Начальные процессы почвообразования в техногенных экосистемах урала
На правах рукописи
Махонина Галина Ивановна НАЧАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В ТЕХНОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ УРАЛА Специальность 03.00.27. – почвоведение
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Томск-2004 -3
Работа выполнена в Уральском государственном университете им. А.М. Горького
Официальные оппоненты: доктор биологических наук Арчегова И.Б.
доктор биологических наук, профессор Капелькина Л.П.
доктор биологических наук, профессор Дергачева М.И.
Ведущая организация: Институт экологии растений и животных Уральского Отделения РАН (Екатерин бург)
Защита состоится 2004 г. в час. на заседании диссертационного совета Д-212.267. в Томском государственном университете по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 36, Главный корпус
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета Автореферат разослан 2004 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук С.П. Кулижский -4 Актуальность темы. Прошедший век характеризовался особенно интенсивным и разнообразным воз действием на природные экосистемы. Экологические последствия таких воздействий привели к необходи мости обратить особое внимание на охрану природы и разработку специальных научно-обоснованных ме роприятий по восстановлению разрушенных ландшафтов. Особенно значительные нарушения земельных ресурсов, вплоть до полного уничтожения почв на значительных площадях, наблюдаются в районах горно добывающей промышленности, к которым относится Урал, особенно там, где преобладает карьерный спо соб добычи полезных ископаемых. Это требует разработки комплекса мер по возвращению в пригодном для использования виде земель отработанных территорий. Поэтому биологическая рекультивация таких земель является весьма актуальной проблемой. На Урале длительное время промышленные отвалы рекуль тивирующему воздействию не подвергались и на них шли процессы естественного восстановления биоце нозов и почв. Состояние биоценозов на самозарастающих отвалах дает ценную информацию о пригодности пород для биологической рекультивации, может способствовать выбору направления рекультивации и со ставлению прогнозов скорости восстановления биоценозов и почв для вновь разрабатываемых месторож дений.
Основу теоретического почвоведения составляет положение о переходе любой горной породы в поч венное тело под естественным воздействием на нее основных факторов почвообразования (ФП): климата, живых организмов, рельефа и времени. Несмотря на имеющийся огромный материал, характеризующий разные типы почв, роль времени в формировании их изучена явно недостаточно, что отмечают все иссле дователи. Имеющиеся периодизации жизни почвы (Захаров, 1931;
Герасимов, 1956;
Таргульян, 1982;
Зонн, 1987, Иенни, 1948;
и др.) не подкреплены четкими количественными критериями из-за сложности почвы как природного объекта и недостатка фактических материалов. Необходимость дальнейшей разработки этой проблемы на фактологической основе другого уровня, очевидна.
Разновозрастные самозарастающие промышленные отвалы являются очень удобными объектами для изучения динамики формирования современных биогеоценозов, а также первоначального периода развития (онтогенеза) почв. Почвы на датированных отвалах горных пород, разных элементов рельефа, возраста, ти пов растительности и нахождения их в разных климатических условиях позволяют вычленить влияние ка ждого ФП при близости других (правило монофакторности), что очень редко можно найти в природных условиях. Такой подход может служить основой для развития учения об экологии почв как самостоятель ного раздела почвоведения в понимании И.А. Соколова (1993).
Добыча полезных ископаемых на Урале началась очень давно и поэтому исследования почв на отва лах разновозрастных древних рудников, используя хроноряды почв от настоящего времени до нескольких тысячелетий назад, позволит выявлять скорость восстановления почвенного покрова и закономерности его развития в техногенных экосистемах. В этом контексте познание первоначальных процессов формирования и развития (онтогенеза) почв на нарушенных землях может рассматриваться как самостоятельное направ ление в почвоведении, разрабатывающее проблему становления и эволюции почв.
Цель работы. Разработать и обосновать концепцию первичного почвообразования и развития (онто генеза) почв на породах разного состава в техногенных экосистемах основных природных зон Урала и оце нить их пригодность для биологической рекультивации.
Задачи исследований. Изучить основные свойства пород техногенных экосистем Урала, выявить за висимость характеристик почв от их химического состава и оценить их пригодность для биологической ре культивации.
Определить макро- и микроэлементный состав травянистых растений естественно восстанавливаю щихся биогеоценозов на отвалах разных месторождений и провести их экологическую экспертизу.
Исследовать состав и свойства формирующихся почв разного возраста и выявить динамику началь ных процессов почвообразования с учетом состояния растительного покрова на разных почвообразующих породах в лесной, лесостепной и степной зонах Урала.
Обосновать концептуальную модель первоначального формирования и развития почв на породах разного химического состава в техногенных экосистемах основных природных зон Урала.
Объекты исследований: почвы, формирующиеся на естественно зарастающих разновозрастных от валах разного химического состава 70 месторождений, расположенных в таежной, лесостепной и степной зонах Урала.
Научная новизна. Впервые на основе единых методических и методологических подходов дан де тальный анализ педогенеза в течение первых 200 лет на разных по составу породах в техногенных экоси стемах лесных, лесостепных и степных условий Урала.
Впервые на примере Урала показана обогащенность пород в отвалах 70 разных месторождений до бываемыми макро- и микроэлементами и их геохимическими спутниками, приводящая к значительному -5 (выше ПДК) накоплению таких элементов в травянистых растениях, что необходимо учитывать при со ставлении рекомендации для выбора способов биологической рекультивации и использования раститель ной продукции.
Впервые выявлены закономерности начального развития горизонтов в почвах, формирующихся на разных почвообразующих породах в условиях таежной, лесостепной и степной зонах Урала.
Для количественного вычленения влияния времени почвообразования на развитие почв в онтогенезе впервые использован коэффициент дифференциации (Кд).
Установлено, что в первые 200 лет формирования почвенного профиля в техногенных экосистемах почвы проходят стадию внутреннего развития (эмбриогенеза), когда легко фиксируемые аналитическими методами незначительные количественные изменения еще не перешли в качественные, заметные в морфо логическом облике почв (кроме горизонта Ао и небольшой мощности горизонта А).
Выявлено, что характер изменений в профиле почв соответствует зональной направленности почво образования, а начальные стадии онтогенеза для ныне экспонированных моногенетичных зрелых зональ ных типов почв на соответствующих породах были подобными.
Показано, что формирующиеся почвы (эмбриоземы) отличаются от фоновых не только меньшими запасами гумуса, но и менее «зрелыми» в химическом отношении (менее конденсированными) по сравне нию с фоновыми гуминовыми кислотами, что свидетельствует о существовании периода развития в систе ме гумусовых веществ.
Выявлено, что даже при одинаковой мощности подстилок в развивающихся и фоновых почвах, золь ный состав подстилок в первых отличается меньшим содержанием биофильных элементов, что также мо жет свидетельствовать о незаконченности периода развития в формировании важнейшего органогенного горизонта к 200 годам.
Впервые показана динамика формирования в онтогенезе частных почвенных профилей: гумусового, щелочно-кислотного, текстурного и др., а также обоснована возможность применения их при исследовании более старых почв (на поверхностях археологических памятников возрастом от 400 до 5000 лет).
Вклад автора. Автору принадлежат постановка проблемы, идея использования самозарастающих разновозрастных отвалов для изучения периода развития (онтогенеза) почв на разных породах и в разных климатических условиях Урала, обоснование необходимости макро- и микроэлементной оценки состава горных пород в отвалах и в растениях с целью проведения биологической рекультивации, разработка про грамм исследований, обобщение полученных материалов и обоснование выводов, а также разработка и обоснование концепции первоначального формирования и развития почв в техногенных экосистемах.
Защищаемые положения. 1. Процессы превращения пород отвалов в почвенное тело в течение пер вых 200 лет почвообразования фиксируются в основном аналитическими методами, поскольку время фор мирования педогенных признаков меньше, чем характерное время (ХВ) образования почвенных горизон тов.
2. Соотношения элементов в горизонтах вымывания и вмывания, определяемые по коэффициентам дифференциации (Кд), позволяют решать проблемы, связанные с дифференциацией почвенного профиля на генетические горизонты, фиксировать стадии развития почв во времени и степень приближения их к тако вым у зрелых почв.
3. Почвы на отвалах разных месторождений, отличаясь повышенным содержанием добываемых хи мических элементов и их геохимических спутников, существенно влияют на химический состав растений, накапливаясь в них выше ПДК, вследствие чего на этих почвах следует выращивать растения, не идущие в пищу домашним животным и человеку, то есть технические культуры.
Теоретическая и практическая значимость работы. Концептуальная модель первоначального формирования и развития (онтогенеза) почв на нарушенных землях развивает представление о начальных стадиях постлитогенного почвообразования и вносит существенный вклад в проблему становления и эво люции почв.
Полученные материалы и выводы могут быть использованы при разработке рекомендаций для про ведения биологической рекультивации отвалов разных типов месторождений, а также будут способство вать составлению прогнозов поведения отработанных территорий с целью планирования и освоения место рождений.
Теоретические и практические разработки автора могут использоваться при чтении лекций по гене зису, эволюции, охране и рекультивации почв в Вузах соответствующего профиля.
Публикации и апробация работы. По теме исследования опубликовано 82 работы, из них 4 моно графии, в том числе – одна коллективная. Результаты исследований докладывались на Всесоюзных (Все российских) и Международных конференциях и симпозиумах, посвященных проблемам освоения и ре -6 культивации нарушенных земель, охраны окружающей среды, антропогенного почвообразования, в том числе: Бургас, Солнечный берег, 1983;
Уфа, 1973;
Новосибирск, 1974;
Донецк, 1975;
Свердловск, 1975;
Тарту, 1975;
Москва, 1976;
Свердловск, 1976;
Киев, 1976;
Москва, 1977;
Москва, 1978;
Новосибирск, 1979;
Кемерово, 1982;
Москва, 1982;
Свердловск, 1983;
Новосибирск, 1985;
Якутск, 1986;
Москва, 1987;
Сверд ловск, 1988;
Новосибирск, 1989;
СЭВ, Конин (Польша), 1989;
Братислава, 1989;
Донецк, 1990;
Киев, 1990;
Днепропетровск, 1990;
Казань, 1991;
Москва, 1997;
Екатеринбург, 1993, 1996, 1998, 2000, 2001, 2002, 2003.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литера туры. Она изложена на страницах машинописного текста, содержит таблиц, рисунков, список лите ратуры из названий, в том числе иностранных авторов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Основными объектами исследований были почвы, формирующиеся на разновозрастных (0-200 лет) естественно зарастающих промышленных отвалах, образованных при добыче 70 полезных ископаемых карьерным способом. Всего в таежной, лесостепной и степной зонах Урала были обследованы 27 месторо ждений железа, 5 – никеля, 7 – меди, 5 – золота, 2 – асбеста, 2 – талька, 2 – известняков, 4 – огнеупорных глин, 6 – песков, 10 – угля. По своим параметрам отвалы представляют собой аккумулятивные формы мезо и макрорельефа (высота от 1-2 до 120 м, площадь от 1 до 1000 га), подобные таковым в предгорно холмистых провинциях Урала. Сходство дополняет очень сильная каменистость пород в отвалах (20-90%).
