Краткая характеристика морфологических свойств почвенного покрова Бурлинского района (КНГКМ) Западно-Казахстанской области

В основу настоящей работы положены материалы, собранные нами в ходе экспедиционных ис­следований в течение вегетационного периода 2002 г.

Исследования проводились на территории Бурлинского района (включая Карашаганакское газо-конденсатное месторождение) Западно-Казахстанской области, раз в месяц, с отбором проб по про­извольной схеме, позволяющей охватить весь участок, отведенный для наблюдения.

Целью мониторинга почвенного, растительного покрова является определение локальных изме­нений признаков почв под влиянием как естественных факторов, так и антропогенных воздействий.

В почвенном покрове изучаемого района преобладают темно-каштановые карбонатные почвы, в разной степени солонцеватые, нередко в комплексе с солонцами (часто карбонатными) довольно час­то в пониженных элементах рельефа отмечены лугово-каштановые и темно-каштановые почвы в раз­ной степени смытые. На равнинных плато иногда встречаются южные черноземы и темно-каштановые нормальные почвы. Последние весьма редкие почвы. Отбор проб почв ГОСТ 17.4.3.01­83; влажность — по ГОСТу 28268-89; гумус — по ГОСТу осуществлялся 26213-91; азот — ГОСТ 26107-84; фосфор — ГОСТ 26261-84.

Темно-каштановые почвы содержат 4-5,5% гумуса, при мощности гумусового горизонта 35-50 см, гипс и легкорастворимые соли залегают от 0,7 до 2 м.

Для них характерна темно-серая с коричневым оттенком окраска, структура комковатая или пылевато-комковатая (на пашнях).

Подтип темно-каштановых почв на исследованной территории представлен следующими родами. Темно-каштановые нормальные, которые сейчас почти отсутствуют, встречаемые участки сильно деформированы. Темно-каштановые солонцеватые почвы характеризуются уплотненностью нижней части горизонта В, что обусловлено обогащением его коллоидными частицами. Данному го­ризонту свойственна комковато-призмовидная или глыбистая структура с различной степенью выра­женности на гранях структурных отдельностей лакировки (буровато-коричневой пленочки). Чем сильнее солонцеватость, тем, как правило, интенсивнее выражена лакировка. Количество гумуса око­ло 5 %, есть азот и фосфор (табл.1).

Темно-каштановые карбонатные почвы отличаются повышенным содержанием карбонатов с самой поверхности. Образовались они на породах, обогащенных карбонатами.

Темно-каштановые карбонатно-солонцеватые почвы формируются на карбонатных засоленных породах тяжелого механического состава. Отличаются повышенной плотностью и трещиноватым сложением профиля. Во влажном состоянии они сильно набухают, становятся вязкими. В составе по­глощенных оснований наряду с натрием много содержится магния, гумуса в темно-каштановой со­лонцевато-карбонатной почве — от 1,67 до 4,75% (табл.1).

Темно-каштановые солонцевато-солончаковатые почвы обычно приурочены к сильнозасолен-ным породам. В профиле этих почв наряду с отчетливо выраженными солонцеватыми свойствами отмечается повышенное содержание (>0,25%) водорастворимых солей в пределах первого метра.

Темно-каштановые остаточно-солонцеватые почвы имеют отчетливо выраженные морфологи­ческие признаки солонцеватости, но без заметного содержания обменного натрия. Солонцеватость в этих почвах рассматривается как свойство остаточного характера.

Темно-каштановые малоразвитые нарушенные почвы характеризуются неполно развитым про­филем и очень малой мощностью гумусового горизонта (А+Б меньше 20 см).

Для исследованной территории характерны лугово-каштановые почвы, они приурочены к блюдцеобразным степным понижениям. Здесь создаются лучшие условия для накопления гумуса и для развития процессов рассоления и засоления почвенной толщи. Лугово-каштановые почвы харак­теризуются повышенной мощностью гумусовых горизонтов (45-55 см) и высоким содержанием пи­тательных элементов (табл.1), достаточно гумуса для горизонта ВС (2,54%).

Содержание гумуса, азота и фосфора в темно-каштановых и лугово-каштановых почвах

В Бурлинском районе на территории КНГКМ преобладают техноземы. Согласно генетической классификации почв [1] к техноземам относятся почвы, созданные на полях рекультивации с исполь­зованием или без использования насыпного плодородного слоя почвы (ПСП). Несмотря на наличие ряда публикаций по почвам, сформированным технологиями рекультивации сельскохозяйственной направленности [2, 3], свойства техноземных режимов и их экологические функции остаются мало­изученными, особенно если учесть, что все эти параметры имеют четко выраженную региональную и индивидуальную специфику. В частности, отсутствуют сведения о характере трансформации свойств и режимов ПСП. Изучение свойств, режимов и экологических функций техноземов, особенно в кли­матических условиях Западного Казахстана, характеризующихся неустойчивым и недостаточным увлажнением и суровостью климата они приобретает особую актуальность, обостряющиеся, помимо прочего, очень значительными финансовыми расходами, необходимыми для реализации технологий рекультивации.

