый ими формы рельефа. Но также они характеризуются низкой устойчивостью к химическим загрязнениям.По результатам исследования составлена почвенная карта-схема (Рис.4.8.) и систематический список доминирующих типов почв района исследования (Таблица 4.6.).В целом, проведенные нами исследования показали, что в почвенном покрове пригородной зоны г. Мирного доминируют мерзлотные дерново-карбонатные почвы, занимающие элювиальные и трансэлювиальные ландшафты. Интразональные трансаккумулятивные ландшафты заняты мерзлотными перегнойно-карбонатными, дерново-глеевыми и аллювиальными дерновыми почвами. Мерзлотные палево-бурые и палевые почвы не имеют широкого распространения, а торфяные и слаборазвитые почвы встречаются фрагментарно.
Похожие диссертации на Почвенный покров пригородной зоны г. Мирного и воздействие на него объектов алмазодобывающей промышленности