Методологический подход при изучении динамики развития почвенных профилей заключался в со ставлении хронорядов почв, формирующихся на разных почвообразующих породах и анализе их морфоло гических и аналитических характеристик, используя принцип монофакторности. Для вычленения роли времени был использован коэффициент дифференциации (КД), представляющий собой отношение содер жания того или иного показателя (элемента, соединения) в горизонте накопления или вымывания к таково му в почвообразующей породе или к горизонту вмывания. Изучение физико-химических свойств почв, гра нулометрического, и валового составов, качественного состава гумуса проводилось с использованием об щепринятых в почвоведении методов. Материалы статистически обработаны (Дмитриев, 1990).
2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЙОНОВ РАБОТ В главе описываются основные характеристики климата, растительности и почв в районах работ, со ставленные на основе специальных монографических источников.
3. СВОЙСТВА ПОРОД В ОТВАЛАХ И ИХ ПРИГОДНОСТЬ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ Согласно ГОСТу 17.5.1.03-86 «Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель» к особо важным свойствам пород отнесены: величина рН водной вытяжки, засо ленность, емкость поглощения, содержание обменного натрия, гранулометрический состав. Однако для полной оценки своеобразия формирующихся почв новых экотопов показателей ГОСТа недостаточно, так как в отвалах, как и самих месторождениях, повышено содержание добываемых элементов и их геохимиче ских спутников. Поэтому дополнительно определялся валовой, а также макро- и микроэлементный состав мелкозема пород в отвалах. На основе сравнительного анализа валового состава пород в отвалах и среднего состава рыхлых осадочных пород, изучаемые породы были объединены в группы: обогащенные железом, магнием, кальцием, углем, кремнием, алюминием, нормальные (по своему макросоставу наиболее близкие к среднему составу рыхлых осадочных пород), и породы с повышенным содержанием сульфатной и суль фидной серы. Эти особенности пород учитывались при изучении начальных процессов почвообразования.
Известно, что вокруг рудного поля существуют ореолы рассеяния, иногда столь существенные, что по ним можно обнаружить само месторождение. В почвах и растениях над неразработанными месторожде ниями, залегающими относительно неглубоко от земной поверхности, повышено содержание микроэле ментов до такого уровня, что это вызывает заболевания у растений, животных и человека, в связи с чем проводится биогеохимическое районирование территорий, выявляются эндемические заболевания (Коваль ский, 1974;
Малюга, 1963). По существующей технологии ведения вскрышных работ породы, на разраба тываемых месторождениях, наиболее близко расположенные к добываемому элементу и его геохимиче ским спутникам, будут находиться на поверхности отвалов. Это отражается на химическом составе произ растающих на них растений. Определение основных макроэлементов (N, P, K, Na, Ca, Mg, Fe) и 11 микро элементов (Co, Ni, Mn, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mo, B, Pb) в 103 видах травянистых растений и сравнение их со става со средним содержанием в растениях и с ПДК показало, что в растениях в повышенных количествах находятся добываемые элементы и их геохимические спутники. Превышение над средними значениями или ПДК достигает 2-380 раз (табл. 1).
-7 Таблица 1. Среднее содержание некоторых микроэлементов в растениях на отвалах разных месторо ждений (Махонина, 1987).
Элемент ПДК/норма Месторождения Fe Ni Mg Al C Si Cu мг/кг сухого вещества Кобальт 1 30 50 74 7 6 41 Не опр Хром 5 52 72 38 8 39 110-3 % в золе растений Не опр Ванадий 5 508 280 13 13 15 Не опр Никель 1 243 380 345 8 129 Следовательно, химический состав травянистых растений четко отражает особенности химизма по род в отвалах и свидетельствует об экологической опасности использования таких растений в пищу до машним животным и человеку. Рационально на таких отвалах выращивать технические культуры. В связи с этим необходимо дополнить существующий ГОСТ 17.5.1.03-86 еще одним показателем, оценивающим на каждом месторождении качество растительной продукции, используя известные санитарно-гигиенические нормы (Махонина, 1987). В главе приведены также средние величины кларков концентраций: КК1 – по от ношению к среднему содержанию микроэлементов в осадочных породах и КК2 – по отношению к средне му содержанию элементов в наземных растениях.
4. ПОЧВЫ И ВРЕМЯ В главе описываются современные представления о роли времени в развитии почвенного профиля.
Все исследователи согласно утверждают о недостаточной изученности этого фактора. Существующие пе риодизации жизни почвы недостаточно подкреплены фактическими материалами. Особенно слабо изучен период первоначального развития почв.
В последнее время интерес к проблеме «почвы и время» возрос в практическом плане, в связи со зна чительными потерями почвенного покрова при разработке полезных ископаемых карьерным способом. Ис следования формирующегося почвенного покрова при естественном зарастании отвалов ограничены пре имущественно 20-30 годами почвообразования, что явно не охватывает весь период развития почв. В рабо тах (Таранов, Комиссаров, 1974;
Махонина, 1976;
Фаткулин, 1980;
Таранов и др., 1984;
Етеревская, 1989;
Гаджиев и др., 1992;
Козыбаева, 1994;
и др.) указывается на довольно быстрые изменения, происходящие в формирующихся почвах, хотя они еще незначительны, и почвы по своим свойствам далеки от зрелых фо новых. По мнению А.Н. Геннадиева (1990), необходимо продолжать эти исследования, так как «темп раз работки теоретических вопросов эволюции почв заметно превосходит приток новых фактических данных, и при сохранении такого положения может возникнуть ситуация отрыва концептуальных построений от эмпирической основы».
5. ФОРМИРОВАНИЕ ФИТОЦЕНОЗОВ Формирование фитоценозов на отвалах при естественном зарастании идет по типу первичных сук цессий. В них выделяют несколько сингенетических стадий: пионерная группировка (одновидовая или смешанная), простая группировка (одновидовая или смешанная) и сложная – предшествующая появлению закрытого фитоценоза. Длительность существования каждой стадии зависит от окружения отвалов, физи ческих и химических свойств пород, климатических условий. Нормальный ход сингенетических сукцессий часто нарушается, так как на отвалы вывозят бытовой мусор, прокладывают дороги, складируют техниче ский лом, что влияет на состояние растительного покрова. На двухсотлетних отвалах, которые не исполь зовались человеком, в таежно-лесной зоне сформировались практически закрытые фитоценозы (Махонина, Чибрик, 1978;
Махонина и др., 1982;
и др.). Динамика формирования фитоценозов в техногенных экоси стемах Урала обобщена в работе Т.С. Чибрик и Ю.А. Елькина (1991).
6. ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ НА САМОЗАРАСТАЮЩИХ ОТВАЛАХ При изучении начальных стадий почвообразования прослеживалась динамика формирования разных свойств почв в пределах 200 лет. В настоящей главе дается анализ полученных результатов.
6.1. Морфология почв. Известно, что во внешнем облике почвенного профиля (морфологии) отра жаются физические и химические изменения, которые претерпевает любая горная порода в процессе поч вообразования. Описание морфологического облика почв на ранних стадиях почвообразования позволяет выявить возникновение, проявление и развитие почвенных горизонтов, т.е. наблюдать начало процесса обособления почвенного тела от материнской породы.
В лесной, лесостепной и степной зонах первым почвенным горизонтом, который сразу становится заметным, является лесная подстилка или степной войлок. Их формирование тесно связано с характером -8 распределения растений. В начале формирования фитоценозов в зависимости от стадии их развития рас пределение растений на отвалах является неравномерным и изменяется от рассеянного, через рассеянно групповое до равномерного (диффузного). На отвалах до 10-летнего возраста на стадии простой и смешан ной пионерной группировки растений опад небольшой и представлен надземными органами бурьянистых растений. Покрытие почвы такой подстилкой может рассматриваться как фрагментарное (20% по Сапож никову, 1984). В простых смешанных группировках (10–20 лет) мощность рыхлого слоя опада может дос тигать 2 см. В сложных растительных группировках лесных фитоценозов (старше 20 лет) слой опада уве личивается до 2,5 см, а распределение его можно характеризовать как очаговое (51–70%). При близком стоянии отдельных групп растений подстилки начинают покрывать большие площади (покрытие прерыви стое, 90%). И только на старых отвалах (100–200 лет) с почти сформированным фитоценозом, подстилка образует практически самостоятельный горизонт мощностью от 3 до 7 см (покрытие сплошное, 90%, пре рываемое лишь на выходах больших валунов). Мощность подстилки зависит от распределения растений, густоты стояния, перемещениями по элементам микрорельефа.
Морфологическое строение подгоризонтов подстилок в целом аналогично таковому зональных био ценозов. У наиболее молодых почв (до 10 лет) подгоризонты не выделяются. С увеличением возраста почв до 15–20 лет в подстилке выделяется два подгоризонта: АО1 – опад предыдущего года и АО2 – более раз ложившийся опад. Подгоризонт АО3 иногда можно выделить у почв 50 – 60 лет и старше. У 100 – 200 летних почв подгоризонт АО3 постепенно переходит в гумусовый горизонт А, поэтому его можно выде лить как АО3А.
