Библиографическое описание:

Швабенланд И. С. Структура и запасы лабильного органического вещества на отвалах вскрышных пород Изыхского каменноугольного месторождения республики Хакасия [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). — М.: Буки-Веди, 2012. — С. 158-161.

Органическая часть почвы чрезвычайно гетерогенна, что обусловливает разную устойчивость его компонентов к разложению. По этому признаку органическое вещество разделяется на 2 фракции: легкоминерализуемое (ЛМОВ) и устойчивое. Легкоминерализуемое органическое вещество представляет собой сумму лабильных (растительные и животные остатки и микробобиомасса) и подвижных форм, преходящих в жидкую фазу почвы (водо- и щелочно-растворимые соединения). Структура и запасы компонентов лабильного органического вещества слабо изучена на техноземах Европейской части России, Средней Сибири и совсем не изучена на техноземах Хакасии. Это определило постановку наших исследований.

Цель исследования заключается в изучении структуры и запасов лабильного органического вещества на отвалах вскрышных пород Изыхского каменноугольного месторождения республики Хакасия.

Техногенные комплексы занимают значительное место в общей цепи природных экосистем Сибири. Разработка угольных месторождений влечет за собой разрушение почвенного и растительного покрова, нарушение естественного рельефа, изменение гидрологического режима, изменение сложившихся природных циклов углерода и азота, изменение микроклимата и вынос на дневную поверхность значительных объемов вскрышных пород [1,4]. При этом территория, испытывающая на себе отрицательное воздействие горного производства, примерно в 10 раз превышает площадь самих нарушенных участков [3].

В.В. Чупрова и Л.С. Шугалей [9] считают, что формирование растительного и почвенного покрова на техногенных территориях происходит под влиянием окружающих высокопродуктивных естественных ландшафтов и агроценозов. Установлено, что смежные с техногенными территориями сохранившиеся естественные ландшафты и культурные биогеоценозы, обладая способностью к саморегуляции и повышению устойчивости, активно стремятся к заполнению биологической ниши. На технически рекультивированные земли поступают потоки вещества и энергии в виде семян и спор высших и низших растений, микроорганизмы, характерные для зоны.

Формирование лабильного органического вещества идет за счет произрастающих растений: корней и опавших надземных органов. Совокупность этих остатков составляет подземное растительное вещество и по нашим представлениям является лабильной формой легкогидролизуемой части органического вещества. Корни как компонент подземного растительного вещества представляют собой органы, специализированные для закрепления растений на почве, накопления и проведения веществ. Функции корней многообразны: регулируют метаболическую активность микробного сообщества, преобразуют свойства ризосферной почвы, участвуют в азотфиксации, закрепляют почвенные частицы в стабильные макроагрегаты и придают им свойства водоустойчивости [8]. Другим компонентом подземного растительного вещества является мортмасса, запасы которой складываются из отмирающих корней и надземных органов растений. Отмирание тех и других органов происходит как в летний период, так и осенью. Данные о запасах надземной и подземной фитомассы дают представление о количестве растительной массы, участвующей в процессах почвообразования и в общем биологическом круговороте веществ, а также раскрывают пути приспособления растений к факторам внешней среды [2].

Наши исследования показали, что запасы растительного вещества в исследованных почвах изменяются в широких пределах (табл. 1).

Таблица 1

Запасы растительного вещества, т/га (2005-2012 гг.)

Компоненты растительного вещества, т/га

Техноземы

Каштановая почва (агроценоз пшеницы)

Самозарастающего отвала

Бестранспортного отвала (пастбище)

Надземное:

Зеленая масса (G):

-зерно

-солома

Ветошь (D)

Подстилка (L)

Всего




1,09

3,07

4,11

-

-

1,23

-

-

2,34

0,98

1,49

0,34

0,97

1,47

-

3,07

6,03

8,02

Подземное

(0-20 см):

Корни (R+V)

мм>2 (St)

мм<2 (Rem)

