Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ЗАПАСЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ПРОЦЕССЫ ГУМУСОНАКОПЛЕНИЯ В ПОЧВАХ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НА ЮГЕ ПРИМОРЬЯ

Пуртова Л.Н. 1 Сибирина Л.А. 1 Полохин О.В. 1
1 Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток
Исследованы вопросы сингенетического развития почв в связи с процессами восстановления растительности техногенных ландшафтов. С использованием аналитических и спектрофотометрических методов проведены расчеты содержания гумуса, интегрального отражения почв; определены запасы растительного органического вещества, определена таксономическая принадлежность растений. Исследования проводились на самозарастающем отвале вскрышных и вмещающих пород по техногенной катене. Показано, что стадии развития растительности и молодых почв зависят от положения их в рельефе. Наибольшая скорость накопления, разложения и трансформации органического вещества наблюдается в трансаккумулятивных и аккумулятивных позициях техногенных ландшафтов. На элювиальных позициях биогеоценозы эволюционируют медленнее. Установлено, что накопление растительного органического вещества и проявления гумусообразовательного процесса в почвах во многом связано со стадиями развития фитоценоза.
гумус
почвы
сингенетичность
органическое вещество
растительность
1. Аринушкина Е.В. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Изд-во Наука, 1975. - 656 с.
2. Гумусообразование в техногенных экосистемах / С.С. Трофимов, Н.Н. Наплекова, Е.Р. Кандрашин и др. - Новосибирск: Наука, 1986. - 165 с.
3. Костенков Н.М., Пуртова Л.Н. Общие закономерности формирования почв на отвальных породах и их гумусовое состояние // Вестник. КрасГАУ. - 2009. - №6. - С. 17-22.
4. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах / Н.И. Базилевич, А.А. Титлянова, В.В. Смирнов и др. - М.: Мысль, 1978. -183 с.
5. Михайлова Н.А., Пуртова Л.Н. Оптико-энергетические методы в экологии почв. - Владивосток: Дальнаука, 2005. - 80 с.
6. Подземные органы растений в травяных экосистемах / А.А. Титлянова, Н.П. Косых, Н.П. Миронычева-Токарева и др. - Новосибирск: Наука, 1996. - 128 с.
7. Полохин О.В. Специфика преобразования минеральных форм фосфатов при почвообразовании в техногенных ландшафтах // Сибирский экологический журнал. - 2007. - № 5. - С. 843-847.
8. Почвы ландшафтов Приморья (Рабочая классификация): учебное пособие / Н.М. Костенков, О.В. Нестерова, Л.Н. Пуртова и др. - Владивосток: Изд-во ДФУ, 2011. - 112 с.
9. Родин Л.Е, Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот в основных типах растительности. - М.; Л.: Наука, 1965. - 253 с.
10. Сосудистые растения советского Дальнего Восто- ка. - СПб.: Наука, 1985-1996. Т. 1-8.
11. Степанько А.А. Агрогеографическая оценка земельных ресурсов и их использование в районах Дальнего Востока. - Владивосток: Дальнаука, 1992. - 115 с.
12. Сукцессии и биологический круговорот в основных типах растительности / А.А. Титлянова, Н.А. Афанасьев, Н.Б. Наумова и др. - Новосибирск: Наука, 1993. - 157 с.

При добыче угля открытым способом на юге Приморья коренным образом изменяется сложившееся стабильное состояние природных экосистем. Возникают техногенные ландшафты, нередко имеющие облик техногеннных пустынь, лишенных растительности и почвенного покрова. В связи с этим наиболее актуальными стали вопросы рекультивации нарушенных земель, решение которых необходимо проводить с учетом естественного формирования фитоценозов и направленности почвообразовательного процесса. При этом необходимо уделить особое внимание исследованию формирующихся запасов фитомассы. Связано это с тем, что в процессе посттехногенного формирования экосистем происходит изменение в основных потоках поступления энергии, связанной с органическим веществом растительного происхождения. Соотношение энергии в виде энергии связи в органическом веществе, сформированном в процессе фотосинтеза, и дальнейшей её трансформации в ходе гумусообразовательного процесса, во многом обусловливают экологическую стабильность формирующихся экосистем [10]. Потенциальным источником органического вещества, формирующихся почв, в период их постехногенного развития, можно считать все компоненты биоценоза, которые попадают на поверхность почвы или в её толщу и участвуют в процессе поч­вообразования [9]. Растительное вещество, сосредоточенное в фитомассе надземной (зеленая фитомасса, ветошь, подстилка) и подземной (живые и мертвые подземные органы), дает основной материал, из которого формируется органическое вещество почв [6, 12]. Между тем в связи со спецификой климатических условий юга Дальнего Востока, в зависимости от временного интервала становления регенерационных экосистем в техногенных ландшафтах здесь процесс гумусонакопления проявляется по-разному, отражаясь как в облике формирующегося почвенного профиля, так и в содержании гумуса и его запасах [3].

Целью данной работы явилось изучение сингенетичности процессов почвообразования и накопления растительного органического вещества в формирующихся почвах техногенных ландшафтов в период их посттехногенного формирования.