В соответствии с поступлением и распределением надземного и подземного опада идет образование гумусового горизонта, который придает почвам темную окраску. На самых ранних стадиях почвообразова ния при незначительном содержании гумуса выделить по цвету и определить мощность гумусового гори зонта затруднительно, вследствие того, что: в составе гумуса преобладают фульвокислоты;
гуминовые ки слоты у молодых почв светлее, чем у фоновых;
окраска почвообразующих пород, как правило, перекрывает небольшие потемнения, связанные с накоплением гумусовых веществ, и они практически незаметны. По этому только в самой верхней части профиля морфологически выделяется гумусовый горизонт А. Переход его в следующий обычно резкий, граница перехода ровная. Мощность его зависит от возраста почв. У 0–10 летних почв горизонт А имеет минимальную мощность (1–3 мм), к 10–20 годам она достигает 0,5–1,5 см, а степень его потемнения зависит от цвета почвообразующих пород. На 20–50-летних отвалах горизонт А увеличивается до 2 см. В лесных биоценозах над ним уже сформирован слой подстилки до 2–3 см. На отва лах 80–200 лет мощность горизонта А колеблется в пределах 2–6 см. Под горизонтом А формируется пере ходный гумусовый горизонт В, но идентифицируется он только при послойном химическом анализе проб на содержание гумуса. Мощность этого горизонта обычно соответствует слою максимального скопления корней (до 20 см).
На ранних стадиях почвообразования структура почв выражена слабо и у почв 0–10 лет она практи чески отсутствует, у 10–20-летних почв – непрочно мелкокомковатая или пылеватая в гумусовом горизон те, у 20–50-летних – непрочная мелкокомковатая или комковатая. У почв старше 50 лет структура обычно комковатая, непрочная. Ее образованию мешает небольшое содержание гумуса, глинистых частиц и силь ная каменистость пород. По сложению молодые почвы могут быть отнесены к типу «рыхлого каменистого сложения», при котором почва состоит из обломков камней, не связанных между собой, составляющих бо лее половины почвенной массы и пересыпанных мелкоземом (Розанов, 1983). В качестве включений в поч вах отвалов встречаются остатки техногенной деятельности человека (проволока, куски тросов, цемента, бытовой мусор и др.). Новообразования на начальных стадиях выделить очень трудно. Распределение кор невых систем по почвенному профилю зависит от стадии формирования фитоценоза, основная масса их со средоточена в верхнем 20 см слое, а в почвах наибольшего абсолютного возраста корни единично встреча ются на глубине 80–90 см.
Таким образом, профиль почв, имеющих возраст от 0 до 200 лет, выражен слабо. В соответствии с периодизацией жизни почвы по С.А. Захарову (1931), основанной на образовании и развитии гумусовых горизонтов, изученные нами почвы находятся на первой стадии развития. По Б.Г. Розанову (1983) почвы с таким строением профиля относятся к группе простых, к типу примитивных. По В.О. Таргульяну (1982) почвы возраста до 20 лет находятся на предпочвенной стадии (когда биота уже есть, но почвенный про филь не обособился), после 20 лет – стадии первичных и юных почв, развивающихся под первичными сук цессиями биоты (что соответствует началу обособления почвенных горизонтов и началу роста почвы вглубь). В зарубежных классификациях такие почвы называют литосолями или регосолями.
6.2. Физические свойства почв. Основу любой почвы составляет ее твердая фаза, имеющая опреде ленные физические свойства, наследуемые от почвообразующей породы. Особенностью пород в отвалах -9 ряда месторождений (железорудных, никелевых, медных и др.) является повышенное содержание железа, что приводит к увеличению плотности твердой фазы до 2,8–3,5 г/см3. В породах нерудных месторождений и вскрышных четвертичных плотность твердой фазы почвы соответствует таковой в фоновых почвах (2,4– 2,8 г/см3). С увеличением времени почвообразования в почвенном профиле постепенно уменьшается плот ность твердой фазы, особенно в верхних 7–10 см, т.е. там, где в большей мере накапливается органическое вещество. Так, в 200-летней почве Сысертского железорудного месторождения изменение плотности твер дой фазы по профилю с глубины 8–10 см до 50–60 см происходит следующим образом: 2,40 – 2,87 – 2,97 – 3,02 – 3,00 – 3,03 г/см3. В целом плотность твердой фазы почвы на начальных стадиях почвообразования в первую очередь зависит от содержания гумуса. Аналогичные зависимости наблюдаются и для плотности скелетной части почвы (объемного веса).
Таким образом, формирование почвенного профиля на ранних стадиях почвообразования сопровож дается закономерными профильными изменениями удельного и объемного весов почв.
Особенностью практически всех пород в отвалах является их очень сильная каменистость (20–90%), которая обусловлена присутствием обломков горных пород разных размеров: от частиц более 3 мм до 1,5– м в диаметре. Неравномерное перемешивание каменистых и мелкоземных пород при складировании в от валы приводит к дифференциации верхних слоев по степени каменистости, что создает определенную пе строту экологических условий. Как выявлено, в лесной зоне травянистые растения чаще всего закрепляют ся на участках с меньшей каменистостью, а древесные – с большей.
На основе анализа материалов по гранулометрическому составу мелкозема разновозрастных почв, формирующихся на отвалах разных месторождений в подзоне южной тайги, было выделено четыре типа в профильном распределении физической глины: 1 тип - с постепенным снижением фракции физической глины от верхнего горизонта к нижнему, 2 тип – с постепенным увеличением, 3 тип – с S-образным распре делением с минимумом в середине профиля, 4 тип – с максимумом содержания физической глины в сере дине профиля (табл. 1).
Таблица 2. Процентное соотношение разных типов профильного распределения физической глины в разновозраст ных группах почв южной тайги Гранулометрический Возраст Типы распределения состав почв, лет 1 2 3 Супеси 0–50 13,0 6,7 20,0 26, 50–150 0,0 0,0 26,8 6, Легкие суглинки 0–50 11,1 0,0 14,8 7, 50–150 11,1 14,8 37,0 3, Средние суглинки 0–50 8,3 0,0 8,3 16, 50–150 0,0 8,3 50,2 8, Тяжелые суглинки 0–50 0,0 16,6 8,3 0, 50–100 16,6 16,6 33,6 8, Была проведена оценка соотношения разных типов распределения фракций во времени (0-50 и 50- лет) на разных по гранулометрическому составу породах в процентах от общего числа почвенных профи лей в пределах одной классификационной единицы гранулометрического состава. Найдено, что доля почв с наиболее простым первым типом распределения со временем уменьшается, а остальных типов – возраста ют, что свидетельствует об энергичных процессах перемещения физической глины. Особенно выделяется третий тип (S-образное распределение), который характерен и для зрелых почв в таежной зоне.
Примеры этого типа распределения у разновозрастных почв приведены на рис. - 10 Глубина, см Б А Рис. 1.Изменение во времени профильного распределения фракций физической глины (А) и ила (Б) разновоз растных почв С увеличением времени почвообразования процессы перемещения тонких частиц вглубь профиля усиливаются, и минимум содержания тонких фракций фиксируется во времени в более глубоких слоях. В почве возраста 15 лет минимальное содержание физической глины находится на глубине 5 см, 50 – 7 см, 100 – 10 см. В лесостепной зоне наблюдаются аналогичные изменения во времени в профилях почв по гра нулометрическому составу, но элювиальный горизонт у почв со сходным возрастом и гранулометрическим составом залегает выше, что можно объяснить разной интенсивностью промывания почв в таежной и лесо степной зонах. В условиях степной зоны профильные изменения в содержании физической глины незначи тельны. По В.О. Таргульяну, И.А. Соколову (1978) ХВ дифференциации профиля почв по илу составляет тысячи и десятки тысяч лет. В техногенных экосистемах она проявляется уже на ранних стадиях почвооб разования.
6.3. Гумусное состояние почв. Особенности складирования, физических и химических свойств по род, отсутствие полностью ровных территорий, связанное с движением и работой машин и влияющее на сложный рисунок микро- и нанорельефа, а также неравномерность распределения семенных зачатков, за висящая от окружения отвалов, их высоты, направления ветров, возможности закрепления семян, опреде ляют мозаичность почвенного покрова уже на начальных стадиях формирования биоценозов и почв на от валах. В дальнейшем на формирование почвенного покрова также влияют пестрота видового состава рас тений, их биомасса, стадии сингенетических сукцессий.
Гумусонакопление. Для изучения особенностей гумусонакопления закладывалсь разрезы почв под отдельными группировками растений, на разных по составу и возрасту отвалах, а также элементах микро рельефа.
Полученные результаты показали существование тесных взаимосвязей между указанными фактора ми. Так, выявляется более высокое накопление гумуса за один и тот же временной отрезок на участках, за нятых высшими растениями в сравнении с «голыми», т.е. без высших растений, хотя и на «голых» участках за счет деятельности низших форм растений идет постепенное увеличение содержания гумуса. Из древес ных видов (сосна, береза) гумуса больше накапливается под березой (в слое 0-2 см – 2,58%С) в сравнении с соснами (1,29%С) на 10-летней почве Естюнинского железорудного месторождения. Под травянистыми растениями гумуса больше накапливается под злаками (0,67 – 0,48 – 0,23%С по слоям 0-2, 2-7 и 7-20 см) и меньше всего под разнотравьем (0,50 – 0,33 – 0,18%С). Под бобовыми содержание гумуса (0,50 – 0,33 – 0,18%С) имеет промежуточное значение. Однако, если группировки не моновидовые, то гумуса больше на капливается под злаково-бобовыми, чем под злаково-разнотравными. Например, на 24-летней почве Баже новского месторождения асбеста под злаково-бобовой группировкой содержание гумуса по слоям 0-2, 2-7, 7-20 см составило: 2,9 – 1,9 – 0,7%С, а под злаково-разнотравной соответственно тем же слоям —1,9 – 1, – 0,2%С.
Микропонижения зарастают в первую очередь, что связано с большей влажностью таких мест, боль шим содержанием мелкозема и лучшей задержкой в них семенных зачатков. Соответственно наибольшее количество гумуса, при прочих равных условиях, накапливается в микропонижениях, а наименьшее – на вершинах повышений. Так, например, в 10-летних почвах, формирующихся под бобово-злаковыми группи ровками на Естюнинском месторождении железа, в понижениях содержание гумуса в слое 0-20 см нахо дится в пределах 0,59 ± 0,07%С, на ровных участках – 0,39 ± 0,04%С. Различия в гумусонакоплении на раз ных элементах рельефа сохраняются и у почв большего возраста. Например, в 80–100-летних почвах со держание гумуса в микропонижениях составляет 1,13%С, на повышениях – 0,39%С. Влияет на гумусонако - 11 ление также гранулометрический состав почв. Как и в полноразвитых почвах, наибольшее количество гу муса наблюдается на тяжелосуглинистых почвах и наименьшее – на супесчаных (рис.2).
С увеличением времени почвообразования содержание гумуса в молодых почвах в целом растет, хотя и не совсем пропорционально времени (рис. 3).
1, % углерода 0, 0, 0, 0, 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Возраст почв, лет Рис. 3. Содержание углерода в слое 0-20 см разновозрастных почв Накопление гумуса на ранних стадиях почвообразования в значительной степени зависит от сингене тических стадий формирования фитоценоза, поэтому протекает ступенчато. Для выяснения влияния клима тических условий был выбран ряд одновозрастных почв на отвалах железорудных месторождений, распо ложенных в лесной и степной зонах, породы которых близки по валовому составу, величине рН, грануло метрическому составу (Махонина, 2002).
Результаты показывают (табл. 3), что лучшие условия для гумусонакопления приурочены к степной зоне, что согласуется с особенностями содержания гумуса в почвах зонально-генетического ряда.
Таблица 3. Среднее содержание органического углерода в слое 0-20 см молодых почв разных природных зон, % Возраст почв, лет Зона, подзона 0-5 5-10 10-20 20-30 40- Лесная средняя тайга 0,1±0,02 0,12±0,02 0,28±0,03 0,40±0,03 0,52±0, южная тайга 0,23±0,04 0,29±0,03 0,32±0,02 0,50±0,05 – Степная 0,30±0,06 0,36±0,06 0,57±0,03 0,72±0,07 – Запасы гумуса (в т/га) даже у 80-200-летних почв по сравнению с фоновыми меньше в 2-4 раза. Ско рость гумусонакопления (т/га/год) с увеличением времени почвообразования уменьшается от 0,3-0, т/га/год у 5-летних почв до 0,17-0,2 т/га/год у 100-200-летних. Если принять, что средняя скорость гумусо - 12 накопления у 100-200-летних почв в будущем существенно не уменьшится, можно определить ХВ, необхо димое для восстановления на промышленных отвалах запаса гумуса, соответствующего зональному. В та ежной зоне ХВ колеблется в пределах 380-880 лет, в лесостепи – 750-1480 лет. Полученное ХВ накопления гумуса в целом согласуется с данными ряда авторов, использовавших другие методы (Ковда, 1973).
Профильное распределение гумуса. На начальных стадиях почвообразования кривые распределения гумуса соответствуют регрессивно-аккумулятивному подтипу по Б.Г. Розанову или грубогумусному – по Л.Н. Александровой (рис. 4). Из рисунка видно, что с увеличением возраста почв до 200 лет характер рас пределения сохраняется, а кривые распределения как бы погружаются вглубь профиля. Иначе говоря, гу мусовый горизонт растет сверху вниз. Наибольший прирост гумуса и изменение в распределении наблю даются в верхних 20-30 см, глубже они происходят значительно медленнее.
В общем, на начальных стадиях почвообразования содержание гумуса зависит от видового состава растений, элементов микрорельефа, свойств почвообразующих пород, климатических условий, стадии раз вития фитоценоза, времени почвообразования (Махонина, 1990).
С, % Глубина, см Рис. 4. Профильное распределение органического углерода разновозрастных легкосуглинистых почв под хвойными породами в подзоне южной тайги Обозначения: - 20-30 лет;
- 30-40 лет;
- 70-80 лет;
- 100 лет;
- 200 лет Групповой состав гумуса. Те же зависимости, обнаруживаются и при изучении группового и фракци онного состава гумуса молодых почв. Так, например, на соотношения между ГК и ФК влияет видовой со став растительных группировок. Практически для всех почв можно составить ряд, в котором содержание ГК по отношению к ФК в гумусовом горизонте А возрастает в ряду: сосняки злаковые разнотравные бобовые. При прочих сходных условиях увеличивается содержание ГК в почвах микропонижений в срав нении с повышенными и ровными участками.
Долевые соотношения между ГК и ФК в гумусовом горизонте представлены на рис. 5 в координатах общего содержания Сгк и Сфк в % от общего углерода, из которого видно, что соотношение Сгк и Сфк на от валах разных пород различно, состав гумуса в молодых почвах изменчив, что свидетельствует о его не сформированности, хотя в них уже проявляются зональные особенности соотношения между ГК и ФК (Махонина, 1992).
Влияние состава почвообразующих пород проявляется в большем накоплении ГК на карбонатных по родах, чем на магнезиальных и песчаных (Махонина, 1974).
- 13 Подзона средней тайги Подзона южной тайги Лесостепная зона Степная зона 90 80 70 60 50 ФК,% ФК,% ФК,% ФК,% 40 40 30 30 20 10 0 20 40 0 20 40 0 20 40 ГК,% 0 20 ГК,% ГК,% ГК,% Веселовское буроугольное Естюнинское железорудное Аккерманов- ское железо- рудное Магнитогор Богословское буроугольное ское железо Басьяновское песчаное рудное Кумертаус- ское буро- угольное Самское железорудное Баженовское асбестовое Рис. 5. Соотношение ГК/ФК разновозрастных почв в гумусовом горизонте А на отвалах разных месторождений (ГК и ФК, % к общему углероду) -3 Сравнение внутрипрофильного распределения ГК и ФК в разных почвенно-климатических зонах под разными растительными группировками и на разных почвообразующих породах показало, что в пределах первых 30–40 лет в почвах лесной и лесостепной зон преобладают ФК по всему профилю. У более старых почв ( 60 лет), формирующихся под сосняками с хорошо развитым травянистым ярусом, в верхней части профиля на уровне 0–5–7 см больше ГК. Глубже их содержание уменьшается, а ФК – возрастает. Исключе ние составляют почвы на песчаных породах, у которых даже у 150-летних почв в составе гумуса преобла дают ФК. Небольшому преобладанию ГК над ФК в верхнем 2-см слое способствуют бобовые группировки.
У более молодых почв (до 30–40 лет) ГК обнаруживаются до глубины 5–20 см, у более старых – до 40– см. Практически, в таежной зоне мы наблюдаем два типа распределения ГК и ФК по профилям почв. В са мых молодых в составе гумуса преобладают ФК (первый тип) и это соответствует зональным особенностям профильного распределения этих кислот. В более старых почвах (до 200 лет) в верхней (до 20 см) части профиля наблюдается сдвиг в сторону преимущественного образования ГК, а глубже – по-прежнему ФК (второй тип).
Влияют на групповой состав гумуса и климатические условия. В степной зоне в пределах первых лет на карбонатных породах в составе гумуса преобладают ГК над ФК (1,25–2), в подзоне южной тайги эти соотношения меньше. 100-летние почвы на легкосуглинистых породах в подзонах южной тайги (Сгк:Сфк 0,46–,76) и лесостепи (Сгк:Сфк 1,67–1,89) также различны по этой характеристике, т.е. за одно и то же время под однотипными растительными группировками (сосняки разнотравные) в лесостепной зоне образуется больше ГК, чем в таежной зоне, что еще раз свидетельствует о важности климатических условий для на правления процессов гумификации.
Фракционный состав гумуса почв. На соотношение основных фракций ГК и ФК большое влияние оказывает состав почвообразующих пород. На породах бедных основаниями (песчаных, ожелезненных) нет или очень мало черных ГК, тогда как на карбонатных или магнезиальных – эта фракция преобладает. С увеличением времени почвообразования растет доля ГК «типовых молекул» (Дергачева, 1984) и проявля ются типичные зональные особенности в соотношении фракций гуминовых и фульвокислот.
Оптические плотности гуминовых кислот. По сложившимся представлениям оптические плотности ГК характеризуют особенности строения их молекул, и более молодые в химическом отношении макромо лекулы ГК оптически менее плотны, т.е. Е-величины ГК признаны хорошим диагностическим показателем строения ГК. Мы воспользовались этим показателем для характеристики разновозрастных почв на стадии онтогенеза (рис. 6). Из рисунка видно, что в целом с увеличением времени почвообразования оптические плотности ГК растут, но еще не достигают фоновых значений, т.е. в формировании структуры молекул ГК наблюдается свой период онтогенеза, не заканчивающийся в 200 годам. На Е-величины ГК (Егк) оказывают влияние состав растительных группировок (бобовые злаковые лиственные хвойные), изменение микро рельефа (понижение ровный участок повышение), климатические условия (северная тайга средняя тай га южная тайга лесостепь степь), т.е. формирование системы гумусовых веществ зависит от основных ФП (Махонина, 1989).
Оптическая плотность 1, 0, 430 500 Длина волны, нм Рис.6. Оптические плотности ГК-1 разновозрастных почв на отвалах железорудных месторождений под сосня ками разнотравными, при концентрации ГК 0,136 мг/ мл С в гумусовом горизонте А (подзона южной тайги) Фон 6.4. Азотное состояние почв. Отсыпанные в отвалы породы практически азота (N) не содержит (0,002 – 0,01%). Появление азота в почвах связано с поселением на них свободноживущих и находящихся в симбиозе с высшими растениями микроорганизмов. Определение потенциальной активности азотфикса ции, по М.М Умарову (1982), показало, что в молодых почвах идет фиксация N свободноживущими микро организмами;
уровень ее наиболее интенсивен в верхнем 0–2 см слое и резко (в 3-5 раз) уменьшается в глубь профиля. Азотфиксация идет как на участках не занятых высшими растениями, так и более интен сивно (в 4-10 раз) под ними. С возрастом активность азотфиксации возрастает в 3,7-4,8 раза, но то же время в 380 раз меньше, чем в ненарушенных почвах. В целом содержание N в молодых почвах еще не велико и -3 значительно меньше, чем в фоновых. В лесной зоне накопление N происходит, прежде всего, в подстилках, где оно практически соответствует фоновому (0,8–1,3%), а в гумусовом горизонте с колебаниями, завися щими от возраста почв (от 0,03 до 0,2%). Наилучшие условия для накопления азота создаются в лесостеп ной зоне. На север и юг от этой зоны количество этого элемента снижается в 1,5 – 2 раза. Отношение С/N, характеризующее обогащенность гумуса азотом, в сравнении с фоновыми почвами, в начале периода раз витиябольше, но уже к 100–200 годам соответствует зональным. Запасы N в молодых почвах еще невелики (1,5–17 ц/га), в 2 – 20 раз меньше, чем в почвах соответствующих зон, а скорость накопления его в почве невелика (Махонина, Тихомирова, 1990;
Махонина, 2003).
6.5. Фосфатное состояние почв. Валовое содержание фосфатов в породах отвалов колеблется в пре делах 0,01–0,25% Р2О5, что согласуется с содержанием их в основных горных породах и почвах – 0,03 0,64% Р2О5 (Войткевич и др., 1977;
Гинзбург, 1981;
Фирсова, 1977).
Количество доступных растениям форм фосфатов постепенно увеличивается во времени. Так, напри мер, в ряду 3-15-24-53-летних почв под травянистыми группировками в гумусовом горизонте А количество Р2О5 увеличивалось следующим образом: 6,3–12,5–19,0–30,6 мг/100 г почвы. Используемые растениями фосфаты после их отмирания накапливаются в верхних горизонтах, способствуя постепенному увеличению доли органических фосфатов. В возрастном ряду почв 3–7–12–18 лет на породах Магнитогорского железо рудного месторождения содержание органических форм Р2О5 постепенно увеличивалось в слое до 0-20 см 2,8223,6838,5856,0%, достигая в конце фоновых значений. В процессе почвообразования за счет биогенного накопления Р2О5, особенно в верхних горизонтах почв, растет его валовое содержание. Так, в 10-летней почве на месторождении талька в слоях 0–2, 2–7 и 7–20 см оно составляет 86–59–59 мг/100 г почвы, а через 35 лет – возрастает до 183-95-74 мг/100 г почвы (Махонина, 1989).
6.6. Щелочно-кислотные условия почвообразования. В результате процессов выветривания и об разования гумусовых кислот в молодых почвах, формирующихся на разных почвообразующих породах, происходит постепенное подкисление всего почвенного профиля, но особенно сильно оно проявляется в его верхней части (рис.7).
А Б Рис. Профильный ход кривых рН Н2О разновозрастных почв на отвалах:
А – песчаных месторождений (возраст почв, лет: 1– 3;
2– 10;
3–16;
4–19;
5–25;
6– 100);
Б – магнезиальных месторождений (возраст почв, лет: 1– 1;
2– 10;
3–15;
4–24;
5–30;
6– 42;
7–80) С увеличением времени почвообразования увеличивается и степень подкисления. В ряду почв: 0 1020-3050-8080-100 100-200 лет на ожелезненных породах Кд по степени подкисления соответст венно возрастам почв имеет величины: 1,82 2,24 5,42 13,72 44,03 при фоновом его значении – 204.
У почв того же возраста на магнезиальных породах Кд образует следующий ряд: 1,84-3,23-13,87-30,25 при фоновом Кд –148. На карбонатных породах в возрастном ряду почв 0-10, 20-30 и 80-100 лет Кд меньше:
1,62-1,87-20,9 при фоновом – 120. Таким образом, за 200 лет почвообразования степень подкисления почв еще не достигла фоновых значений и, следовательно, щелочно-кислотная система находится на стадии раз вития.
6.7. Емкость катионного обмена (ЕКО). В молодых почвах ЕКО зависит от гранулометрического и минералогического состава, рН, содержания гумуса и др. (Махонина, Аверьянова, 1992). Так, с утяжелени ем гранулометрического состава в ряду: супесь легкий суглиноктяжелый суглинок глины – ЕКО увеличивается по отношению к супеси в 2 – 2,7 – 5,7 раза. В хорошо дифференцированных по грануломет рическому составу профилях ЕКО изменяется в согласии с содержанием частиц 0,01 мм. С увеличением содержания гумуса ЕКО растет, что объясняется намного большей ЕКО гумусовых кислот (в 10-30 раз) по сравнению с любыми минералами С увеличением возраста почв ЕКО растет (Махонина, 2003).
-4 6.8. Валовой состав почв. Во всех почвенных профилях наблюдаются изменения в валовом содер жании определенных элементов, которое соответствует распределению разных фракций гранулометриче ского состава. В частности, распределение кремния соответствует распределению фракций крупного и среднего песка, алюминия и железа – илистым частицам или фракции мелкой пыли. В профильном распре делении кальция и магния не наблюдается связи с таковым какой-либо фракции. Возможно, эти элементы перемещаются по профилю в виде ионных растворов. На основе этих сравнений можно предполагать, что первоначальные изменения в валовом составе молодых почв в первую очередь могут быть связаны с пере мещениями отдельных фракций мелкозема, которые происходят в процессе перемешивания и усадки пород после отсыпки отвалов. При этом слои с меньшим или большим содержанием разных элементов находятся на разной глубине. У более старых почв (старше 50 лет) резкая усадка пород уже закончилась и в более яв ном виде начинает проявляться действие биологического круговорота. Разница в возрасте 50- и 80-летних почв подтверждается и коэффициентами дифференциации, соответственно: для железа 0,73 – 0,66, для алюминия 0,69 – 0,49;
для кальция 0,45 – 0,34;
для магния 0,61 – 0,55. Принципиально такие изменения в валовом составе почв наблюдаются во всех природных зонах, хотя наименьшие – соответствуют степной зоне с ее непромывным типом водного режима.
Зольный состав подстилок находится на стадии формирования, так как содержание элементов в них меньше, чем в фоновых подстилках (Махонина, 2003). С течением времени видна тенденция к приближе нию зольного состава к фоновым показателям.
6.9. Групповой состав железа. В породах отвалов железорудных и некоторых других месторожде ний резко повышено содержание валового железа (16–60%). Почвы, образующиеся на таких породах, могут быть отнесены, в соответствии с классификацией С.А. Зонна (1982), к ферраллитным и ферритным, не ха рактерным для умеренно холодного (лесная зона) и теплого (степная зона) климата, т.е. почвы на ожелез ненных породах отвалов представляют собой своеобразную группу, образующуюся в техногенных экоси стемах. Согласно этому автору (Зонн, 1982), для каждой природной зоны и типа почв характерно опреде ленное соотношение между разными формами железа. Результаты свидетельствуют об отсутствии полного соответствия по соотношению разных групп железа в почвах на отвалах – фоновым. Особенностью моло дых почв на ожелезненных породах является меньшее, чем у фоновых почв, содержание аморфного железа (по Тамму). Так как его содержание считается показателем длительности процессов почвообразования в конкретных климатических условиях, то небольшое его количество в молодых почвах может быть объяс нено именно малым временем почвообразования. С увеличением времени почвообразования общее содер жание аморфных и связанных с органическим веществом почвы форм железа увеличивается, хотя его ко личество в почвах 100-200-летнего возраста еще не достигает фоновых значений. Кд по аморфному железу соответствует возрасту почв и может быть использован для выявления различий в возрасте почв при про чих близких условиях (Махонина, 2003).
7. Концептуальная модель разновозрастных почв в период онтогенеза. В таблицах 4-9 приведены сводные характеристики разновозрастных почв, формирующихся на разных почвообразующих породах и расположенных в разных климатических зонах Урала, по средним арифметическим значениям. В работе даны статистически обработанные материалы. Для краткости в таблицах названия месторождений обозна чены символами добываемых элементов: Fe – железорудные месторождения;
Mg – магнезиальные породы (асбест, тальк);
Ca – карбонатные породы;
H – нормальные, отвечающие среднему составу осадочных по род;
Si – песчаные месторождения;
С – углеродосодержащие отвалы (угольные месторождения);
Ni – нике левые месторождения;
Сu – медные месторождения;
Al – месторождения огнеупорных глин.
Общая направленность почвообразования на начальных стадиях соответствует восстановлению зо нальных почв, несмотря на некоторое своеобразие протекания процесса, связанное с особенностями соста ва почвообразующих пород. Первые 200 лет почвы проходят самую раннюю стадию развития (онтогенеза), когда наблюдаемые небольшие количественные изменения еще не перешли в качественные, визуально лег ко заметные. Длительность этой стадии до конца еще не определена, не изучены последовательности про явления тех или иных процессов почвообразования в макроморфологическом облике почв. Однако, как яс но было из выше изложенного материала, дифференциация породы, т.е. формирование профиля как сово купности взаимосвязанных горизонтов начинается задолго до появления первых визуально определяемых признаков.
Данные показывают постепенность в формировании горизонта подстилки в лесной зоне и гумусовых горизонтов – во всех остальных условиях, постепенное увеличение содержания гумуса и азота, т.е. тех со единений, каковых не было в исходных породах. С увеличением времени почвообразования повсеместно происходит постепенное подкисление верхних горизонтов почв, формируются элювиальные и иллювиаль ные горизонты в лесной и лесостепной зонах, растет глубина подкисления всего почвенного профиля (табл.
4–9).
Таблица 4. Характеристика фоновой и разновозрастных почв на отвалах Первого Северного железорудного месторо ждения в подзоне северной тайги -5 Показатели 5–10 лет 20–30 лет Фоновые почвы Мощность А0, см нет 1 4- Мощность А, см 2 2 4 - Мощность А+В, см 2 7 20 - % гумуса в гор., А 0,55 1,27 6, Сгк:Сфк в гор. А не опр. 0,75 0, Е-величины ГК в гор. А.* не опр. 6,05 не опр.
% азота в гор. А 0,15 0,27 0, Пределы рНН2О в профиле 6,15–7,58 4,75–7,85 3,4–4, Степень подкисления, Кд** 3,16 3,29 весь профиль Глубина подкисления, см** 20 20 *Здесь и в других таблицах Е-величины (Егк)получены при 430 нм и 1 мг/мл Сгк **В последующих таблицах показатель Кд по степени подкисления будет обозначаться как Кдсп, глубина, на которую происходит подкисление – Гп, см.