Всего




8,57

12,14

1,87

3,04

5,05

2,55

6,77

18,38

10,93

28,12

0,34

4,76

Общий запас

21,45

34,15

12,78


Общий запас растительного вещества в техноземах, используемых под пастбища, преобладает по сравнению с таковым на самозарастающих отвалах, что коррелирует с содержанием гумуса в них. Общий запас растительного органического вещества на описываемых площадях, по данным наших исследований, составляет 12,78 т/га на каштановой почве, занятой агроценозом пшеницы; 21,45 т/га – на Самозарастающем отвале; 34,15 т/га – на Бестранспортном отвале. Соотношение между надземными и подземными компонентами растительного вещества составляет: 0,2 - на Самозарастающем отвале; 0,2 – на Бестранспортном отвале и 1,7 на каштановой почве. Соотношение на пастбищах между подземным и надземным растительным веществом говорит о преобладании подземного, в отличие от агроценоза на каштановой почве, в котором доминирует надземное растительное вещество. Заметим, что в структуре надземного растительного вещества всех изученных почв преобладает зеленая фитомасса. Наибольший запас надземной фитомассы отмечен в агроценозе пшеницы на каштановой почве и обусловлен высокими запасами зерна и соломы. Минимальный запас надземной фитомассы характерен для Самозарастающего отвала, что связано с произрастающей на нем растительности.

На снижение продукции повлияло также неустойчивое увлажнение и частые засухи в первую половину вегетационного сезона, что вызвало активную реутилизацию пластических веществ, замедлявшую рост и развитие растений, но стимулировавшую образование ветоши. К тому же, главным параметром, определяющим наибольшую интенсивность прироста надземной массы, является и количество фотосинтезирующих органов. Чем больше зеленой фитомассы, тем больше органического вещества продуцируется фитоценозом в единицу времени [7].

Рассматриваемые нами отвалы имеют различия в видовой насыщенности растениями и в величинах фитомассы. Основу травостоя практически на всех изученных техноземах отвалов вскрышных пород Изыхского каменноугольного бассейна составляют злаки. Фитомасса выше на техноземах, чем на зональных ненарушенных почвах. В структуре надземной фитомассы травяных фитоценозов в отличие от агроценозов выделяется подстилка, которая лежит на почве и ее нижний слой непосредственно соприкасается с минеральной частью почвы. Поэтому подстилку рассматривают [10] как компонент, соединяющий надземный и подземный ярусы в процессах биологического круговорота. Запас и мощность подстилки увеличивается, когда накопившаяся ветошь ляжет на почву. Роль травяной подстилки проявляется в питании растений, гумусообразовании, сохранении влаги и защите почв от эрозии. Она, с одной стороны, способствует поддержанию свойств и признаков насыпного гумусово-аккумулятивного горизонта, а с другой – изменению его вещественного состава, что, возможно, может привести к ослаблению профилепреобразующих и усилению профиледифференцирующих процессов [5]. Результаты исследования (табл. 2) показывают, что масса подстилок на пастбищных техноземах возрастает в 2 раза по сравнению с фоновыми почвами, так как пастбищная нагрузка на сравниваемых объектах неодинаковая. Таблица 2 Статистические характеристики запасов подземного растительного вещества (т/га)
в слое 0-20 см, в техноземах и зональных почвах (2005-2012 гг.)

П. п.