В связи с этим исследование процессов, протекающих в течение всех циклов их создания и раз­вития, представляет собой весьма важную, технологически и экологически оправданную задачу.

В ходе исследований мы попытаемся определить направленность, характер и интенсивность восстановления генетических, агрохимических и агрофизических свойств и режимов техноземов.

Реализация этой цели требует изучения следующих сторон почвообразования:

  • -    преобразование материала плодородного слоя почвы на различных этапах технологической цепочки;
  • -    трансформация гумусового состояния техноземов в процессе их мелиоративного освоения;
  • -    трансформация физических свойств техноземов — сложения, структурообразования, (агрофи­зических);
  • -    изменения агрохимических свойств техноземов и особенностей их питательного режима.

Мы полагаем, что полученные материалы исследований представляют интерес для разработок проектов рекультивации нарушенных земель на месторождениях Казахстана с применением наиболее эффективных технологий, направленных на ускоренное и экологически безопасное восстановление функций почвенного покрова техногенных ландшафтов.

Полагаем, что теоретические выводы, полученные в результате исследований процессов почво­образования, гумусообразования и эволюции свойств и режимов техноземов, позволяют более пред­метно решать проблемы экологии, рекультивации, оптимизации режимов функционирования восста­навливаемых экосистем.

Если в естественном состоянии свойства, режимы и функции ПСП регулируются процессами почвообразования, наличием биологической, геохимической и другой сопряженности различных ге­нетических горизонтов, то в буртах ПСП механизмы поддержания исходных свойств субстрата не работают. Вместо них развиваются другие процессы, приводящие к трансформации исходных свойств этого ценного материала.

Следовательно, необходимо изучить степень и направленность изменения свойств материала, которые проявляются при снятии, хранении ПСП и его отсыпке на поля рекультивации.

Для примера приведем изменения плотности, порозности и структурности ПСП на разных эта­пах формирования техноземов (табл.2).

Эти данные получены нами в 1992-1996 гг. Этого бурта на сегодняшний день нет, очевидно, его использовали для рекультивации. Но результаты показывают, что при буртовании сильно меняется структурность,  нарушается порозность, как общая, так и в отдельных агрегатах.

Почва все в большей мере предстает перед нами в качестве главной среды обитания всего орга­нического мира на Земле.

Как уже было сказано ранее, роль почвы в экосистеме определяется как компонента геохимиче­ского ландшафта, в котором происходит миграция вещества, энергии, в том числе и продуктов техно-генеза. Антропогенное воздействие на почву, в том числе и загрязнение тяжелыми металлами, пожа­ры вскрывают механизмы в экосистемах, которые ранее были незаметны.

Тяжелые металлы часто являются активатором ферментной системы и биохимических реакций в организмах (табл.3).

Особое внимание заслуживают комплексные соединения, в которых микроэлементы замыкают пяти- или шестичленные гетероциклы. Это особая форма минеральных соединений в организмах (хлорофиллы, гемоглобин).

Нами в 1992 г. на территории Карашаганакского месторождения были обнаружены локальные микрозоны, т.е. вещественный состав (количество гумуса, тяжелые металлы) существенно различал­ся. Распределение микроорганизмов носило мозаичный характер. Причины этого явления до сих пор не выяснены.

Возможно, в местах отсутствия микроорганизмов «работают» почвенные абиотические катали­заторы, потому как на местах присутствия микроорганизмов и их отсутствия рожь развивалась хоро­шо, за исключением некоторых участков (около 2% от общей площади), где посевы ржи были угне­тены.

Очевидно, на этих участках тяжелые металлы и другие загрязнители оказывали токсическое воз­действие на рожь, а там, где микроорганизмов было обнаружено малое количество (до 5000 на грамм почвы, т.е. они почти отсутствовали), то, очевидно, роль катализаторов в разных почвенных, химиче­ских реакциях выполняли тяжелые металлы.

Плотность, порозность и структурность ПСП на этапах формирования техноземов
Плотность, порозность и структурность ПСП на этапах формирования техноземов

Известно, что некоторые хилатные соединения переходных металлов катализируют многочис­ленные химические процессы в почвах и в организмах [4-7], т.е. абиотические катализаторы выпол­няют экологическую функцию почвенной микрофлоры.

Активность (табл. 4) тяжелых металлов значительно увеличивается при соединении к какой-либо органической системе, в частности, с аминокислотной или с пирольным азотом. Комплексы металлов более активны по сравнению с простыми солями или оксидами металлов. Каталитическая активность минерального по сравнению с белковой материей (ферментами) неизмеримо мала, оче­видно, поэтому каталитическая роль минеральных веществ почвы долгое время оставалась без вни­мания. Разные виды антропогенного воздействия вынуждают ученых более детально изучать меха­низмы поведения загрязнителей в почве.