Таблица 5. Характеристика фоновых почв в подзоне южной тайги Показатели* Породы Fe Mg Ca Нормальные А0, см 1-5 4-5 Не опр. 2- А, см 8-18 5-10 Не опр. 6- А+В, см 8-40 40 Не опр 40- % гумуса в гор.А 3,63-9,86 3,5-11,5 Не опр. 6- Сгк/Сфк в гор. А 1,03 0,66 Не опр. 0, ЕГК в гор. А Не опр.
9,6 13,9 18, % N в гор. А не опр. не опр. Не опр. 0, Пределы рНН2О 4,5-7,0 4,3-6,6 Не опр. 4,3-7, Кдсп 316 199,5 Не опр. 500, ЕКО, Кд 0,41 0,21 Не опр. 0, *Здесь и в последующих таблицах приводятся сокращенные названия показателей Таблица 6. Характеристика фоновых и разновозрастных почв на отвалах разных месторождений в подзоне средней тайги 1–10 лет 20-30 лет 40-50 80-100 Фоно Показатели лет лет вые почвы Fe Fe Fe C Fe C А0, см нет нет 1 2 2-3 4-6 4- гор. А, см 2 2 2 2 2 6-7 4- А+В, см 2 7 2 20 7-10 20 20- % гумуса в А 0,40 0,94 1,59 3,02 3,27 3,51 6, не опр Сгк/Сфк в. А 0,34 0,61 0,53 0,40 0,32 0, ЕГК в А, не опр не опр 5,98 8,83 7,50 10, не опр.
% азота в. А 0,03 0,09 0,09 0,16 0,25 0, не опр.
Пределы рНКCl в 5,15 - 5,80– 3,40 – не опр не опр не опр не опр профиле почв 6,68 7,60 4, Пределы рН Н2О в 4,60- 4,41- 5,50– 5,80– 5,00 – не опр не опр профиле почв 6,66 5,78 6,95 6,71 7, Кдсп 7,54 3,56 2,08 5,71 2,48 5,49 не опр.
Гп, см 20 2-7 20 20 30 40 не опр не опр не опр не опр ЕКО, Кд 0,62 0,46 0, Таблица 7. Характеристика разновозрастных почв на отвалах разных месторождений в подзоне южной тайги Показатели 1–10-лет 20–30-лет 40-80-лет почвы Mg Н Fe Ca Fe Mg Ca Н Mg Н А0, см нет нет нет нет 2 2 2-3 2 2-4 А, см нет нет нет нет 2 2 4-7 2 2 А+В, см 2 2 2 2 12 10 20 7 2-7 % гумуса в А 0,82 0,43 0,95 1,76 1,84 1,46 3,02 1,35 1,75 3, Сгк/Сфк в А 0,17 0,36 0,65 0,42 0,55 0,33 0,92 0,43 0,61 0, ЕГК в. А 1,26 5,46 6,43 не опр 6,92 3,14 не опр 6,54 3,52 5, -6 не опр не опр не опр %NвА 0,1 0,08 0,16 0,12 0,24 0,13 0, не Пределы 7,31 6,10 6,65 7,0- 5,88 7,38 7,30 6,44 6, опр.
рНН2О -8,9 -6,9 -7,9 7,8 -6,8 -8,5 -7,9 -6,9 -8, Кд 1,84 1,93 1,82 1,62 2,24 3,23 1,87 3,64 13,8 5, Гп, см 7 7 7 7 20 20 20 20 40 ЕКО, Кд 0,84 0,85 0,91 0,89 0,87 0,85 1,19 0,87 0,84 0, Продолжение табл. Показатели 40 – 80 лет 80 – 100 лет 100 - 200-летние почвы почвы Fe Ca C Mg N Fe Ca Fe Si Н 4 4-6 1-2 4-6 3-5 4-5 2-8 4-6 5-6 4- А0, см 4 2-10 - 4-5 4-6 4-5 5-9 5-9 5-6 5- А, см не опр 15-36 15-35 13 18-20 5-18 20-22 9-13 10- 10- А+В, см не опр % гумуса 2,58 4,73 3,98 5,09 3,91 3,31 4,65 2,15 6, не опр Сгк:Сфк в А 0,51 1,19 1,1 0,89 0,44 0,67 0,52 0,42 1, ЕГК в гор. А не опр не опр 3,63 2,67 7,59 5,0 8,67 4,86 1,5 8, не опр %NвА 0,16 0,34 0,32 0,27 0,21 0,10 0,27 0,11 0, не опр Пределы 4,3- 7,3- 2,3- 6,3- 5,3- 4,4- 5,59 4,0- 4, рНН2О 6,4 7,96 3,25 7,78 6,2 6,0 -7,6 7,0 -6, Кдсп 5,42 6,76 2,25 30,2 2,7 13,7 100 44,0 5,7 6, Гп, см 40-50 40 до до до до 120 20 40 60 60 60 120 не опр не опр не опр ЕКО, Кд 0,77 0,74 0,66 0,74 0,80 0,64 0, Таблица 8 Характеристика фоновых и разновозрастных почв на отвалах разных месторождений в лесостепной зоне 10-20 20-30 30 50-70 100- Фо 1 – 10 лет Показатели лет лет лет лет 200 новые почвы лет Fe Al C C Al Fe Al Si А0, см нет нет нет нет нет нет 2-3 нет А, см 2 2 2 2 2 2 2 6 30- А+В, см 2 2 2 2 2 7 7 6 % гумуса 1,42 0,95 5,03 8,55 1,52 4,06 9,46 1,67 9- Сгк:Сфк в А 0,52 0,22 0,71 0,91 0,15 0,57 0,14 1,14 1, ЕГК в А не опр не опр 12,1 1,62 1,00 17,4 6,62 3, не опр.
0,25-0, % N в. А 0,17 0,12 0,12 0,27 0,17 0,41 0,29 0, Пределы 7,4- 6,8- 7,0- 6,6- 7,96- 7,5- 6,63- 6,4- 7,60 рНН2О 7,59 8,30 8,10 7,80 8,6 7,98 8,6 7,51 7, не опр Кдсп 1,56 2,21 2,44 3,93 1,87 1,69 5,25 6, не опр 7-20 7- Гп, см 2 2 7-20 7-20 до 20 до не опр не опр не опр не опр ЕКО, Кд 1,57 0,87 0, не опр. не опр.
Таблица 9. Характеристика 1–30-летних почв на отвалах разных месторождений в степной зоне 10 1 – 10 лет 20 20-30лет Показатели Фон почв лет C Ni Al Cu Fe Ni Cu Fe Al А, см 2 2 2 2 2 2 2 2 не опр А+В, см 2 2 2 2 7 2 20 20 2- % гумуса 1,83 0,71 0,34 0,59 0,73 0,11 2,89 2,41 0,7 4, не опр не опр не опр 1,09 не опр 1,53 1,47 не опр 1, Сгк:Сфк в А 1, Егк в А не опр не опр не опр не опр 1,43 не опр 4,19 2,10 не опр 7, %Nв А 0,14 0,06 0,02 0,13 0,05 0,04 0,19 0,11 0,10 0, -7 Пределы - 6,85 7,4- 7,9- 6,55 7,65 7,4- 6,15 7,3- 8, рНН2О -7,7 8,5 8,47 -7,7 -7,7 7,72 -7,7 7, не опр Кдсп 5,03 1,75 1,59 3,22 3,75 1,08 5,33 3,33 1, не опр 2-20 2- Гп, см 7 2 7 20 2-7 2 2- В целом все изменения, происходящие в почвенных профилях, не достигают по характеристикам значений, наблюдаемых в фоновых почвах, т.е. за 200 лет почвообразования ни один из изучаемых показа телей не достиг степени проявлений, характерных для полноразвитых почв.
Таким образом, даже 200-летние почвы находятся еще на стадии развития (онтогенеза).
К особенностям свойств почв на стадии онтогенеза можно отнести не только меньшее содержание гумуса, но и иное строение макромолекул ГК. Судя по их оптическим плотностям, в макромолекулах ГК менее выражено ядро и более развиты боковые цепи, т.е. ГК развивающихся почв менее конденсированные (зрелые) по сравнению с фоновыми ГК, близки к ФК и, по-видимому, могут считаться предшественниками ГК, на что указывала ранее М.М. Кононова (1963).
В составе формирующихся подстилок содержится меньше зольных элементов в сравнении с таковым зрелых почв, что также свидетельствует о том, что они находятся еще на стадии развития. В наших иссле дованиях мы специально ограничивались изучением почвообразования на выровненных поверхностях от валов (автохтонный тренд педолитогенеза по В.О. Таргульяну, 1982), чтобы исключить удаление твердого материала из почв или его привнос. По предложенной В.О. Таргульяном общей модели саморазвития почв, изучаемые нами 0 – 200-летние почвы находятся над предпочвенной стадии, когда биота уже есть, но поч венный профиль еще не обособился, (чему соответствуют изученные нами почвы 0 – 20 лет) и стадии пер вичных и юных почв, развивающихся под первичными сукцессиями биоты, когда происходит начало обо собления почвенных горизонтов и начало роста почвы вглубь (чему соответствуют — 20–40-летние). Более старые почвы (более 40–50 лет) можно отнести к стадии развивающихся почв, с ростом почвы вглубь и дифференциацией на горизонты. Однако рост почвы вглубь и дифференциация профиля на горизонты на блюдалась и выделялась нами в основном по данным химических анализов, поскольку морфологическая дифференциация на ранних стадиях онтогенеза почв отсутствует. Дифференциация профиля на генетиче ские горизонты по морфологии была введена лишь по сформировавшемуся горизонту подстилки и гумусо вому горизонту А, начиная с возраста 50 лет. По С.А. Захарову (1931) изученные нами почвы относятся к первой стадии развития.
Таким образом, развитие почвенного профиля в техногенных ландшафтах происходит очень медлен но, поскольку даже 200-летние почвы относятся к слаборазвитым.
Использованный нами метод Кд для выявления процессов развития почв, который позволил выявить на количественном уровне степень дифференциации почвенного профиля развивающихся молодых почв, был применен в дальнейшем при изучении более старых почв (400–5000 лет), сформированных на дневных поверхностях земляных археологических памятников (Махонина, 1995, 1997, 2001;
Коркина, Махонина, 2002;
Korkina, Makhonina, Bolshakow, 2001;
Махонина, Коркина, 2002).