Название почвы

Органы растений

n*

max- мin

X

Sx

Sx, %

S

V,%

Самозарастающий отвал

Технозем

корни

10

2,14-1,60

1,84

0,05

2,82

0,16

0,03

9

мм>2

10

1,95-1,46

1,67

0,05

3,20

0,17

0,03

10

мм<2

10

2,79-2,14

2,44

0,07

2,98

0,23

0,05

9

Агроценоз пшеницы, пашня

Каштано­вая почва

корни

10

6,33-1,08

2,96

0,61

20,44

1,91

3,66

65

мм>2

10

6,37-3,28

4,42

0,33

7,45

1,04

1,08

24

мм<2

10

10,70-3,85

5,76

0,63

10,99

2,00

3,99

35

Бестранспортный отвал, пастбище

Технозем

корни

10

14,37-10,34

12,14

0,37

3,08

1,18

1,39

10

мм>2

10

6,92-2,79

5,05

0,42

8,24

1,32

1,73

26

мм<2

10

12,48-7,63

10,93

0,45

4,12

1,42

2,02

13


Рис. 1. Распределение подземного растительного вещества в профиле почв, т/га


Доля зеленой массы растений на техноземах и зональных почвах, также неодинакова. При анализе распределения подземного растительного вещества в пределах 30-40 см толщи, по данным 2011 года, было выявлено, что в агроценозе пшеницы запасы подземной фитомассы заметно уступают таковым на пастбищах (рис. 1). В составе подземного растительного вещества преобладает мортмасса, в частности, мелкая мортмасса, что указывает на заторможенность процессов ее разложения. Такая особенность, согласно исследованиям А.А. Титляновой и Н.П. Миронычевой-Токаревой [6], является характерной чертой восстанавливающихся экосистем, в которых часть образующегося вещества и энергии накапливается в мертвом веществе. Эта закономерность четко просматривается на Самозарастающем и Бестранспортном отвале на каждой глубине. Отличительной особенностью подземного растительного вещества на пастбищах является наибольшая концентрация запасов подземной фитомассы в слое 0-10 см и резкое уменьшение их вниз по профилю.

Таким образом, уровень биологической продуктивности изученных почв зависит от видовых особенностей растений, слагающих конкретные сообщества, и почвенно-экологических условий их местообитания.


Литература:

  1. Андроханов, В.А. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов [Текст] / Андроханов, В.А., Куляпина, Е.Д., Курачев, В.М. // Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. – 151 с.

  2. Горшкова, А.А. Биодиагностика сохранения и восстановления степных пастбищных экосистем Сибири [Текст] / А.А. Горшкова, В.Г. Мордкович, С.К. Стебаева // Сибирский экологический журнал. – 1994. - № 5. – С. 403-416.

  3. Левит, С.Я. Породы вскрышных уральских железорудных месторождений и возможность использования их для рекультивации [Текст] / С.Я. Левит, Г.М. Пикалова // Освоение нарушенных земель. – М.: Наука, 1976. – С. 72 – 81.

  4. Моторина, Л.В. Опыт рекультивации нарушенных промышленностью ландшафтов в СССР и зарубежных странах. Обзорная информация [Текст] / Л.В. Моторина. - М.: ВНИИТЭИСХ, 1975. – 85 с.

  5. Савельева, И.Н. Запасы и интенсивности основных потоков углерода в агроэкосистемах на техноземах Назаровской котловины [Текст] / И.Н. Савельева // Диссер. на соискание ученой степени канд. биол. наук. – 2009. - С. 109-119.

  6. Титлянова, А.А. Круговорот углерода в травяных экосистемах при зарастании отвалов [Текст] / А.А. Титлянова, Н.П. Миронычева-Токарева, Н.Б. Наумова // Почвоведение. – 1988. – №7. – С. 164 – 174.

  7. Чупрова, В.В. Углерод и азот в агроэкосистемах Средней Сибири [Текст] / В.В. Чупрова. – Красноярск: Изд-во КГУ, 1997. – 166 с.

  8. Чупрова, В.В. Поступление и разложение растительных остатков в агроценозах Средней Сибири [Текст] / В.В. Чупрова // Почвоведение. – 2001. – № 2. – С. 204 – 214.

  9. Чупрова, В.В. Особенности макроморфогенеза почв на отвалах угольных разрезов Назаровской котловины [Текст] / В.В. Чупрова, Л.С. Шугалей // Вестник КрасГАУ. – Красноярск: Изд-во КрасГАУ. - 2007. - Вып. 1. – С. 61 – 70.

  10. Шибарева, С.В. Запасы и элементный состав подстилок в лесных и травяных экосистемах Сибири [Текст]: автореф. дис. … канд. биол. наук / С.В. Шибарева. – Новосибирск, 2004. – 22 с.

Врезка1

Основные термины (генерируются автоматически): растительного вещества, подземного растительного вещества, органического вещества, лабильного органического вещества, вскрышных пород Изыхского, пород Изыхского каменноугольного, каштановой почве, запас растительного вещества, Общий запас растительного, растительного органического вещества, запасы растительного вещества, надземной фитомассы, компонентами растительного вещества, Средней Сибири, надземного растительного вещества, запас надземной фитомассы, органического вещества слабо, подземной фитомассы, отвалах вскрышных пород, каменноугольного месторождения республики.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос