Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антропогенно-измененные почвы просек линий электропередач

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Антропогенно-измененные почвы просек линий электропередач"

На правах рукописи

ЗАХАРЧЕНКО АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

АНТРОПОГЕННО-ИЗМЕНЕННЫЕ ПОЧВЫ ПРОСЕК ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Специальность 03.00.16 - "Экология"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Томск - 2000

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте биологии и биофизики при Томском государственном университете.

Научные руководители - кандидат биологических наук,

СГ.Н.С. Л.А. Изерская

кандидат географических наук, доцент В.В. Хахалкин

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук

В.А. Хмелев

Доктор биологических наук A.C. Бабенко

Ведущая организация: Филиал Института Леса

им. В.Н. Сукачева, СО РАН.

Защита состоится «20» ноября 2000 г. в 14 часов на заседании Диссертационного совета К.063.53.13 в Томском государственном университете.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, НИИ ББ при ТГУ, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского госуниверситета.

Автореферат разослан «20» октября 2000 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета Кандидат биологических наук

С.П. Гуреев

Г/О^До

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сооружение линейно-протяженных инженерных объектов: линий электропередачи сверхвысокого напряжения (ЛЭП СВН), трубопроводов, автомобильных и железных дорог нарушает ход естественных природных процессов. Строительство ЛЭП СВН на лесных территориях Западной Сибири при существующих методах раскорчевки и транспортировки леса, установки опор и натяжения проводов сопровождается существенной перестройкой структуры лесного биогеоценоза. Особенно страдает почвенный покров просеки ЛЭП. Площадь механических повреждений почвенного покрова ЛЭП СВН может превышать 60 % площади отторгаемых земель (Карташев, 2000). В результате строительных работ образуется комплекс антропогенно-измененных почв (АИП). В связи с их малой изученностью и большим масштабом производимых нарушений эта проблема актуальна, как для территории России, так и Западно-Сибирского региона.

Несмотря на то, что антропогенно-измененные почвы широко распространены, вопросы их классификации до сих пор остаются не решенными. Сдерживающим фактором решения данной проблемы является недостаточная изученность свойств АИП (Перцович и др., 1997). В этой связи, актуальной научно-практической проблемой является познание процессов естественной регенерации компонентов ландшафта, нарушенных сооружением ЛЭП, темпов и направленности восстановления почвенного и растительного покровов.

Облик техногенно-нарушенного ландшафта просеки ЛЭП в течение 20 лет претерпевает существенные изменения. Площади средне- и сштьнонарушенных участков уменьшаются в 3-4 раза (Хахалкин, Захарченко, 1999), восстановительные процессы затрагивают и сами АИП, формируя своеобразный растительно-почвенный покров.

Использование междисциплинарного почвенно-экологического подхода к изучению просек ЛЭП СВН, оценка воздействия техногенных факторов, восстановительных свойств растительного и почвенного покровов составили основу проведенных нами исследований.

Цель работы - изучить свойства антропогенно-измененных почв просек ЛЭП СВН и темпы их естественного восстановления в условиях лесного ландшафта Западной Сибири.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы и последовательно решены следующие задачи:

1. Изучить особенности природной обстановки района исследований.

2. Охарактеризовать факторы, сопровождающие строительство и эксплуатацию ЛЭП СВН и воздействующие на растительный и почвенный покровы биогеоценоза.

3. Установить классификационную принадлежность антропогенно-измененных почв просеки ЛЭП СВН.

4. Провести сравнительный анализ морфологических и физико-химических свойств дерново-подзолистых почв и антропогенно-измененных почв.

5. Оценить объемы техногенных нарушений почвенного покрова подтрассовых территорий.

6. Изучить изменения состояния растительного, почвенного покровов на участках, нарушенных сооружением и эксплуатацией ЛЭП СВН.

7. Выявить временные изменения почв техногенно-нарушенного сложения.

Защищаемые положения:

1. Согласно современным представлениям классификации антропогенно-измененных почв выделено два типа стратолитов: на четвертичных и третичных отложениях и два подтипа резектоземов: элювиальных и иллювиальных.

2. Почвы техногенно-нарушенного сложения в процессе восстановления проявляют признаки (поверхностное оглеение, накоплением 8102, закисного железа, вынос полуторных окислов) почвообразования, свойственного территории просеки ЛЭП.

Научная новизна работы:

- впервые для условий лесных ландшафтов дана количественная оценка воздействия строительства ЛЭП СВН на почвенный покров подтрассовой территории.

- выявлены разные формы механических нарушений сложения почв и обосновано таксономическое деление антропогенно-измененных почв.

- проведена оценка типового и подтипового уровней различия антропогенно-измененных почв просек ЛЭП: выделены подтипы резектоземов и типы стратолитов.

- выявлены закономерности естественного восстановления почв и почвенного покрова просек ЛЭП СВН.

Практическая значимость и реализация работы.

Практическая значимость результатов исследований реализована при оценке естественных восстановительных свойств ландшафтных систем, нарушенных сооружением ЛЭП и других линейных объектов в условиях Западной Сибири.

Разработанная методика крупномасштабного картографирования почв нарушенного сложения территорий ЛЭП может быть адаптирована и использована для других типов линейных сооружений.

Результаты работы могут быть реализованы при выполнении ОВОСов проектов для объектов линейной протяженности и оценки объемов рекультивационных работ при прокладке просеки ЛЭП СВН через лесные ландшафты.

Апробация результатов исследования.

Материалы диссертационной работы обсуждены на следующих конференциях и симпозиумах: Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Всероссийская конференция, 16-18 июня 1998, Москва; Щ съезд Докучаевского общества почвоведов, 11-15 июня 2000, Суздаль; Современные вопросы почвоведения Сибири. 13-16 сентября 2000, Международная конференция, Томск, 2000.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов, приложения, списка 149 цитируемых литературных источников (го них 20 на иностранном языке), 49 таблиц и 31 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Физико-географические условия почвообразования района исследований

Район исследований географически связан с Арчекасским крщем, ориентированным с запада на восток и расположенным на междуречье Ця-Кия. Кряж относится к краевой южной части Западно-Скбирской равнины (Геологическое строение ..., 1971). Рельеф междуречья можно охарактеризовать как мелкохолмистую, слабонаклонную равнину с густой и глубоко врезанной сетью речных долин перистого типа. Район исследований относится к Мариинско-Ачинскому почвенному округу расчлененной лесостепи предгорий Кузнецкого Алатау (Трофимов, 1985).

Далее следует описание рельефа поверхности, почвообразующих пород, климата, растительности, почв, фауны района исследований.

2. Методы и объекты исследования

Натурные работы по оценке естественной регенерации почвенно-растительного покрова на просеках линий электропередачи выполнялись на опытном участке, расположенном в 2 км от пос. Ломачевка Кемеровской области. Основные виды работ сконцентрированы на просеке ЛЭП-500 кВ Назарово-Новоанжерка, построенной в 1966 г. и параллельно проложенной ЛЭП-500 кВ в 1986 г.

Далее приводится характеристика местоположения ключевой площади, рельефа поверхности, растительности. Наибольшее распространение на ключевой площади имеют дерново-подзолистые почвы на породах третичного возраста. При строительстве ЛЭП для данного типа формируется широкий комплекс АИП.

При изучении антропогенно-измененных почв просек ЛЭП использовались следующие методы.

1. Ландшафтно-географический. Ключевая площадь, как натурная модель, методически была организована в виде системы вложенных друг в друга ключевых участков, различающихся масштабом картографирования и характером выполняемых работ. Полигон-трансекты проложены вдоль трасс ЛЭП и включают характерные типы ландшафтных фаций склона долины р. Алчедат. На этом уровне, в масштабе 1:1000 и 1:500, картографировались нарушения микрорельефа поверхности и почвенно-растительного покрова.

Просека инструментально разбивалась на квадраты 40 на 40 м. Внутри квадрата проводились обследование и глазомерная оценка процентного состава антропогенно-измененных почв и площади отдельных нарушений. При картографировании почвенных нарушений на просеке ЛЭП СВН на

каждом выделенном контуре почвенного покрова оценивались комплекс и площадь АИП.

Основой методики оценки утерянных запасов плодородного слоя и гумуса просеки ЛЭП СВН явились морфологические и физико-химические свойства: мощность почвенных горизонтов, объемная масса, содержание гумуса.

2. Пространственно-временной метод. С целью реализации данного метода проводился сравнительный анализ состояния растительности, почв, рельефа в естественных условиях на просеке ЛЭП 20-летпего возраста (1966) и на параллельно проложенной просеке на следующий год после строительства ЛЭП СВН (1986).

3. Химико-аналитический метод. Для оценки воздействия техногенных факторов на физико-химические свойства почв были выполнены следующие анализы почвенных образцов: гранулометрический состав почв по Качинскому (Вадюнина, Корчагина, 1986),, содержание гумуса, рН, емкость поглощения, сумма поглощенных оснований (Аринушкина, 1970). Определение валового химического состава почв проводилось в ЦЛ ПГО "Оренбург геология" по общепринятым методикам.

4. Таксономическое разделение АИП. выявленных на просеке ЛЭП СВН, основывалось на субстативно-генетической классификации (Перцович, Суханов, 1997).

3. Дерново-подзолистые почвы ненарушенного сложения

По морфологическому строению профиля и физико-химическим свойствам почвы ненарушенного сложения относятся к типу дерново-подзолистых. По гранулометрическому составу профиль дифференцируется на 3 части: верхнюю, включающую горизонты А) и А2 (выделяется по низкому содержанию ила), среднюю - иллювиальные горизонты и нижнюю, включающую горизонты ВЭ и О (выделяется по обилию песка).

На ключевом участке содержание гумуса в почвенном профиле соответствует подтипу дерново-подзолистых почв с характерным снижением в элювиальном горизонте (от 6 % в А1 до 1.7 % в А2). Емкость поглощения оснований постепенно изменяется к нижней части почвенного профиля (с 8 до 2,5 мг-экв/100г). По величине суммы обменных оснований выделяется элювиальный горизонт А2, имеющий минимальные значения этого показателя (16.0 мг-экв.). Степень насыщенности основаниями, также, имеет минимальные значения для горизонта А2 почв ключевого участка (71 %).

По валовому химическому составу почвы ключевого участка соответствуют типу дерново-подзолистых, что проявляется в характерном увеличении содержания 8Ю2, снижении содержания полуторных оксидов, гигроскопической влаги в элювиальном горизонте А2 (Гаджиев, 1982).

В составе илистой фракции элювиального горизонта почв отмечается увеличение содержания кремнекислоты и уменьшение оксидов алюминия, при этом молекулярное отношение 8Ю2/А120з увеличивается в подзолистом горизонте. Ил подзолистого горизонта обогащен кремнекислотой и обеднен окислами алюминия и железа.

На основе данных валового химического состава илистой фракции материнских пород, проведено сравнение бурых суглинков предгорий: Горной Шории, Томь-Яйского междуречья, Салаирского кряжа, Арчекасского кряжа (Хмелев и др., 1988; Ковалева С.Р. и др., 1974). Дискриминантный анализ этих данных позволил установить близкое родство сравниваемых территорий. Квадрат расстояния Махалонобиса, представляющий многомерную интегральную оценку степени различия, имеет наиболее низкие значения между Томь-Яйским междуречьем и Арчекасским кряжем. Салаирский кряж выделяется по высокому содержанию оксидов кальция, магния, Арчекасский - меньшим содержанием железа.

Покровные отложений Томь-Яйского междуречья представлены текстурно-дифференцированными почвами с элювиально-иллювиальным типом развития профиля, характерного для предгорно-низкогорного района юго-восточной части Западной Сибири (Хмелев и др., 1988). Учитывая близкое родство почвообразующих пород Томь-Яйского междуречья и Арчекасского кряжа, следует признать сходство условий формирования поверхностных отложений этих территорий.

4. Воздействие природных и антропогенных факторов на компоненты биогеоценоза просеки ЛЭП СВН

Основными факторами воздействия на биогеоценоз просеки ЛЭП являются: природные, неспецифические (общестроительные) и специфические, возникающие при работе линии электропередачи — такие как электромагнитное поле, акустический шум, ионизация воздуха (Плеханов, 1990; Карташев, 2000).

Рассмотрены факторы, определяющиеся ориентацией просеки ЛЭП относительно сторон света. Эти факторы влияют на распределение света, тепла, влаги и формируют растительный покров просеки.

Далее описано влияние фактора переменного электромагнитного поля, воздействующего на природные объекты при эксплуатации ЛЭП. Показано, что влияние этого фактора на компоненты биогеоценоза перекрывается природными и неспецифическими факторами просеки ЛЭП (Львов Ю.А. и др., 1984; Захарченко и др., 1987; Карташев, Захарченко, 1988). Отмечаются следующие особенности изменения состояния растительного покрова после строительства ЛЭП.

- На слабоиарушенных местообитаниях растительных ценозов уменьшается обилие видов лесного разнотравья и увеличивается доля лесо-луговых и луговых видов в ценозах.

- На средненарушенных местообитаниях растительных ценозов при условии выровненного микрорельефа наблюдается увеличение генеративных побегов у ежи сборной, вейника, луговика дернистого. Данное явление связано с увеличением гидроморфизма местообитаний растительности и поверхностным переувлажнением почв просеки. Возрастание гидроморфизма отмечается, в целом, для всей просеки и связано со сведением леса и уплотнением почв.

- Сильнонарушенные местообитания растительных ценозов заселяются одно-, двулетними сорными растениями сельскохозяйственных полей (ярутка полевая, щетинник, жабрей и др.).

В растительных сообществах просек отмечается широкий диапазон видов, принадлежащих к различным экологическим группам, что в свою очередь отражает высокую дифференциацию экологических условий просеки. Экологические группы растительности изменяются от олиготрофов до мегатрофов. Таким образом, биогеоценоз просек после строительства ЛЭП СВН представляет несбалансированную нестабильную техногенпо-измененную экосистему.

Значительные изменения под воздействием антропогенных факторов также претерпевает почвенный покров. Пространственная локализация механических нарушений почвенного покрова обусловлена запланированным размещением опор ЛЭП и подъездных путей, складированием нетоварных хлыстов осины, березы, сосны по краям просеки. Под опорами и вокруг них наблюдаются насыпные почвы с аккумулированным слоем подпочвы и почвообразующей породы с погребенными иллювиальными горизонтами.

Учет техногенного воздействия при строительстве ЛЭП проводился весной, когда поверхность почвы достаточно хорошо просматривалась из-за отсутствия растительности. По степени воздействия техногенного фактора на почвенный покров выделялись 3 градации: слабое, среднее и сильное. Градации по степени воздействия фактора примерно совпадают с комплексами АИП, в которые входят резектоземы и стратолиты. В качестве резектозема принята почва с усеченным профилем, а стратолита -почва, профиль которой составлен из насыпного материала.

Слабонарушенные участки включали почвы ненарушенного сложения и элювиальные резектоземы, средненарушенные - элювиальные и иллювиальные резектоземы, сильнонарушенные - иллювиальные и деструкпгеные резектоземы и стратолиты, очень нарушенные -деструктивные резектоземы, стратолиты.

Степень воздействия техногенного фактора оценивалась по факту произведенных изменений почвенного покрова после строительства ЛЭП СВН на основе параметров: площадь техногенных нарушений, вес срезанной части профиля естественной почвы и потери запасов гумуса.

На площади 4 га после строительства ЛЭП СВН проведено картографирование участков разной степени воздействия техногенного фактора и рассчитаны значения параметров: площади почв нарушенного сложения, вес техногенно-измененного слоя, потери запасов гумуса. Распределение площадей по градациям степени нарушения почвенного покрова имеет близкие значения в пределах 30,5-37 % от площади подарассовой территории (Рис. 1). Вес срезанной части профиля почвы (вес почвы) на этой площади отражает градации по степени воздействия (11% - слабое, 38% - среднее, 51% - сильное). Потери гумуса имеют максимальные значения для средней степени воздействия техногенного фактора (41 %).

60 50 40 <*> 30 20 10 0

Сильная Средняя Слабая гаПлощадь ПВес срезанного слоя Ипотери гумуса

Рис. 1. Степень воздействия техногенного фактора строительства па почвенный покров просеки ЛЭП.

Как показали наши исследования, в результате строительства ЛЭП СВН разной степени воздействия подверглись почвы на площади 3,1 га, что составляет 63,5 % от площади просеки. На этом участке срезано 3530 т/га почвы. Потери гумуса достигают 103 т/га.

Таким образом, последствия прокладки просеки и строительства ЛЭП имеют деградационный характер по отношению к почвенному покрову лесного биогеоценоза.

Обширные площади нарушенных земель при строительстве ЛЭП СВН нуждаются в проведении рекультивационных мероприятий, предусмотренных в технологическом цикле строительных работ. Учитывая тот факт, что ЛЭП может пересекать несколько природных зон с различными типами ландшафтов, направленность рекультивационных мероприятий в каждом конкретном случае имеет специфические

особенности, определяемые климатическими показателями, рельефом поверхности, растительностью, почвенным покровом.

5. Антропогенно-измененные почвы просеки

лэп свн

На основе современных представлений о классификации антропогенно-измененных почв проведено их разделение на типовом и подтиповом таксономических уровнях, обоснованы диагностические признаки (Табл. 1).

Таблица 1.

Таксономическое разделение антропогеппо-измепепных почв

подтрассовой террпто рни ЛЭП.

Отдел Тип Подти пы Диагностические признаки Морфология

Эрозе мы Р РЭ Срезано не более 1/2 А2 до 25 см Морфоны А2, морфоны А] белесый цвет с поверхности, рыхлый.

Эрозе мы Р РИ Срезано более 1/2 А2В, или до Вь В2. Морфоны А2В, В1, бурый, уплотнен.

Эрозе мы Р рд Срезано до ВС, ВО, С, Б Отсутствие остатков почвенного профиля.

Страт олиты СЧП Не выдел ен Смесь иллювиальных или материнских пород, мощность - не менее 50 см Бурый рыхлый верхний слой, ровная нижняя граница Вь В2 или С, О.

Страт олиты СТП Не выдел ен Подстилающие породы, мощность -не менее 50 см Рыхлый верхний слой, желтоватые, палевые тона, встречается крупнозернистый песок.

На изученной территории в комплекс антропогенно-измененных почв просеки ЛЭП включены наиболее встречающиеся: два типа стратолитов на четвертичных породах (СЧП) и третичных породах (СТП) и тип резектоземов (Р), включающий 3 подтипа - элювиальный (РЭ), иллювиальный (РИ). На модельной площади стратолнты на четвертичных породах распределены в пределах просеки между опорами и вблизи опор ЛЭП. Стратолиты на третичных породах локализованы под опорами. Резектоземы встречаются в комплексе со стратолитами и отдельно от них на подтрассовой территории. Деструктивный резектозем (РД), полностью

утерявший почвенный профиль, встречается на просеках ЛЭП, но в данном случае на опытном участке отсутствует.

С использованием дискрим инантного анализа рассмотрена правомерность таксономического деления антропогенно-измененных почв на отделы. На примере иллювиальных резектоземов и стратолитов на четвертичных породах, принадлежащих к разным генерациям, показана их таксономическая близость при сходстве почвообразующих пород (Захарченко, 2000). Их различия менее значимы, чем подгиповые различия между элювиальными и иллювиальными резектоземами. Также, рассмотрены вопросы влияния глубины отбора проб, и возраста АИП на успешность работа классификатора.

Далее рассмотрены морфологическое строение и физико-химические свойства отдела стратолитов. Стратолиты на четвертичных породах диагностируются по рыхлой массе грунта, слагающих их профиль. Встречаются морфоны элювиальных, иллювиальных горизонтов. В почвах 20-летнего возраста выделяется ясно выраженный дерновый горизонт мощностью 0 - 5 см и гумусовый 5-10 см. Структурные агрегаты комковатые, пропитанные с поверхности гумусом. Внутренние части комочков имеют бурый цвет. Следы посттехногенного почвообразования отмечаются до глубины 40 см по отбеливанию железистых пленок. Содержание гумуса резко убывает с глубиной в 30 см слое (от 3,8 % до 0,33). Гидролитическая кислотность увеличивается с уменьшением содержания гумуса (от 4,2 до 6,6 мг-экв/100г), затем, уменьшается до 4,9 мг-экв/100г. Сумма поглощенных оснований имеет низкие значения и уменьшается вниз по профилю в 70 см слое (от 20,1 до 14,4 мг-экв/100г.). Насыщенность основаниями изменяется в пределах 80 - 70 %. В профиле стратолитов на четвертичных породах наблюдаются существенные колебания значений гидролитической кислотности, содержания железа и марганца по Тамму, что связано с исходной неоднородностью слагающих пород.

Валовой химический состав стратолитов на четвертичных породах изменяется незначительно, и достоверные различия по содержанию оксидов в профиле почв отсутствуют. Отмечается снижение содержания Р205, Я20з, К20, МёО до глубины 40 см.

Стратолиты на третичных породах диагностируются по слою рыхлой массы, слагающей профиль, и наличию материала желтого, палевого цвета, каалинизированных крупнозернистых песков, включений остатков подстилающих пород, сцементированных плитчатых структур крупнозернистого песка. Морфологические наблюдения позволяют сделать вывод, что изменениям подвержен лишь верхний десятисантиметровый слой грунта.