Полученные результаты показали информативность этого метода при изучении подзолистых песча ных почв, сформировавшихся на оборонительных сооружениях разновременных археологических памят ников в подзоне северной и средней тайги Западной Сибири. С увеличением возраста почв Кд по отдель ным показателям уменьшаются. Уменьшение Кд происходит по экспоненциальной кривой;
при этом раз ные почвенные показатели Кд достигают фоновых значений за разное время. Так, например, более 5000 лет требуется для того, чтобы степень дифференциации (Кд) подзолистых почв по валовому железу и илу стала близкой таковой в фоновых подзолистых почвах. Значения Кд по валовому кальцию, фосфору и алюминию приближаются к фоновым через 2500–3000 лет, Кд по аморфному железу (согласно Тамму) становится близок фоновым значениям через 2500 лет. Оптические плотности ГК-1 и ГК-2 достигли фоновых величин через 1,5 тысячи лет в подзолистых почвах под сосняками. Под ельниками эти показатели меньше в гори зонте А2 даже в почвах, имеющих возраст 3000 лет. Это еще раз подтверждает, что развитие почвенного тела – процесс очень сложный и длительный, и исследованные нами почвы, имеющие возраст до 200 лет, находятся на самой ранней стадии онтогенеза. Для получения более полного представления о закономерно стях формирования почвенных профилей необходимо продолжать это направление исследования.
ВЫВОДЫ 1. Разработана концепция развития почвенного профиля и изменения его во времени в первые 200 лет почвообразования на породах разного химического состава в техногенных экосистемах на примере лесных, лесостепных и степных условий Урала.
2. Особенностью пород в отвалах разрабатываемых месторождений на Урале является их очень силь ная каменистость, делающая отвалы малопригодными по физическим свойствам для сельскохозяйственно -8 го использования и обогащенность пород добываемыми химическими элементами и их геохимическими спутниками. Повышенные количества элементов и особенно тяжелых металлов приводят к избыточному накоплению их растениями (выше ПДК), что делает растения не пригодными по санитарно-гигиеническим нормам для использования домашними животными и человеком. В связи с этим при биологической рекуль тивации на отвалах рационально выращивать лишь технические культуры.
3. Проявление всех процессов почвообразования выявляется только по признакам педогенеза, кото рые, как правило, морфологически не выражены или выражены слабо, но четко фиксируются аналитиче ски.
4. С поселением живых организмов на отвалах начинается постепенное формирование почвенного покрова, особенности которого определяются видовым составом растений, мозаичностью их распределе ния, возрастом, стадией развития фитоценозов. Так же как и в ненарушенных почвах, на состояние почвен ного покрова оказывают влияние рельеф, состав горных пород, время почвообразования. Определяющими являются климатические условия. В целом направление первичного почвообразования на отвалах соответ ствует зональному. Начальные стадии постлитогенного формирования ныне существующих зрелых зо нальных ненарушенных почв были аналогичны тем, которые проходят при первичном почвообразовании почвы на соответствующих породах.
5. С увеличением времени почвообразования от нуль-момента до 200 лет постепенно растет мощ ность подстилки (достигая к 200 годам фоновых величин), возрастает мощность гумусового горизонта (хо тя он и не достигает фоновых значений), а также усиливается дифференциация почвенного профиля, кото рая при этом выявляется только чувствительными химическими методами анализа.
6. Для обнаружения характера перемещения веществ по почвенному профилю во времени и выявле ния степени выраженности этого процесса впервые были использованы одновременно два принципа: мо нофакторности (сравнение почв близких по всем показателям, кроме изучаемого), а также сравнений и ана логий (сравнение формирующихся и зональных почвенных профилей с определением степени их сходства по коэффициентам дифферециации).
7. В условиях лесной и лесостепной зоны с их промывным и периодически промывным типами вод ного режима ясно выражено начало формирования элювиальных и иллювиальных горизонтов, что фикси руется по S-образной форме профильного распределения илистой фракции и фракции физической глины, профильного хода кривой ЕКО, величин рН и т.д. Степень дифференциации профиля, фиксируемая по Кд отдельных показателей, постепенно увеличивается, не достигая, однако, по Кд фоновых ненарушенных почв.
8. В процессе первоначального развития (онтогенеза) почв наблюдается изменение во времени част ных почвенных профилей: гумусового, щелочно-кислотного, текстурного и др. В почвах на всех почвооб разующих породах происходит постепенное подкиселение почвенного профиля, особенно в верхней его части, где сосредоточена основная масса органического вещества. Степень подкисления зависит от перво начальной реакции среды почвообразующих пород. С увеличением времени почвообразования достаточно быстро происходит накопление азота, обменного калия и доступных растениям форм Р2О5 в верхнем гори зонте, что связано как с биогенным накоплением этих элементов, так и с процессами разрушения мине ральных соединений почвы.
9. Групповой состав гумуса, его профильное распределение и соотношение ГК и ФК зависят от видо вого состава растительных группировок (под травянистыми, особенно бобовыми, больше образуется гуми новых кислот), в целом же – соответствуют зональным особенностям. На фракционный состав гумуса большое влияние оказывает состав почвообразующих пород. В лесной зоне доля ГК-1 больше на ожелез ненных, магнезиальных, песчаных породах и меньше – на карбонатных. В степной зоне на всех породах преобладают ГК фракции 2, что характерно и для зрелых почв.
11. Макромолекулы гуминовых кислот молодых почв, формирующихся на ранних стадиях почвооб разования (до 200 лет), в химическом отношении являются менее «зрелыми» (менее конденсированными) по сравнению с фоновыми, что свидетельствует о существовании периода развития в системе гумусовых веществ, не закончившегося к 200 годам почвообразования.
12. В зольном составе подстилок отражаются особенности химического состава почвообразующих пород, а также существует период развития (онтогенеза) в его формировании.
13. В групповом составе железа на разных отвалах доля аморфных форм незначительна, постепенно растет с увеличением времени почвообразования и в монофакторных хронорядах может быть использована для сравнительной оценки почв по возрасту.
14. Обоснована возможность применения методологических подходов и методических приемов при анализе как изменений почв при первичном становлении почвенного профиля, так и исследовании хроно рядов почв большего абсолютного возраста (на примере почв, формирующихся на точно датируемых по верхностях археологических памятников возрастом от 400 до 5000 лет).
-9 Список основных работ по теме диссертации Монографии:
1. Махонина Г.И. Химический состав растений на промышленных отвалах Урала. - Свердловск: Изд-во Ураль ского университета, 1987. – 177 с.
2. Махонина Г.И. (соавтор) Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. - Новосибирск: Изд-во Наука.
Сиб. отд-ние, 1992. – 305 с.
3. Махонина Г.И., Коркина И.Н. Формирование подзолистых почв на археологических памятниках в Западной Сибири. – Екатеринбург: Академкнига, 2002. – 264 с.
4. Махонина Г.И. Экологические аспекты почвообразования техногенных экосистем Урала. - Екатеринбург:
Изд-во Уральского университета, 2003. – 356 с.
Научные статьи:
1. Колесников Б.П., Пикалова Г.М., Махонина Г.И., Чибрик Т.С., Левит С.Я. Рекультивация на Урале // Разра ботка способов рекультивации ландшафта. - Бургас;
Солнечный берег, 1973. - С. 88-93.
2. Махонина Г.И. Состав гумуса почв, образующихся на буроугольных отвалах при естественном зарастании // Проблемы рекультивации земель в СССР. - Новосибирск, 1974. - С. 205-208.
3. Махонина Г.И., Чибрик Т.С. Агрохимическая и геоботаническая характеристика гидроотвалов Челябинского буроугольного бассейна // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1974. - С. 127-137.
4. Махонина Г.И., Чибрик Т.С. Начальные этапы почвообразования на отвалах Кумертаусского буроугольного разреза при естественном зарастании растительностью // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1974. - С.
116-126.
5. Махонина Г.И., Чибрик Т.С. Естественное восстановление и вопросы рекультивации отвалов месторождений огнеупорных глин Южного Урала // Рекультивация земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых: Тез. докл.
координ. совещ. - Тарту, 1975. - С. 158-163.
6. Колесников Б.П., Пикалова П.М., Чибрик Т.С., Махонина Г.И., Шилова И.И. Исследования по рекультивации техногенных ландшафтов промышленных отвалов на Урале // Рекультивация ландшафтов, нарушенных промышлен ной деятельностью. Докл. VI Международ. симпоз. - М., 1976. - С. 17-23.
7. Колесников Б.П., Махонина Г.И., Чибрик Т.С. Естественное формирование почвенного и растительного по кровов и вопросы рекультивации Челябинского угольного бассейна // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1976. - С. 70-123.
8. Колесников Б.П., Пикалова П.М., Чибрик Т.С., Махонина Г.И. Исследования по рекультивации промышлен ных отвалов на Урале в девятой пятилетке // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1976. - С. 3-9.
9. Махонина Г.И. Первичные стадии почвообразования на промышленных отвалах Урала // Освоение нарушен ных земель. - М., 1976. - С. 44-56.
10. Махонина Г.И. Химический состав растений, выросших на промышленных отвалах Урала // Материалы по экологии и физиологии растений уральской флоры. - Свердловск, 1976. - С. 140-146.
11. Колесников Б.П., Махонина Г.И., Чибрик Т.С. Естественное формирование почвенного и растительного по кровов на отвалах Челябинского буроугольного бассейна // Растения и промышленная среда. – Свердловск, 1976. – С.
70-122.
12. Махонина Г.И., Чибрик Т.С., Ужегова И.А. Процессы естественного восстановления почвенного и раститель ного покрова на отвалах Магнитогорского железорудного месторождения // Освоения нарушенных земель. - М., 1976.
- С. 27-43.
13. Махонина Г.И., Чибрик Т.С., Ужегова И.А. Процессы естественного восстановления почвенного и раститель ного покровов на отвалах Аккермановского железорудного месторождения: (Степная зона Зауралья) // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1976. - Вып. 4. - С. 132-143.
14. Махонина Г.И., Стецюра Н.А. К вопросу о методах определения подвижных форм фосфора в золе отвалов те пловых электростанций Урала // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1976. - С. 47-55.
