Сравнение скоростей процессов в природных и техногенно-измененных почвах

Интенсивность и характер почвообразовательных процессов зависят от большого числа факторов, среди которых особое значение имеют зональные особенности условий формирования почвы. Различия в воздействиях факторов почвообразования в том числе, связанные с разными масштабами деятельности человека, создают неоднородность почвенного покрова. Техногенно-измененные ландшафты представляют собой особую систему с внутренними и внешними связями, которая может значительно отличаться от природных аналогов, и эта их особенность требует отдельного рассмотрения.

Зональные различия скоростей почвообразовательных процессов между черноземами и дерново-подзолистыми почвами

Рассмотрим различия в скоростях протекания почвообразовательных процессов в дерново-подзолистых почвах и черноземах в условиях влияния сельскохозяйственного производства и горнодобывающей промышленности на примере следующих процессов: гумусообразование, лессиваж, оглеение.

Гумусообразование — процесс преобразования органических остатков в почвенный гумус и его перемешивания с минеральной частью почвы с формированием собственно органических, органоминеральных соединений и глинисто-гумусовых комплексов.

Скорость и характер гумусообразования зависят от ряда факторов, среди которых существенны: количество и характер поступления растительных остатков, их химический состав, режим влажности и аэрации, реакция среды и окислительно-восстановительные условия, интенсивность микробиологической деятельности и состав микроорганизмов, а также гранулометрический, минералогический и химический состав минеральной части. Наиболее интенсивно выражен процесс гумусообразования в черноземах, где комбинация «породы-климат-растительность» является наиболее благоприятной для преобразования органических остатков в гумус.

Лессиваж — процесс механического передвижения тонких минеральных частиц из верхней части почвенного профиля и их аккумуляции на некоторой глубине в виде локальных или сплошных образований (натеков, кутан) на поверхности педов, обломках пород, на стенках пустот. Таким образом, ЭПП лессиважа имеет две составляющие: вынос илистых суспензий и аккумуляцию из них тонких частиц.

Реализация лессиважа возможна в широком диапазоне географических условий, и его проявления диагностируются в той или иной степени во всех гумидных почвах. Наиболее интенсивно процесс идет в почвах на рыхлых отложениях гумидных умеренно холодных и субтропических равнинных и горных территорий (Караваева и др., 1992). Лессиваж может продолжаться до тех пор, пока имеется запас тонкодисперсного материала в элювиальной части профиля или пока в илллювиальном горизонте имеется свободное поровое пространство, по которому могут передвигаться минеральные суспензии. В стабильных условиях процесс может продолжаться достаточно долго (Караваева и др., 1992). Лессиваж является одним из профилеобразующих процессов в элювиально-глеевых, подзолистых, дерново-подзолистых почвах и формирует ряд диагностических признаков в глееподзолистых, серых лесных, бурых лесных оподзоленных почвах и красноземах. Среди рассматриваемых в нашей работе почв, лессиваж протекает более интенсивно в дерново-подзолистых почвах, что обусловлено совокупностью факторов среды. В черноземах данный процесс выражен слабо.

Оглеение — почвообразовательный процесс, протекающий в анаэробных восстановительных условиях при участии микроорганизмов, наличии органического вещества и постоянном или продолжительном обводнении отдельных горизонтов или всего профиля почвы.

Процессы оглеения распространены в почвах практически всех биоклиматических поясов и ландшафтных зон. Протекание процесса определяют следующие условия:

1) химико-минералогический состав почвенной массы и увлажняющих вод (геохимическая обстановка);

2) водный режим;

3) источник переувлажнения;

4) количество и характер органического вещества, так как оглеение является, по существу, процессом биохимическим.

Наиболее широко этот процесс развит в условиях гумидного и субгумидного климата, где он может быть выражен как в почвах водораздельных поверхностей, так и пониженных элементов рельефа (тундровые глеевые, подзолисто-глеевые, торфяно-глеевые, лугово-черноземные, глеевые субтропические и тропические и др.). С увеличением аридности климата оглеение локализуется в почвах отрицательных форм рельефа и связано обычно с грунтовыми и почвенно-грунтовыми водами. Таким образом, процесс оглеения присутствует и в черноземах и в дерново-подзолистых почвах. Однако в последних он выражен более отчетливо, так как тому способствует более высокое атмосферное увлажнение в ареале этих почв.

