Введение к работе
Актуальность исследований. В процессе разработки буроугольных месторождений Канско-Ачинского бассейна неизбежно занимаются все новые площади сельскохозяйственных и лесных угодий. Соответственно возрастают площади нарушенных земель. Такие земли принято называть техногенными ландшафтами. Поскольку территориально все объекты формирующегося КАТЭКа расположены в наиболее освоенной части Канско-Ачинской лесостепи, то техногенные ландшафты не только изменяют структуру сельскохозяйственных и рекреационных угодий, но и оказывают многостороннее негативное экологическое воздействие на окружающую среду.
В настоящее время общая площадь техногенных ландшафтов на КА-ТЭКе по разным оценкам составляет 25 -30 тысяч гектар. Более 80% этой территории ранее было занято сельскохозяйственными угодьями. Скорость отчуждения земель под горные работы значительно опережает темпы возвращения рекультивированных земель (Географические условия ..., 1979; Комплексная программа..., 1990). При этом, поскольку экологическая и хозяйственная эффективность традиционной технологии рекультивации, как правило, невелика, рекультивированные земли редко используются по назначению. В результате проблема рекультивации и возвращения в народнохозяйственное использование нарушенных земель становится первоочередной сельскохозяйственной и экологической задачей в регионе. Решается эта задача осуществлением комплекса различных мероприятий, одним из которых является использование технологии рекультивации посредством формирования так называемых насыпных почв с отсыпкой на спланированную поверхность отвалов материала плодородного слоя почвы (ПСП). Эти насыпные почвы в соответствии с классификацией (Гаджиев, Курачев,1992) следует отнести к типу техноземов гумусвоаккумулятивных (далее, для краткости в тексте, техноземов)- Несмотря на наличие ряда публикаций, посвященных этим почвам (Масюк, 1975; Етеревская, 1977; Бекаревич, 1984; Lieberoth, 1969; и др.) их свойства, режимы и экологические функции тем не менее мало изучены. Отсутствуют, в частности, сведения о характере трансформации свойств и режимов субстрата ПСП, используемого для формирования техноземов на этапах технологической цепочки, и его изменениях по мере прохождения этапов биологической рекультивации. По этой причине экологическая эффективность такой технологии рекультивации остается неоцененной. Вместе с тем известны случаи возникновения неблагоприятных экологи-
ческих и хозяйственных последствий, проявившихся после формирования техноземов. В связи с этим исследование процессов, протекающих в технозе-мах в течении всех циклов их создания и развития, является весьма важной и технологической, и экологически оправданной задачей.
Цель исследований. Целью исследования являлось изучение направленности, характера и интенсивности восстановления генетических, агрофизических и агрохимических свойств и режимов техноземов, находящихся на различных этапах мелиоративного освоения, анализ достоинств и недостатков устоявшейся технологии их формирования.
Задачи исследований.
-
Изучить степень преобразования материала плодородного слоя почвы на различных этапах технологической цепочки.
-
Исследовать трансформацию гумусного состояния в процессе их мелиоративного освоения.
-
Определить формирование агрофизических свойств техноземов в период их мелиоративного освоения.
-
Оценить развитие водно-физических свойств техноземов и специфики их водного режима.
5. Выявить изменения агрохимических свойств и особенностей питательного
режима техноземов.
Объекты исследований. Объектами исследований были разновозрастные бурты ПСП и техноземы с различным уровнем мелиоративного освоения: а) первый год после отсыпки ПСП (точка 20); б) 3 года после отсыпки ПСП, посев люцерны (точка 12); в) 10 лет после отсыпки ПСП, посев люцерны (точка 7); г) 20 лет после отсыпки ПСП, естественное залужение (точка 5). За эталон сравнения принимался прилегающий участок почвы естественного строения - чернозема выщелоченного под посевом люцерны (точка 18).
Методы исследования. В полевых условиях определялась водопроницаемость техноземов методом заливаемых площадей и определение НВ техноземов. Максимальная гигроскопичность определялась гигроскопическим методом по Николаеву, остальные гидрологические характеристики -расчетным методом (Роде, 1965; Вадюнина, Корчагина, 1986). На стационаре "Назаровский" ИПА СО РАН методом сухого и мокрого просеивания исследовалась макроструктура техноземов, плотность - циклометрическим методом и плотность сложения - буровым методом Качинского, плотность агрегатов - методом насыщения керосином. Отбор образцов на влажность проводился ежедекадно на ключевых участках. Влажность определялась термовесовым методом в трехкратной повторности (Принципы и методы ..., 1976).
