ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОЛИГОНОВ ТБО

Особенности в распределении общего гумуса и его качественный состав в техногенно нарушенных почвах полигонов ТБО

Воздействие полигонов ТБО затрагивает изменениями не только морфологию, физико-химические свойства, но даже самую консервативную часть почвы - минеральную фазу. В свою очередь, подвергаются трансформациям специфические почвенные соединения - гумусовые кислоты, которые определяют гумусное состояние почв. Совокупное воздействие процессов гидроморфизма, антропогенной турбации почвенно-грунтового материала, техногенного переуплотнения способствуют миграции соединений железа и марганца, нарушению карбонатно-кальциевой системы, развитию оглеения, осолонцевания и т. д. Это, в свою очередь, не может не повлиять на общее содержание гумуса и его качество, а также на структуру гумусовых компонентов.

Североприазовские черноземы преимущественно представлены малогумусными видами, хотя С. А. Захаров и указывает пределы содержания в верхней гумусо-аккумулятивной толще от 4.4 до 7,6 % (1955). Для них характерно постепенное уменьшение содержания гумуса вниз по профилю с максимумом в верхней части гумусоаккумулятивной толщи. Данные представления наглядно демонстрируются в целинном черноземе, где содержание гумуса в дерновом горизонте составляет, 6,4 % постепенно уменьшаясь до 1,4% на глубине 100 см. Пахотный аналог характеризуется тем, что в результате сельскохозяйственного использования верхний дерновый горизонт трансформируется в пахотный. При этом сводится на нет естественная растительность, которая в первую очередь обеспечивает равновесие гумусной системы. А прогрессирующие процессы минерализации органического вещества за счет притока кислорода приводят к снижению в содержании общего гумуса в пахотном горизонте до 4,3 %. Данные по содержанию гумуса в техногенно преобразованных почвах ландшафтов полигонов ТБО довольно пестрые, что было уже отмечено в главе 6 (см. табл. 34). Выявляются два фактора, непосредственно влияющие на содержание гумуса по профилям техногенных почв: 1) богатство органическим веществом того субстрата, который участвует в образовании техногенных горизонтов; 2) наличие погребенных горизонтов.

На законсервированной свалке «Северная» локализуются залежные участки, которые в силу своего расположения по рельефу (повышения) не несут в своем профиле отпечатки техногенных трансформаций, но зато сохранили все черты прошлого сельскохозяйственного использования. При этом на залежных участках (разрез 005) по сравнению с пахотным участком наблюдается некоторое повышение гумусированности почвенных горизонтов, что даже приближает залежную почву по своим свойствам к целинному чернозему.

Однако на территориях полигонов ТБО формируются особые фитогенотипы, отличающиеся по своему составу от флористического состава целинной территории. Преобладающей жизненной формой в растительных сообществах свалки являются терофиты. Большинство однолетников - это типичные представители рудеральной растительности: марь белая (Chenopodium album L.), различные виды лебеды (род Atriplex L.), щирицы (род Ата-ranthus L.), пастушья сумка (Capsella bursa-pastoris L.), дескурения Софии (Descurainia Sophia L.) и т. д.

Исследование, проведенное на полигонах ТБО («Северный», «Батайский»), показало, что данный вид природопользования трансформирует черноземный ландшафт. Изменяется характер растительности, многолетние разнотравно-злаковые растения естественной степи сменяются рудеральной флорой однолетников. Данная растительность очень быстро «обживает» тех-ногенно нарушенные территории, выступая ведущим фактором, способствующим восстановлению исходных, естественных почв, так как в почву ежегодно поступает созданная за вегетационный период биомасса. Ведь именно дерновый процесс в первую очередь, определяет регенерацию нарушенных территорий полигонов ТБО, и примером тому являются почвы законсервированной Северной свалки, где на микроуровне приоритетным становится преобладание гумусовой плазмы. Органическое вещество, согласно его качеству, делает минеральные частицы субстрата гидрофобными, что снижает возможность смачивания и уменьшает опасность разрушения агрегатов (Kozak et al., 2001)

Анализ фракционно-группового состава гумуса показал, что полученные нами результаты по целинному и пахотному черноземам согласуются с данными по исследованию североприазовских черноземов, выполненными раннее. По данным О. С. Безугловой (2001) и Н. В. Горяйновой (1995), в верхних горизонтах черноземов обыкновенных (североприазовских) коэффициент гумификации составляет на целине - 1,9, а на пашне 1,6-2,0 (табл. 35). Аналогичные данные были получены нами при анализе целинного и пахотного черноземов (табл. 36).