Различия, связанные с видами воздействий

При вовлечении почвы в земледелие отмечаются следующие изменения в почвообразовательных процессах (Муха, 2004):

-       интенсификация протекания биохимических процессов;

-       усиление микробиологической и ферментативной активности;

-       активизация процессов минерализации и трансформации органического вещества почвы;

-       выветривание и трансформация илистой минеральной части почвы.

Усиление вышеперечисленных процессов может приводить к так называемому «парадоксу естественно-антропогенного почвообразования», который В. Д. Муха объясняет следующим образом (Муха, 2004). Происходит резкое увеличение интенсивности процессов биогеохимического цикла, как бы изменяется ритм почвообразования - он ускоряется. Требуется постоянное поступление значительных количеств энергетического материала - свежего органического вещества и богатых в химическом отношении минералов. Отсутствие такого поступления или недостаток энергетического материала компенсируется мобилизацией всех имеющихся резервов, что приводит к истощению почв, к снижению их плодородия в любой природной зоне. Зональные особенности в данном случае проявляются лишь в интенсивности развития этого процесса и уровне снижения плодородия почвы.

Относительно влияния горнодобывающей промышленности на почвообразовательные процессы отмечается ряд специфических особенностей, связанных с высокой агрессивностью кислых растворов. Во всех почвах происходят процессы уплотнения и усадки, обуглероживания органических остатков, гумусовые соединения приобретают большую подвижность (потечность гумуса). В дерново-подзолистых почвах усиливаются процессы, свойственные данной зоне: элювиально-иллювиальный, подкисление, ожелезнение. В оподзоленных и выщелоченных черноземах происходит два типа преобразования почв: подкисление, активное выщелачивание карбонатов в почве и огипсование, засоление почвы.

Различия природных и техногенно-измененных почв

Прямые данные о сравнении скорости почвообразовательных процессов в природных и измененных почвах немногочисленны. Наиболее достоверными можно считать сведения о развитии почвенных признаков в насыпных субстратах, время отсыпки которых известно. Однако они слабо сопоставимы со скоростями процессов в природных почвах по многим причинам: различиях в сложении и гранулометрическом составе, в «ноль-моментах», биоценозах и т.д.

В большинстве своем данные приведены в приблизительном виде, точные датировки отсутствуют, что не позволяет делать сравнительные оценки конкретного характера. Кроме того, при исследовательских работах невозможно найти участки сравнения с абсолютно идентичными и равными условиями, что не может дать сравнению математическую точность. Тем не менее, предлагается оценить хотя бы относительную скорость почвообразовательных процессов в природных и техногенно-измененных почвах, так как подобная оценка способна дать общие представления о почвообразовании.

Совокупность «новых» факторов почвообразования определяет более высокие темпы почвообразовательных процессов в антропогенно-измененных почвах, чем в их естественных аналогах (Герасимова и др., 2003). Данный факт находит свое отражение при анализе исследований воздействия горнодобывающей промышленности на почвы – в дерново-подзолистых почвах и черноземах происходит усиление процесса лессиважа, что обусловлено не только большим увлажнением почв вблизи отвалов, но и поступлением в почву в больших количествах кислых соединений в сравнении с природными аналогами. При распашке почв также наблюдается интенсификация данного процесса, что вызывается внесением в пахотные почвы гидролитически кислых удобрений.

Непосредственная интенсификация процесса оглеения также имеет место в наблюдаемых почвах при распашке, что является довольно известной проблемой при использовании почв в качестве пахотных угодий. При воздействии горнодобывающей промышленности, данный процесс не претерпевает сильных изменений (если не считать, что локальное уплотнение ему способствует).

Темпы гумусообразования в целом при распашке и последующем окультуривании и дерново-подзолистых почв и черноземов активно возрастают, но тут наблюдается общая активизация биохимических процессов, которая приводит и к увеличению темпов истощения почвы. Таким образом, в пахотных почвах достигается некий «баланс» в гумусовом состоянии почвы. При воздействии горнодобывающей, как правило, происходит ухудшение качества и уменьшение содержания гумуса в почве.