15. Махонина Г.И. Начальные процессы почвообразования на промышленных отвалах Урала // Размещение про изводительных сил Урала. Межвуз. сб. - Свердловск, 1977. - С. 86-90.
16. Махонина Г.И., Чибрик Т.С. К характеристике начальных этапов почвообразования при естественном зарас тании отвалов Веселовского буроугольного месторождения // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1978. С.72-83.
17. Махонина Г.И., Чибрик Т.С. Агрохимическая и геоботаническая характеристика терриконов угольных шахт Урала // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1978. Вып. 5. - С. 93-125.
18. Махонина Г.И. Начальные процессы почвообразования на отвалах Баженовского месторождения асбеста при их самозарастании // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1979. - С. 82-101.
19. Махонина Г.И. Начальные процессы почвообразования на породных отвалах Липовского месторождения ни келя // Почвообразование и техногенных ландшафтах. - Новосибирск, 1979. - С. 123-139.
20. Махонина Г.И., Ахметьянова Л.Т. Минеральный состав растений, выросших на золоотвалах тепловых элек тростанций Урала // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1979. - Вып. 6. - С. 73-81.
21. Махонина Г.И. Начальные процессы почвообразования на отвалах Верхнеуфалейского никелевого месторож дения // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1980. - С. 101-110.
22. Махонина Г.И., Галкина Л.М. Химический состав растений выросших на промышленных отвалах трех желе зорудных месторождений Урала // Растения и промышленная среда. - Свердловск, 1980. - С. 116-130.
- 10 23. Махонина Г.И. Химический состав травянистых растений на отвалах железорудных месторождений Урала // Почвообразование в антропогенных условиях. - Свердловск, 1981. - С. 47-59.
24. Ужегова И.А., Махонина Г.И. Начальные процессы почвообразования на отвалах Полуночного и Высокогор ского железорудных месторождений // Почвообразование в антропогенных условиях. – Свердловск, 1981. – С. 60-70.
25. Махонина Г.И., Ужегова И.А., Катаева В.Н. Формирование растительного и почвенного покровов на отвалах Самского и Галкинского месторождений бурых железняков // Биогеоценологические исследования на Урале. - Сверд ловск, 1982. – С. 152-170.
26. Ужегова И.А., Махонина Г.И. Особенности накопления гумуса и азота на отвалах железорудных месторожде ний в разных почвенно-климатических зонах Урала // Биогеоценологические исследования на Урале. – Свердловск, 1982. – С. 171-186.
27. Ужегова И.А., Махонина Г.И. Накопление гумуса на отвалах железорудных месторождений Урала // Охрана окружающей среды в районах с интенсивно развивающейся промышленностью: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Кемерово, 1982. – С. 69-70.
28. Ужегова И.А., Махонина Г.И. Валовой состав почв, формирующихся на отвалах железорудных месторожде ний Урала // Рекультивация земель в СССР: Тез. докл. Всесоюз.науч.-техн. конф. - Москва, сент. 1982: В 2 т. - М., 1982. Т. 2. – С. 73-75.
29. Ужегова И.А., Махонина Г.И. Начальные процессы почвообразования на отвалах Первоуральского месторо ждения железных руд // Почвоведение. 1984. № 11. – С. 14-21.
30. Махонина Г.И. Азотфиксация как диагностический показатель биологического состояния молодых почв тех ногенных экосистем Урала // Микробиоценозы почв при антропогенном воздействии. – Новосибирск, 1985. – С. 21-28.
31. Махонина Г.И. Химический состав кормовых трав на рекультивированных отвалах Веселовско Богословского буроугольного месторождения // Растения и промышленная среда. – Свердловск, 1985. – С. 81-91.
32. Махонина Г.И., Данилов В.Н., Еремкина Т.В., Исмуханова Г.Н., Секретова Н.Н. Биологическая активность пород на рекультивированных отвалах Веселовско-Богословского буроугольного месторождения и золоотвала Верх не-Тагильской ГРЭС // Растения и промышленная среда. – Свердловск, 1985. – С. 70-80.
33. Махонина Г.И., Ефремова Н.С. Химический состав растений на отвалах Кизеловского угольного месторожде ния // Структура и динамика биогеоценозов Урала. – Свердловск, 1985. – С. 132-143.
34. Махонина Г.И., Ужегова И.А. Восстановление растительного и почвенного покрова на промышленных отва лах // Биологические проблемы Севера: Тез. докл. XI Всесоюз. симпоз. – Якутск, 1986. – С. 93-94.
35. Махонина Г.И. Тяжелые металлы и биологическая рекультивация промышленных отвалов Урала // Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы: Тез. докл. 2-й Всесоюз. конф. – М., 1987. – С. 122-123.
36. Махонина Г.И. Почвообразование в техногенных ландшафтах Урала // Экологическая кооперация: Информ.
бюл. по пробл. III: «Охрана экосистем (биогеоценозов) и ландшафта». – Братислава, 1989. – Вып. 3-4. – С. 73.
37. Махонина Г.И. Фосфатное состояние молодых почв на промышленных отвалах Урала // Растения и промыш ленная среда. – Свердловск, 1989. – С. 81-86.
38. Махонина Г.И. Почвообразование в техногенных ландшафтах Урала // Разработка способов рекультивации ландшафтов, нарушенных промышленной деятельностью: Сб. докл. науч. семинара в рамках темы III: З. СЭВ. - Ко нин, 1989. – С. 161-176.
39. Махонина Г.И., Чибрик Т.С., Левит С.Я, Пасынкова М.В., Терехова Э.Б., Пикалова Г.М., Шилова И.И. Ос новные итоги и задачи биологической рекультивации нарушенных земель на Урале // Тез.докл. VIII Всесоюз. Съезда почвоведов, Новосибирск, 14-18 авг. 1989 г. – Новосибирск, 1989. – Кн. 6. – С. 190-195.
40. Махонина Г.И. Скорость гумусонакопления на самозарастающих отвалах Урала // Растения и промышленная среда. – Свердловск, 1990. – С. 22-33.
41. Махонина Г.И., Тихомирова Е.Б. Азот в почвах техногенных экосистем Урала // Растения и промышленная среда. – Свердловск, 1990. – С. 34-44.
42. Махонина Г.И. Формирование системы гумусовых веществ у молодых почв техногенных экосистем Урала // Растения и промышленная среда. – Екатеринбург, 1992. – С. 101-111.
43. Махонина Г.И., Аверьянова Л.И. Катионообменная способность молодых почв в техногенных ландшафтах Урала // Растения и промышленная среда. – Екатеринбург, 1992. – С. 112-119.
44. Махонина Г.И. К вопросу о восстановлении почвенного покрова на оборонительных сооружениях древних городищ // Экологические проблемы земледелия Среднего Урала. – Екатеринбург, 1995. – С. 88-98.
45. Махонина Г.И. Почвообразование в техногенных экосистемах Урала // Биологическая рекультивация нару шенных земель: Тез. докл. Междунар. совещ., 26-29 авг. 1996 г. – Екатеринбург, 1996. – С. 103-104.
46. Махонина Г.И. Оценка особенностей элементного химического состава растительности в техногенных ланд шафтах Урала // Биологическая рекультивация нарушенных земель: Тез. докл. Междунар. совещ., 26-29 авг. 1996. – Екатеринбург, 1996. – С. 102-103.
47. Махонина Г.И. Почвы // Культура зауральских скотоводов на рубеже эр: Гаевский могильник Саргатской общности: Антропологическое исследование. – Екатеринбург, 1997. – С. 126-129.
48. Махонина Г.И. Почвообразование в антропогенно-преобразованных ландшафтах Западной Сибири // Про блемы антропогенного почвообразования: Тез. докл. Междунар. конф., 16-21 июня 1997. – М., 1997. – С. 125-127.
49. Махонина Г.И. Почвообразование в техногенных экосистемах Урала // Проблемы антропогенного почвообра зования: Тез. докл. Междунар. конф., 16-21 июня 1997 г. – М., 1997. – С. 284-287.
50. Махонина Г.И. Почвы на Гаевских курганах // Экологические исследования на Урале. – Екатеринбург, 1997. – С. 56-63.
- 11 51. Махонина Г.И. Формирование и состав лесных подстилок сосняков на промышленных отвалах южной тайги Урала // Экологические исследования на Урале. – Екатеринбург, 1997. – С. 45-55.
52. Чибрик Т.С., Махонина Г.И., Радченко Т.А., Лукина Н.В., Филимонова Е.И., Глазырина М.А., Пасынкова М.В. Экологические основы и методы создания устойчивых и продуктивных биогеоценозов (экосистем) на нарушен ных промышленностью землях // Результаты научных работ, полученные за 2001 год. Аннотационные отчеты. Регио нальный конкурс. – РФФИ «Урал-2001». – С. 242-244.
53. Махонина Г.И., Коркина И.Н. Скорость восстановления почвенного покрова на антропогенно-нарушенных землях (на примере археологических памятников Западной Сибири). – Экология, 2001. - № 1. – С. 14-19.
54. Чибрик Т.С., Махонина Г.И., Радченко Т.А., Лукина М.В., Филимонова Е.И., Глазырина М.А. Экологические основы и методы создания устойчивых и продуктивных биогеоценозов (экосистем) на нарушенных промышленно стью землях // Результаты научных работ, полученные за 2002 год. Аннотационные отчеты. Региональный конкурс. РФФИ «Урал» Свердловская область. – С. 380-382.
55. Махонина Г.И., Коркина И.Н. Развитие подзолистых почв на археологических памятниках в подзоне средней тайги Западной Сибири // Почвоведение, 2002. - № 8. – С. 917-928.
56. Махонина Г.И. Почвы на археологических памятниках Барсовой горы // Барсова гора. – Сургут, 2002. – С.
152-158.
57. Махонина Г.И. Экологические аспекты почвообразования в техногенных экосистемах Урала // Известия Уральского госуниверситета. – Екатеринбург, 2002. - № 23. – С. 145-153.
58. Махонина Г.И. Свойства пород промышленных отвалов Урала и их пригодность для биологической рекуль тивации // Биологическая рекультивация нарушенных земель. Материалы Международного совещания. Екатеринбург, 3-7 июня 2002. – Екатеринбург, УрО РАН, 2003. – С. 311-323.