Почвы и почвенный покров в районах горных разработок

В горнодобывающих районах с открытым и закрытым способом разработок минерального сырья, нерудных материалов и добычи полезных ископаемых распространены эмбриоземы, техно-почвы, хемоземы, техноземы, а также техногенные грунты. Почти все перечисленные почвы и почвоподобные тела встречаются и в пределах других территорий, измененных человеком — в городах и поселках, на нефтепромыслах, в районах добычи газа, в сфере влияния транспортных магистралей и гидротехнических сооружений. Однако на территориях, связанных с горными разработками, они обязательно присутствуют, составляя как правило значительную долю в почвенном покрове, и имеют наиболее яркие и типичные для своей группы признаки.

Молодые аккумулятивные почвы на рыхлых техногенных породах

Особое место в многообразии техногенных почв занимают молодые техногенные почвы горных разработок. Их изучение проводилось в течение многих лет сибирскими почвоведами под руководством С. С. Трофимова, И. М. Гаджиева и В. М. Курачева. Исследовалось первичное почвообразование и особенности микробиологических процессов на естественно зарастающих отвалах, стадии трансформации и минерализации органического вещества на разных почвообразующих породах, разрабатывались классификации техногенных почв (Проблемы рекультивации., 1974; Восстановление техногенных ландшафтов., 1977; Экология и рекультивация., 1992).

Согласно подходам, изложенным в главе 6, на техногенных и природных грунтах в режиме саморазвития формируются слаборазвитые примитивные почвы с горизонтом Л1 мощностью до 5 см — амбриоземы. Нижние слои-горизонты представлены в них системой различных насыпных слоев вскрышной плотной породы, а также четвертичных отложений. В зависимости от способности разных почвообразуюших пород в одинаковых климатических условиях обуславливать формирование различных почв, И. М. Гаджиев и В. М. Курачев (1992) разделяют эмбриоземы налитогенно-неразвитые на грубообломочных массивно-кристалических породах и биогенно-неразвитые на рыхлых отложениях.

Неполное развитие эмбриоземов обусловлено недостаточной продолжительностью педогенного преобразования материнской породы. Процессы синтеза и разрушения органического вещества и его взаимодействия с минеральным субстратом проходят в эмбриоземах в течение короткого времени.

По существу эмбриоземы, развивающиеся на природных инситных субстратах карьерных выемок на стенках и днищах карьеров по добыче строительных материалов являются аналогами естественных слаборазвитых почв.

Развитие эмбриоземов включает в себя следующие процессы:

• • гумусонакопление или торфонакопление,
• • выщелачивание карбонатов и вынос легкорастворимых солей,
• • структурную переорганизацию твердой фазы,
• • выветривание первичных минералов,
• • оглеение.

Ведущим механизмом преобразования породы в эмбриоземы выступает минерализация и трансформация органического вещества микробиологическими процессами.

Растительные остатки разлагаются в почве довольно быстро. Новообразованные соединения углерода локализуются в микробной массе, затем поступают в лабильные фракции гумусового вещества почв и, наконец, в сложные полимеры, появляющиеся на последних стадиях гумификации. Чем больше масса микроорганизмов, тем активнее идет формирование почвы. Так, например, в 14-летних эмбриоземах микробиологические процессы развиваются преимущественно в верхней части почвенного профиля, составляющей 0−5 см. По образному выражению С. А. Таранова с соавторами (Проблемы рекультивации., 1974), микробный профиль молодых почв отвалов имеет вид «молотка». В микробных ассоциациях преобладают олигонитрофилы, что характерно для молодых почв.

Скорость формирования гумусового горизонта зависит от биоклиматических и литолого-геоморфологических условий. Наиболее благоприятны для формирования эмбриоземов лесостепная и степная зоны и лессовидные породы. Так, в Кузбассе на отвалах вскрышных пород уже через 20−25 лет эмбриоземы имеют хорошо выраженный гумусово-аккумулятивный горизонт мощностью 1−2 см, с содержанием гумуса 3−4%. Темпы гумусообразования выше на суглинках, чем на песках; на нетоксичных породах, чем на токсичных; на карбонатных, чем на бескарбонатных. Так, например, общее содержание углерода с поселением растительности на первичных грунтах отвалов по мере увеличения возраста от 4 до 13 лет изменилось в зависимости от почвообразующих пород: на известняках от 0,84 до 6,22%; на ожелезненных песках — от 0,4 до 3,47%; на сланцевых насыпях — от 0,9 до 1,22%, на углистых аргиллитах — от 1,15 до 2,65%. В течение 30 лет на аналогичных элементах рельефа, под однотипной растительностью, при близких значениях pH содержание углерода увеличилось от супесчаных к среднесуглинистым и тяжелосуглинистым эмбриоземам соответственно на 0,2, 0,5 и 0,8%.

Исследование процесса гумификации в условиях нарушения почвенных режимов и водно-физических свойств свидетельствует об образовании специфического гумусового вещества — «предорганического», а кислот, предшествующих образованию гуминовых и фульвокислот, — «предгумусовых» (Андроханов и др., 2000).

Со временем соотношение гуминовых и фульвокислот меняется: на самых ранних стадиях почвообразования (4−6 лет) гумусонакоплсние идет с преимущественным образованием подвижных форм гумуса. Кроме того, возрастает общее содержание гуминовых кислот.

В 10−12-летних эмбриоземах в составе органического вещества начинают прослеживаться «зональные» тенденции, что обусловлено особенностями гидротермического режима и отражается на специфике растительности и микробного комплекса. Например, в эмбриоземах таежных районов Кузбасса отношение гуминовых кислот к фульвокислотам составляет 0,53. Для эмбриоземов степной зоны характерны величины С"/С_фк= 1,1−1,2.

Соотношение гуминовых и фульвокислот в эмбриоземах зависит от почвообразующих пород. Исследование эмбриоземов на отвалах Богуславского угольного разреза показало, что наибольшее количество гуминовых кислот наблюдается на известняках и углях, а наименьшее на сланцевых насыпях. Углистые аргиллиты и ожелезненные пески занимают промежуточное положение (Проблемы., 1974; Восстановление., 1977).

Физические свойства техногенных грунтов и эмбриоземов в большой степени предопределены положением в рельефе, составом и степенью дезинтеграции вскрышных пород, что определяется горной технологией.

Наряду с гумусонакоплением в эмбриоземах на насыпных субстратах в таежно-лесной зоне отмечают и перемещение тонких частиц, более заметное в первые годы. Дифференциация по составу обменных катионов и величине pH, биогенной аккумуляции кальция и магния выражена в различной степени, в зависимости от биоклиматических условий.

Таким образом, основным почвенным процессом в эмбриоземах является гумусонакопление, скорость которого зависит от биоклиматических и литолого-геоморфологических факторов. Со временем в эмбриоземах не только увеличиваются содержание и запасы гумуса, но и меняется качество гумуса в сторону большей гуматности; этот тренд в степных эмбриоземах проявляется яснее, чем в таежно-лесных.