Материалы и методы исследования

Объект исследований - растительность и поч­вы, сформированные на внешнем 20-летнем отвале угольного разреза Павловский-2, расположенного в Приморском крае в 20 км к северу от г. Уссурийска. Разрез разрабатывается открытым способом. Геоморфологически отвал представляет собой невысокие гряды гребневой формы и рассматривается как техногенная формирующаяся катена [7]. Исследования велись на отвале по трем основным позициям: на вершине - элювиальная (площадка №3), на склоне - трансаккумулятивная (площадка №2) и у подножия аккумулятивная позиция (площадка №1). В работе использована классификация почв, предложенная Н.М. Костенковым с соавторами [8]. Физические и физико-химические свойства почв определялись общепринятыми аналитическими и спектрофотометрическими методами исследований [5]. Определение гумуса проводили по методу Тюрина [1]. Интегральное отражение почв рассчитано по методике, разработанной Н.А. Михайловой [5]. Запасы растительного органического вещества определены по методике Н.И. Базилевич, А.А. Титляновой с соавт. [12]. Названия растений приведены по сводке [10].

Результаты исследования и их обсуждение

При добыче бурого угля открытым способом на поверхность выносятся тяжело суглинистые, глинистые и песчано-галечниковые породы. Формирование почв в пределах Приморского края в фазу посттехногенного почвообразования происходит в условиях наибольшей континентальности климата. Согласно схеме гидротермического районирования юга Дальнего Востока, район исследований относится к Приханкайской гидротермической провинции и входит в юго-западный округ [9]. Для него свойственно теплое и дождливое лето со значительным выпадением годового количества осадков (до 700 мм). Сумма активных температур достигает 2450-2500°. Климатические особенности накладывают отпечаток на развитие растительности, формирование почв и направленность процессов гумусонакопления.

Как показали результаты проведенных исследований, для 20-летних отвалов характерны высокие показатели запасов растительного органического вещества (табл. 1).

Таблица 1 Запасы растительного органического вещества на мониторинговых площадках угольного разреза Павловский-2 (M ± m)

Номер площадки, местоположение на катене

Почвы

Запасы, г/м2

фитомасса надземная

мортмасса

общий запас растительного органического вещества

1. Аккумулятивная позиция

Литостраты гумусово-аккумулятивные

414,5 ± 30,1

345,1 ± 25,8

759,6 ± 102,4

2. Транс-аккумулятивная позиция

Литостраты дерновые

430,2 ± 24,8

389,6 ± 40,1

819,8 ± 90,2

3. Элювиальная позиция

Литостраты инициальные

76,9 ± 12,3

25,0 ± 3,2

133,3 ± 20,8

Основной вклад в формирование растительного органического вещества на площадке №1 (аккумулятивная позиция) внесли представители семейств Asteraceae (ястребинка зонтичная (Hieracium umbellatum L.), полыни: Арги Artemisia argyi Levl et Vaniot и тенистая Artemisia umbrosa (Bess.) Turcz. ex DC.) и Fabaceae (клевер луговой Trifolium pratense L.), тогда как на площадке №2 (трансаккумулятивная позиция) Asteraceae (полыни) и Poaceae (вейник наземный Calamagrostis epigeios (L.) Roth) (табл. 2).

В пределах пробных площадок, сформированных на аккумулятивной позиции отвала вскрышных и вмещающих пород, запасы фитомассы несколько меньшие, по сравнению с трансаккумулятивными, что, на наш взгляд, связано с более благоприятным создающимся гидротермическим режимом.

В таких условиях (на трансаккумулятивных позициях) сформировались литостраты дерновые (переходящие в гумусово-аккумулятивные) и литостраты гумусово-аккумулятивные (аккумулятивные позиции). Общий запас растительного органического вещества (фитомасса + мортмасса) на площадке 2 значительно превышал таковой, по сравнению с типичными почвами холмисто-увалистых равнин - темногумусовых подбелов типичных. В последних запасы надземной фитомассы составили 191,57 г/м2, мортмассы 148,80 г/м2, а общий запас 340,37 г/м2.

Показатель соотношения мортмассы (М) и надземной фитомассы (НФ) на площадках 1 и 2 несколько отличались (0,83; 0,91). Значительное накопление мортмассы обусловлено, на наш взгляд, явной заторможенностью процессов разложения растительного органического веществ микрофлорой. Для формирующихся почв на отвалах вскрышных пород свойственна сильнокислая реакция среды (табл. 3).

Таблица 2 Флористическая характеристика растительных ассоциаций и соотношение мортмассы и наземной фитомассы на мониторинговых площадках

Семейства

Количество видов,%

Процент от запасов надземной фитомассы

Мортмасса,% от общего запаса

М:НФ

Площадка №1. Аккумулятивная позиция

Asteraceae

58,0

57,8

45,5

0,83

Equisetaceae

14,0

3,2

 

 

Fabaceae

14,0

34,8

 

 

Poaceae

14,0

4,2

 

 

Площадка №2. Трансаккумулятивная позиция

Asteraceae

52,0

48,8

47,5

0,91

Equisetaceae

16,0

2,8

 

 

Fabaceae

16,0

9,2

 

 

Poaceae

16,0

39,2

 

 

Площадка № 3. Элювиальная позиция

Asteraceae

50,0

60,7

42,3

0,73

Equisetaceae

33,0

39,1

 

 

Fabaceae

17,0

0,2

 

 

Примечания: М - мортмасса; НФ -наземная фитомасса.