В лабораторных условиях в Институте почвоведения и агрохимии определялись физико-химические и химические свойства техноземов: рН -потенциометрическим методом; содержание углерода органического вещест-
ва - по методу Тюрина (Аринушкина, 1970); групповой состав гумуса по Кононовой -Бельчиковой (Кононова, 1963); общий азот - методом Несслера; содержание нитратов - методом с использованием дисульфофеноловой кислоты; аммиак - методом Несслера; валовый фосфор - по Гинсбургу; подвижный фосфор - методом Труога; валовый калий - пламенно-фотометрическим методом на атомно-адсорбционном спектрометре марки AAS-1; подвижный калий - методом Чирикова, карбонатные образцы - методом Мачигина (Агрохимические исследования почв, 1975). Все использованные методы отвечают современным требованиям и являются необходимым минимумом для решения поставленной задачи, Анализы проводились в 5-10 кратной повторносте. Результаты исследований обработаны на ЭВМ методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985; Дмитриев, 1972).
Научная новизна. Научная новизна выполненной работы заключается в том, что впервые дано развернутое описание особенностей развития генетических, агрофизических и агрохимических свойств и режимов техноземов КАТЭКа. Дана эколого-генетическая оценка технологии их формирования. Показано, что применение традиционной технологии формирования техноземов препятствует развитию педогенных преобразований техногенного субстрата, обусловливает малую скорость восстановления генетической сопряженности различных слоев техноземов и трансформации этих слоев в генетические горизонты почвы. Выявлена разнонаправленность процессов трансформации ПСП на различных этапах технологической цепочки. Изучены особенности изменения и восстановления гумусного состояния ПСП. Исследованы особенности развития агрохимических свойств техноземов. Описана динамика преобразования агрофизических свойств от техногенной стадии развития техноземов до педогенной. Выявлена специфика водного режима. Установлено, что уже на начальных этапах мелиоративного освоения техноземов первыми трансформируются агрофизические свойства и режимы. Эти процессы сопровождаются трансформацией гумусного состояния ПСП. Показатели, характеризующие развитие пищевого режима, отражают их генетическую связь с агрофизическими и генетическими процессами в техноземе.
Практическая значимость. Материалы проведенных исследований могут быть использованы для разработки проектов рекультивации нарушенных земель угледобывающими предприятиями Кузбасса, КАТЭКа, Черем-басса с применением наиболее эффективных технологий направленных на ускоренное и экологически безопасное восстановление функций почвенного покрова техногенных ландшафтов. Результаты исследований используются для составления технологических карт и разработки агротехническігх приемов на период освоения техноземов, а также для определения стратегии дальнейшего их использования в сельскохозяйственном производстве. В частности, полученные материалы частично использованы при разработки техноло-
2 Заказе 411
гической карты по рекультивации отдельных участков Назаровского угольного разреза, что подтверждено соответствующими документами. Некоторые теоретические выводы, имеющие научное и познавательное значение, включены в лекционные курсы по почвоведению, охране природы и рекультивации.
Защищаемые положения.
-
В период мелиоративного освоения техноземов их исходные техно-генно-литогенные свойства и режимы преобразуются в педогенные.
-
С наибольшей активностью преобразуются в техноземах свойства и режимы, характеризующие их агрофизическое и гумусное состояние.
3. Свойства и режимы техноземов, обусловленные недостатками технологии их формирования, которые не поддаются педогенным преобразованиям, способствуют развитию негативных последствий.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
изложены в 10 печатных работах. Результаты исследований докладывались на
Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения пло
дородия почв в условиях интенсивного земледелия" ( Москва, 1988г), на УШ-
Всесоюзном съезде почвоведов ( Новосибирск, 1989г), на Первой научной
конференции "Растение и промышленная среда" ( Днепропетровск, 1990г),
на Межотраслевой научно-технической конференции "Технологические ас
пекты охраны окружающей среды в горной промышленности" (Пермь,
1994г), на Международной конференции "Проблемы антропогенного почво
образования" (Москва, 1997г), а так же на конференциях молодых ученых
ИПА СО РАН 1991,1992 и 1997 годов.
Публикации. Опубликовано 10 работ, из них 9 - по теме диссертации.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Она содержит 95 страниц машинописного текста, 13 таблиц и 21 рисунок. Список использованной литературы состоит из 155 наименований в том числе 14 иностранных авторов.