Стратолиты на третичных породах отличаются от таковых на четвертичных породах более низким содержанием гумуса, высокой гидролитической кислотностью дернового горизонта, низкими значениями насыщенности основаниями.

Тип резектоземов отдела эроземов разделяется на два подтипа: резектозем элювиальный и резектозем иллювиальный. Элювиальный резектозем 20-летнего возраста морфологически выделяется по наличию остатков элювиального горизонта техногенно-нарушенных дерново-подзолистых почв и слабо прокрашенному гумусом дерновому горизонту.

Содержание гумуса в дерновом горизонте составляет 3.7%. Горизонт характеризуется высокими значениями гидролитической кислотности и низкими значениями суммы поглощенных оснований, степени насыщенности основаниями, что определяется свойствами горизонта и прослеживается до глубины 40 см. В иллювиальной части профиля резектозема гидролитическая кислотность уменьшается, и возрастают сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями.

Железо по Тамму в элювиальной часта профиля (0-30 см) изменяется незначительно и лишь на глубине 50 см его содержание резко падает. Содержание марганца по Тамму существенно уменьшается с глубины 30 см. Отношение железа к марганцу резко возрастает в переходном горизонте, что свойственно зоне активного глеевого процесса с образованием железо-марганцевых конкреций.

На основе данных валового химического состава почвенного профиля элювиального резектозема выделяется слой 0-30 см с молекулярным отношением 5Ю2/А120з более 10. Слой состоит из остатков горизонтов А2 и А2В, характеризуется свойствами, присущими дерново-подзолистым почвам: высоким содержанием БЮ2 и выносом полуторных оксидов, накоплением двухвалентного железа в поверхностном слое 0-20 см.

Иллювиальный резектозем морфологически выделяется по плотной иллювиальной толще, на которой развивается дерновый горизонт. Отмечается наличие вертикальных трещин, ортштейнов в поверхностном слое. Содержание гумуса в слое 0-5 см составляет 6.0-6.5%. Гидролитическая кислотность высокая и медленно снижается в профиле почвы. Сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями значительно выше относительно элювиальных резектоземов, что обеспечивает более эффективное развитие почвенного профиля.

Высокая плотность иллювиального горизонта провоцирует застой влаги в поверхностном слое 0-20 см, а переменный режим увлажнения верхнего слоя приводит к активному образованию отр штейнов. Содержание железа по Тамму в слое 0-20 см высокое. Высоких значений (49) достигает и отношение железа к марганцу, что подтверждает наличие процесса оглеения. В слое 30-40 см возрастает содержание марганца по Тамму, что морфологически подтверждается образованием железо-марганцевых конкреций в этом слое. С глубиной содержание железа и марганца по Тамму уменьшается. Таким образом, поверхностное оглеение увеличивает подвижность марганца и его закрепление в шоке лежащем слое, что рассматривается в качестве диагностического признака этого процесса (Зонн, 1982).

Валовой состав резектозема иллювиального 20-летнего возраста посттехногенного развития достаточно однороден по содержанию БЮ2 и А1203. Наблюдается увеличение содержания трехвалентного железа в слое 0-40 см, молекулярное отношение БЮг/ЯгОз уменьшается, что свидетельствует о выносе полуторных оксидов с поверхностного слоя. Содержание оснований (М§0 и СаО) также увеличивается в слое 40-60 см. Содержание Р205 определяется биогенным накоплением и имеет максимальное значение в гумусовом горизонте, постепенно убывая до глубины 60 см.

6. Естественное восстановление антропогенно-измененных

почв просеки ЛЭП

Картографирование почвенного покрова проводилось на просеках ЛЭП при условии сходства элементов рельефа поверхности, почвообразующих пород и типа леса. Сравнительный анализ картографических материалов почвенного покрова просек ЛЭП, построенных в 1966, 1986 гг., показал сходство в пространственном распределении антропогенно-измененных почв изучаемой территории (Рис. 2). Это позволило сделать предположение, что характер и объем нарушения почвенного покрова на просеке 20-летнего возраста аналогичны таковым сразу после строительства ЛЭП.

Сразу после строительства ЛЭП определение типов АИП на подтрассовой территории проводится по морфологическим признакам экспонированной поверхности почв. Через 20 лет, в результате покрытия дерном нарушенных участков их поиск затруднен и проводится по углублениям рельефа, видовому составу растительности, разреженному травостою с низким проективным покрытием, а диагностика возможна только на основе морфологических описаний АИП. Таким образом, на просеке 20 - летнего возраста выявление антропогенно-измененных почв носит вероятностный характер и отражает лишь общую тенденцию восстановления почвенного покрова.

После строительства ЛЭП площадь средненарушенных почв составляет 1,2 га, а через 20 лет - 0,35 га (Табл. 2). Потери гумуса для этой площади после строительства составляют 89,6 т/га, то через 20 лет снижаются до 4 т/га. С одной стороны, данный факт свидетельствует об аккумуляции гумуса почвенным покровом просеки ЛЭП. С другой стороны, развитие дернового горизонта на средненарушенных участках затрудняет выявление элювиальных резектоземов, так как по морфологическому строению они становятся сходными с дерново-подзолистыми почвами ненарушенного сложения, и средненарушенные участки почти полностью переходят в категорию слабо нарушенных.