Использование тяжелых металлов может найти применение в природоохранных технологиях. Так, уже в настоящее время соли железа (нитраты, сульфаты, хлориды) используют как катализаторы процессов разложения нефтепродуктов в почве (Watts, Di My, 1996), т.е. абиотические катализаторы могут быть использованы в решении экологических проблем.

Сильные техногенные потоки приводят к тому, что любой подтип, вид, разновидность почвы те­ряют свои функции и, как следствие, остаются зараженными растения, грунтовые воды, прекращает­ся очищение воды, нейтрализация токсикантов в почвах. Когда прекращается воздействие на почву загрязнителей, то отмечается постепенное, медленное восстановление экосистем, так как в гумусовые горизонты в зоне техносферы попадает повышенное количество тяжелых металлов, которые могут быть потенциальными катализаторами. В гумусовых горизонтах они образуют донорно-акцепторные связи с органическими соединениями, в форме комплексных соединений обладают уже более высо­кой каталитической способностью.

Каталитическая активность тяжелых металлов

Для устойчивости экосистем в промзоне необходимо стараться сохранить соотношение промзо-на — поле, лес, что значительно уменьшает загрязнение и вероятность экологического кризиса для человека. В промзоне старые лесополосы и посадка новых, природные участки с древесной и кустар­никовой растительностью, водоемы являются как бы исполнителями очистительных функций, вся остальная территория промзоны — техногенная территория. Следует стремиться, чтобы соотношение древесных, кустарниковых насаждений, посевов многолетних трав к территории промзоны-техногенной территории (перерабатывающие предприятия, техноземы и др.) увеличивалось. В этом случае экологическая обстановка промзоны и окружающей территории будет улучшаться.

Следует признать, что современная нефтегазодобывающая промышленность является источни­ком громадного потока разных веществ в биосферу, из которых значительная часть попадает в почву. Кроме установленных уже токсических воздействий этих загрязнителей, в частности тяжелых метал­лов на организмы, генетическое воздействие на них, следует выделить еще один аспект — многие тяжелые металлы в почве выполняют роль катализаторов в разных почвенных химических реакциях. 

Анализ почвенных образцов на содержание тяжелых металлов (мг/кг) и коэффициента концентрации Kci в знаменателе

Анализ почвенных образцов на содержание тяжелых металлов (мг/кг) и коэффициента концентрации Kci в знаменателе 

где n — число определяемых элементов; Kci — коэффициент концентрации i-го металла, равный от­ношению содержания металла в почвах исследуемой территории по Кларку; Е — сумма коэффициен­тов концентрации химэлементов.

Коэффициент концентрации показывает, что только кадмий в несколько раз превышает кларк его в почве (от 7,6 до 10,46).

Мы выяснили коэффициент концентрации только гумусового горизонта (А), исследования поч­вы еще не закончены.

Если вычислить содержание кадмия и других тяжелых металлов по сравнению с фоновым уча­стком, то почвы не загрязнены тяжелыми металлами, а если сравнить с ПДК, то содержание Pb, Zn, Cu, Mn в исследуемых почвах не превышает ПДК, а Cd превышает ПДК от 1,4 до 5,4 раза; количест­во Ni — в 22 раза, кобальта — от 1,4 до 5,0 раза.

 

Список литературы

1         Гаджиев И.М., Курачев В.М. Генетические и экологические аспекты исследований и классификация почв техноген­ных ландшафтов // Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. — Новосибирск: Наука СО, 1992. — С. 6-15.

2         Масюк Н. Т. Особенности формирования естественных и культурных фитоценозов на возвышенных породах в местах производственной добычи полезных ископаемых // Рекультивация земель. — Днепропетровск, 1974. — С. 62-104.

3         Бекаревич Н.Е. Основные результаты исследований по биологической рекультивации земель, нарушенных горнодо­бывающей промышленностью // Эколого-биологические и социально-экономические основы сельскохозяйственной рекуль­тивации в степной черноземной зоне УССР. — Днепропетровск, 1984. — Т. 49. — С. 12-33.

4      Зубкова Т.А. Свойства почвы и техноструктура. Экология и почвы. Т. IV. — Пущино, 2001. — С. 128-136.

5      Сает Ю.Е., Смирнов Р.С. Геохимические принципы выявления зон воздействия промышленных выбросов в город­ских агломерациях // Вопросы географии. — № 120. — М.: Мысль, 1983.

6         Перельман А.И. Геохимия ландшафтов. — М.: 1975.

7         Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Б.П. и др. Геохимия окружающей среды. — М.: Недра, 1990. — С. 335. 

Фамилия автора: Е.Х.Мендыбаев
Год: 2010
Город: Караганда
Категория: Биология
Яндекс.Метрика