Таблица 3  Содержание гумуса и кислотность почв техногенных ландшафтов

Номер площадки, местоположение на катене

Почвы

рН

Гумус, %, (M ± m)

рНвод

рНсол

1. Аккумулятивная позиция

Литостраты гумусово-аккумулятивные

5,36

4,38

3,00 ± 0,61

2. Трансаккумулятивная

Литостраты дерновые

5,66

4,05

2,58 ± 0,24

3. Элювиальная

Литостраты органо-аккумулятивные

5,67

4,32

1,94 ± 0,22

Судя по содержанию гумуса в почвах, сформированных на трансаккумулятивных позициях, им свойственна эволюционно-динамичная стадия гумусонакопления. Это выражается как в формировании явно выраженных органогенного и дернового горизонта, так и более высокими показателями содержания гумуса, по сравнению с литостратами инициальными на элювиальных позициях. Данная стадия гумусонакопления подтверждалась довольно высокими параметрами интегрального отражения почв (R = 25,4%).

На аккумулятивных позициях основное количество растительного органического вещества привносится с представителями семейства Fabaceae, которые способствуют обогащению азотом почвы, что заметно активизирует микрофлору почв. В результате активизации процессов трансформации органического вещества микрофлорой несколько снижается количество мортмассы, усиливается поступление органических соединений, что приводит к активизации процессов гумусонакопления и свидетельствует о переходной к метастабильному состоянию стадии гумусонакопления и более устойчивом экологическом состоянии формирующихся почв. Это нашло проявление в формировании маломощного темно-гумусового горизонта. Из-за увеличения содержания гумуса в поверхностном слое установлено снижение параметров интегрального отражения (до 22,8%).

В верхних частях склонов на отвалах вскрышных и вмещающих пород 20-летнего возраста на элювиальных позициях в составе растительности преобладали представители семейства Equisetaceae (хвощ полевой Equisetum arvense L.) и Asteraceae (тысячелистник обыкновенный Achillea millefolium L). Накопление растительного органического вещества здесь явно низкое (76,93 г/м2), по сравнению с площадками на аккумулятивной и трансаккумулятивной позициях. При этом наблюдается фрагментарное накопление мортмассы, что свидетельствует о переходе инициальной стадии развития литостратов в эволюционно-динамичную стадию гумусонакопления. В таких условиях формировались литостраты органо-аккумулятивные с довольно низким уровнем содержания гумуса и довольно высокими параметрами интегрального отражения почв (26,0%).

Заключение

Таким образом, установлено, что в зависимости от занимаемого положения в рельефе (элювиальная, трансаккумулятивная, аккумулятивная позиция), на отвалах вскрышных и вмещающих пород Павловского угольного месторождения, исследуемые мониторинговые площадки различались по запасам фитомассы и показателя соотношения мортмассы (М) и фитомассы (НФ). Наиболее низкие показатели М:НФ свойственны для литостратов, формирующихся на элювиальных позициях. В составе растительных сообществ доминируют представители семейства Asteraceae и Equisetaceae. Молодые почвы находятся на эволюционно-динамичной стадии гумусонакопления. В таких условиях формируются литостраты органо-аккумулятивные. На трансаккумулятивных позициях в составе растительности преобладали представители семейств Asteraceae и Poaceae, увеличивается соотношение М:НФ, а процесс гумусонакопления переходит в более ярко выраженную эволюционно-динамическую стадию. В таких условиях формируются литостраты дерновые, переходящие в гумусово-аккумулятивные, для которых свойственно наличие типодиагностических горизонтов АО и AY, а также увеличение содержания гумуса в поверхностном слое и снижение интегральное отражения почв. На аккумулятивных позициях преобладание в составе растительности представителей семейства Fabaceae способствует обогащению гумуса азотом, явно активизируются процессы разложения растительного органического вещества. Это проявляется в сокращении запасов мортмасссы, снижении соотношения М:НФ. Формируется маломощный темно-гумусовый горизонт (АU). Возрастание содержания гумуса приводит к явному снижению параметров интегрального отражения почв.

Рецензенты:

  • Пивкин М.В., д.б.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории микробиологии Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН, г. Владивосток.
  • Селедец В.И., д.б. н., старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник лаборатории биогеографии и экологии Тихоокеанского института географии ДВО РАН, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 15.02.2012.


Библиографическая ссылка

Пуртова Л.Н., Сибирина Л.А., Полохин О.В. ЗАПАСЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ПРОЦЕССЫ ГУМУСОНАКОПЛЕНИЯ В ПОЧВАХ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НА ЮГЕ ПРИМОРЬЯ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 3-3. – С. 535-538;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29749 (дата обращения: 25.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074