Ш «ОШ * Ш з Ш »Эз а6 Н 7 и»

Рис. 2. Фрагмент картосхемы антропогенно-измененных почв просек ЛЭП. Условные обозначения: А - двадцатилетнего возраста, Б - после строительства, 1 - слабонарушенные участки, 2 -средпепарушенпые, 3 - снлыюнарушениые, 4 - спал леса и грунта, 5 -глубокие колеи, 6 - механические парушешга почв при очистке просеки от древесной растительности, 7 - дорога, 8 - лес.

Таблица 2.

Техногенные нарушения почвепного покрова при строительстве ЛЭП свн. _____

Степень нарушения участка Сразу после строительства ЛЭП Через 20 лет после строительства ЛЭП

Площадь нарушений (га) Потери гумуса (т/га) Площадь Нарушений (га) Потери гумуса (т/га)

Сильная 1,2 73,9 0,54 6,0

Средняя 1,3 89,6 0,35 4,0

Слабая 1,5 34,4 3,86 8,3

В результате 20-летнего цикла регенерации почвенного покрова выявлено, что на 1 км длины просеки ЛЭП площади сильнонарушенных участков уменьшились в 3 раза, средненарушенных - в 4 раза, соответственно кратно возросла площадь слабонарушенных по сравнению с тем, что наблюдалось сразу после строительства ЛЭП СВН (Хахалкин, Захарченко, 1999).

Как и следовало ожидать, наиболее подвержен влиянию почвообразующих факторов верхний 10 см слой. В пределах этого слоя заметны морфологические изменения в первые 3 года после строительства ЛЭП, что особенно характерно для иллювиального резектозема и стратолитов. Наблюдается сглаживание структурных агрегатов и переход от ореховатой к комковато-ореховатой структуре и за счет этого разрыхление слоя. Проявляются пятна отбеливания, особенно заметные около трещин и злаковых дернин. Поселение растений часто приурочено к трещинной сети, покрывающей поверхность почв. Наименее заметны морфологические изменения элювиальных резектоземов. Отмечаются кутаны из материала элювиального горизонта в переходном и иллювиальном горизонтах, более выраженные, чем в аналогичных почвах ненарушенного сложения. Увеличивается количество ортпггейнов в элювиальном горизонте.

Скорость развития мощности дернового горизонта на элювиальных резектоземах изменяется в широком пределе - от 0.10 до 0.35 см/год. В случае отсутствия привнесенного гумусированного материала на поверхность элювиального резектозема скорость развития дернового горизонта не превышает 0.20 см/год. Для иллювиальных резектоземов скорость развития дернового горизонта укладывается в диапазон 0.15-0.30 см/год. Наиболее активно развиваются насыпные почвы на четвертичных породах - 0.20-0.35 см/год. Очевидно, что рыхлость верхнего слоя почвы существенно ускоряет их освоение растительностью, что определяет мощность дернового горизонта.

Рост содержания гумуса в дерновом горизонте антропогенно-измененных почв составляет в среднем 0.12-0.15 % в год. Максимальные скорости изменения содержания гумуса и насыщенности основаниями характерны для стратолитов на четвертичных породах. В процессе восстановления дернового горизонта наблюдается его подкисление. Насыщенность основаниями увеличивается в интервале 0,03-0,42 мг-экв на ЮОг почвы в год. Прослеживаются изменения валового химического состава верхнего слоя антропогенно-измененных и дерново-подзолистых почв (Табл. 3).

В профиле стратолитов на четвертичных породах отмечается тенденция к накоплению в дерновом горизонте 8Ю2, СаО, Ыа20, К20, снижение М^О. Величина содержания железа заметно выше в стратолитах на четвертичных породах, чем в дерново-подзолистых почвах ненарушенного сложения. Стратолиты на третичных породах отличаются

от таковых на четвертичных породах очень высоким значением содержания Si02 и низким значением TÍO. Этот тип стратолитов располагается под опорами ЛЭП. Насыпной минеральный материал извлекается из глубины 5-10 м при установке фундаментов опор ЛЭП.

Таблица 3.

Сравнительная характеристика валового химического состава 0-10 си слоя АИП и горизоптов аналогов дерпово-подзолистых почв (% на прокалеппую навеску)._

Почвы >=? N О сл гч о н с» О сч < п О м 0Í fe О MgO CaO О «s ce £ О СЧ Ъй «л О cu А1 <• 9 о СЛ

РЭ 3 75,8 1,0 10,9 7,6 0,18 0,98 2,02 1,61 1,86 0,14 12

РЭ 20 75,6 1,0 10,9 7,29 0,13 1,34 1,72 1,76 2,00 0,21 12

РИ 3 76,3 1,0 10,7 5,89 0,15 1,04 2,11 1,80 1,88 0,11 12

РИ 20 71,5 1,0 12,2 9,78 0,12 1,45 2,05 1,64 2,21 0,23 10

сч 3 71,0 0,9 13,3 9,15 0,11 1,77 1,75 1,51 2,25 0,13 9

сч 20 71,4 1,0 13,2 9,38 0,14 1,55 2,02 1,64 2,22 0,15 9

сч* 30 73,0 1,0 11,5 8,95 0,15 1,42 2,41 1,73 2,28 0,23 11

ст 20 85,4 0,7 5,13 6,55 0,08 0,93 1,70 0,96 1,16 0,13 28

Ai** - 72,5 1,0 12,5 8,32 0,19 1,44 2,17 1,66 1,89 0,17 10

А2** - 74,6 1Д 11,8 6,72 0,15 1,40 1,59 1,84 2,20 0,15 11

А2В** - 69,8 1,0 15,2 7,75 0,11 1,84 1,52 1,69 2,19 0,11 8

в,** - 67,6 1,0 16,2 7,89 0,10 2,03 1,73 1,54 2,27 0,12 7

BD** - 75,4 0,8 12,9 7,61 0,05 1,22 1,23 0,98 1,32 0,06 9

* стратолит на четвертичных породах 30-летнего возраста расположен рядом с ЛЭП, но не связан с её строительством (датирован по кольцам спила ствола березы).

** почвы ненарушенного сложения.

В дерновом горизонте элювиального резектозема содержание валового марганца увеличивается относительно элювиального горизонта естественных почв и равно его содержанию в гумусовом горизонте. Через 20 лет содержащее этого элемента снижается до уровня элювиального горизонта почв ненарушенного сложения. Для элювиального резектозема характерно уменьшение содержания оснований Иа20 и К20 относительно элювиального горизонта почв ненарушенного сложения, что

свидетельствует о выносе оснований из формирующегося дернового горизонта. Через 20 лет содержание щелочных элементов возрастает.

После техногенного воздействия поверхность иллювиального резектозема включает в себя привнесенный материал элювиального слоя. При этом содержание БЮ2 в нем становится больше, чем в иллювиальном горизонте почвы ненарушенного сложения. Через 20 лет привнесенный материал трансформируется и содержание БЮ2 снижается.

В иллювиальном резектоземе содержание щелочноземельных элементов (СаО и М§0) изменяется с течением времени в обратной зависимости относительно их содержания в горизонтах-аналогах ненарушенного сложения: после техногенного воздействия содержание магния снижается, а кальция возрастает.

Через 20 лет содержание магния увеличивается, а кальция снижается. В иллювиальном резектоземе содержание марганца ниже, чем в элювиальном, хотя закономерность изменения аналогична, что указывает на увеличение подвижности марганца при развитии дернового процесса. В начальный период содержание №20 увеличивается относительно иллювиального горизонта естественных почв, а через 20 лет уменьшается. Сразу после нарушения содержание К20 снижается, а затем, к 20-летнему возрасту горизонта, возрастает.

В верхнем слое резектоземов в процессе регенерации почв увеличивается содержание железа и фосфора, что происходит при участии биогенных, хемогенных процессов. В резектоземах наблюдается незначительное снижение содержания фосфора сразу после нарушения почв и его активное накопление к 20-леггний возрасту просеки до уровня, превышающего содержание в гумусовом горизонте естественных почв.

Далее рассмотрено изменение валового химического состава во всем профиле АИП методом сравнения со средним содержанием оксидов элементов в горизонтах-аналогах почв ненарушенного сложения. Положительные значения свидетельствует о накоплении оксидов относительно почв ненарушенного сложения (нулевое значение), а отрицательная - об их выносе.

Дисперсионный анализ этих данных проводился послойно, с интервалом в 20 см, по факторам степени антропогенного воздействия и времени регенерации почв. Показаны незначительные изменения параметров валового химического состава горизонта А2 в элювиальных резектоземах. Отмечается накопление Р205 в верхней части профиля почв. Для иллювиального горизонта характерно уменьшение величины молекулярных отношений 8Ю2/А1203 и БЮ2/К20з в верхней части и увеличение к низу.

За 20-летний период развития в верхней части профиля иллювиального резектозема содержание 8Ю2 увеличивается, а А1203 снижается. Отмечается накопление РеО в верхней части, что отражает преобладание восстановительных условий в почвенном профиле. Все эти явления сопровождаются выносом М§0 и накоплением СаО.

На основе сравнительного анализа валового химического состава минерального материала стратолитов и почвообразующих пород отмечено накопление БЮ2 и вынос полуторных оксидов из верхней части профиля, что указывает на присутствие элювиальной дифференциации почвенного профиля. В стратолитах на четвертичных породах наблюдается накопление двухвалентного железа в верхней части профиля, что подтверждает наличие поверхностного оглееиия.

Далее показано, что содержание валовых форм двух-, трехвалентного железа является достаточно динамичным параметром для оценки регенеративных свойств антропогенно-измененных почв, присутствующих на опытном участке (Захарченко, 2000). В элювиальном слое почв ненарушенного сложения содержание трехвалентного железа менее 4% и увеличивается с глубиной (Рис. 3).

Двадцатисантиметровый слой иллювиального горизонта, вскрытый в результате техногенного воздействия, претерпевает существенные изменения (Рис. 4). В верхнем 10 см слое содержание Ре3+ снижается от 6 % до 1 - 2 %. Сравнение двух графиков, приведенных на рисунках 3 и 4, указывает на сходство формы зависимости распределении БсгОз в иллювиальном резекгоземе 20-летнего возраста и в почве ненарушенного сложения.

Дернотмкдзопистые почвы Ре203=(-0,2569059)+(2,914335)1д(Н)

Глубина см

Рис. 3. Распределение содержания Р'е2СЪ в профиле дерново-подзолистой почвы ненарушенного сложения.

Илповиальшй реэектоэем Ре203=(1Д345027)+(2,5294794)*1д(Н)

Глубина см

Рис. 4. Распределение содержания Ре203 в профиле иллювиального резсктозема.

Далее рассматривается распределение двух- и трехвалентного железа в профиле элювиального резектозема и стратолита на четвертичных породах. Для антропогенно-измененных почв просеки ЛЭП показана общая тенденция увеличения содержания двухвалентного железа в верхней части профиля и трехвалентного в нижней. Эти изменения определяются окислительно-восстановительными процессами, которые наиболее интенсивно протекают в первые годы после нарушения почв. К 20-летнему возрасту антропогенно-измененных почв характер распределения дьух- и трехвалентного железа в профиле близок к таковому в их зональных аналогах, наблюдаемых вблизи просеки ЛЭП.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что воздействие строительства ЛЭП СВН вызывает существенные изменения почвенного покрова подграссовой территории. Площадь механических нарушений почвенного покрова лесных биогеоценозов составляет более 60%. Начальный период восстановления растительно-почвенного покрова просеки занимает 15-20 лет.

В результате 20-летнего периода восстановления почвенного и растительного покровов произошло заметное сглаживание техногенных воздействий. Площади сильнонарушенных участков уменьшились в 3 раза, средненарушенных - в 4 раза. Такие изменения можно оценить, как существенные.

Учитывая значительный объем нарушений почвенного покрова просек ЛЭП СВН и длительность периода восстановления растительного покрова, следует признать необходимость проведения рскультивационных работ с целью ускорения процессов регенерации почв и восстановления растительного покрова.

Основные выводы

1. Ведущая роль в комплексе факторов, воздействующих на почвенный покров и определяющих деградацию земель подтрассовых территорий, принадлежит неспецифическому фактору строительства ЛЭП.

2. На основе современных представлений о классификации антропогенно-измененных почв выделены два подтипа резектоземов: элювиальный и иллювиальный и два типа стратолитов: на четвертичных породах и третичных породах.

3. Наибольшую площадь просеки занимают элювиальные и иллювиальные резектоземы. Вблизи и под опорами ЛЭП техногенные нарушения почв наиболее обширные. Здесь основной фон составляют стратолиты и иллювиальные резектоземы.

4. Почвы техногенно-нарушенного сложения развиваются по зональному типу почвообразования в соответствии с ландшафтной, биогеоценотической ситуацией, исторически сложившимся почвенным покровом территории.

5. Почвообразовательные процессы антропогенно-измененных почв протекают по дерновому типу с накоплением содержания гумуса, увеличением емкости поглощения катионов, суммы обменных оснований.

6. Формирование профиля антропогенно-измененных почв характеризуется накоплением ЗЮ2, двухвалентного железа и выносом полуторных окислов. Изменения во времени некоторых параметров валового химического состава верхнего слоя резектоземов носят колебательный характер: после строительства ЛЭП выщелачивается магний, калий, выносится фосфор и накапливается кальций, марганец, а к 20- летнему возрасту наблюдается обратная тенденция.

7. Наиболее существенно изменяющимися параметрами валового химического состава антропогенно-измененных почв 20-летнего периода регенерации являются содержание двух-, трехвалентного железа. Независимо от таксономической принадлежности антропогенно-измененных почв, распределение в профиле закисного и окисного железа устанавливается близкое к тому, что наблюдается в дерново-подзолистых почвах ненарушенного сложения - преобладание закисного железа в верхней части профиля и окисного - в нижней.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Захарченко A.B. Использование кажущегося удельного электрического сопротивления почв для картирования почвенного покрова под линией ЛЭП-500. // Молодые ученые и специалисты народному хозяйству, Томск, ТГУ. 1983. - С. 34-35.

2. Захарченко A.B., Карташев А.Г., Тучак В.Н. Влияние Пе ЭМП ЛЭП на элементы биогеоценоза. // Кишинев, Электронная обработка материалов, № 7, 1987. - С. 69- 76.

3. Карташев А.Г., Захарченко A.B. Оценка воздействия ПеЭП ЛЭП-500 на почву, растительность.// Междунар. симп. "Механизмы биологического действия электромагнитных излучений", Пущино, 1987. - С. 67 -75.

4. Захарченко A.B., Цыцарева Л.К. Влияние степени нарушенности дерново-подзолистых почв при строительстве ЛЭП-500 кВ на естественные восстановительные процессы резектоземов // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Тезисы докладов Всероссийской конференции Москва, 16-18 июня 1998 г., Т.2, М: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 1998. - С 184.

5. Хахалкин В.В., Захарченко A.B., Нехорошев О.Г. Ландшафтно-экологический анализ территории стационара «Ломачевка», как натурной модели // Вопросы географии Сибири, Вып. 23, Томск, 1999. - С. 225-236.

6. Хахалкин В.В., Захарченко A.B. Экспериментальные исследования по оценке влияния ЛЭП СВН и УВН на структуру ландшафтных систем // География в Томском университете: итоги, проблемы, перспективы. Томск, 1999. - С. 174-126.

7. Захарченко A.B. Классификационное деление почв с частичной резекцией профиля и насыпными горизонтами // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов (11-15 июня 2000 г. г., Суздаль). М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2000. Кн. 1, - С. 13-14.

8. Захарченко A.B. Распределение содержания валовых форм двух-, трех- валентного железа в профиле антропогенно-преобразованных и дерново-подзолистых почвах // Тезисы докладов международной конференции "Современные вопросы почвоведения Западной Сибири", 2 т., Томск: ТГУ, 2000. - С. 322-324.