В составе гумуса данных почв гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами в верхних горизонтах, а вниз по почвенному профилю соотношение меняется в сторону увеличения фульвокислот. Целинная и пахотная почвы характеризуются фульватно-гуматным типом гумуса. При этом отмечается, что отношение Сгк:Сфк становится меньше единицы в горизонте В, который является так называемым метаморфическим горизонтом, где проходит граница изменений в основных фазовых компонентах вторичных минералов и появляются карбонаты. Явление иллитизации, характерное для верхних горизонтов чернозема, сменяется в горизонте В увеличением лабильных структур (минералы монтмориллонитовой группы), что и было диагностировано нами при исследовании минералогического состава (см. глава 5). В работе В. С. Крыщенко и О. С. Безугловой (1978) отмечается, что более интенсивная трансформация гидрослюд в горизонте В стимулируется

Фракционно-групповой состав гумуса чернозема обыкновенного карбонатного (североприазовского), целина (по данным Н. В. Горяйновой, 1995)

Горизонт, глубина, см

Сгк

?Сгк

Сфк

Z Сфк

Сгк + Сфк

Сгк

Сфк

Гумин (=НО)

1

2

3

1

2

3

Ad 0-35

0,9

22.9

14.7

38.5

1,0

1,1

12,1

6,5

20.7

59.2

1,9

40,8

АВ 35-70

1,2

24.1

9,4

34.7

2,1

0,6

13,3

5,9

21.9

56.6

1,6

43,4

В70-105

2,2

27.1

7,2

34.5

3,1

3,4

16.2

7,4

30.1

64.6

1,2

35,4

ВС 105-120

2,1

18,5

9,7

30,0

0,9

2,4

19,1

8,1

30,5

60,8

1,0

39,2

Таблица 36

Фракционно-групповой состав гумуса чернозёмных почв полигонов ТБО и ненарушенного аналога (в % от Собщ. почвы)

Горизонт

Глубина, см

Собщ., %

Сгк

X Сгк

Сфк

X Сфк

Сгк + Сфк

Сгк

Сфк

Гумин (=НО)

Е мг/

мл

1

2

3

1

2

з

Разрез 000. Целина. Чернозём обыкновенный карбонатный мощный среднегумусный легкоглинистый на карбонатной лессовидной глине

Ad

0-19

3,7

1.4

20,3

4,9

26,6

1.6

0,3

7.8

4.6

14.3

40,8

1,9

59.2

38,0

А

19-59

2,6

1,5

23,8

5,0

30,3

1,5

0,4

10,5

6,2

18,5

48,9

1,6

51,1

31,3

АВ

59 70

1,2

1.7

12.5

7.5

21.7

0.5

-

10,3

10,0

20.8

42.5

1,0

57.5

2,0

В1

70-92

0,8

1,3

7.0

8.0

16.3

1,3

-

11.2

12.5

23,8

41.3

0.7

60.0

1.8

Вса

  • 92-
  • 110

0,5

2,0

10,0

14,0

26,0

2,0

-

22,0

16,0

40,0

66,0

0,7

34,0

1,7

ВСса

ПО-185

0,4

-

10,0

15,0

25,0

2,8

-

21,9

17,8

42,5

67,5

0,6

32,5

1,5

Сса

  • 185-
  • 190

0,3

-

11,0

16,7

27,7

5,3

-

25,3

21,7

52,3

80,0

0,5

20,0

1,5

Разрез 03/2. Пашня. Чернозём обыкновенный карбонатный мощный малогумусный тяжелосуглинистый на тяжёлом лессовидном суглинке

Апах

0 28

2,5

1,2

28,0

9.2

38,4

2,8

1,2

9.2

5.6

18,8

57,2

2.0

42.8

34,6

Ап/п

28 45

1,2

2.5

30,0

14,2

46,7

5,0

1,7

12,5

10,0

29,2

75,8

1,6

24,2

25,7

В1

45-60

1,0

2.0

23,0

15,0

40,0

5,0

3,0

16,0

12,0

36,0

76,0

1,1

24.0

9.5

В2

60-90

0,9

2,2

12,2

16.7

31,1

4,4

3,3

13,3

14,4

35,6

66,7

0.9

33,3

2,2

ВС

  • 90-
  • 105

0,4

2,5

10,0

15,0

27,5

7,5

7,5

12,5

20,0

47,5

75,0

0,6

25,0

1,8

Полигон ТБО «ЗАПАДНЫЙ»

Разрез 001. Техно-чернозем гидрометаморфизированный насыщенный карбонатсодержащий

TGuca

0-10

1,0

2,0

5.0

15,0

22,0

4,0

1,0

6.0

34,0

45,0

67.0

0,5

33,0

0,6

[А]са

10-38

2,3

0,9

16,9

10.0

27.8

3,0

1,3

5,2

11,7

21,2

49,0

1,3

5 1.0

21,6

АВса

38-75

2,1

0.5

5.2

7,1

12,8

5,7

0,5

13,8

18,6

38,6

51.4

0.3

48,6

15,2

Вса

75 96

1,0

1,0

3.0

17.0

21.0

7,0

1,0

5.0

33,0

46,0

67.0

0.5

33.0

0,6

Разрез 002. Технозём чернозёмовидный насыщенный карбонатсодержащий турбированный

TGlfdca

0 11

2,4

1,7

21,6

8.3

3 1.6

4,2

0,4

5.0

10,4

20,0

51.7

1,6

48,3

14,5

TG(C)|fca

11-30

2,0

1,5

23,5

8.5

33,5

4,5

0,5

4,5

11,0

20,5

54,0

1.6

46,0

11,7

Clca

30-37

0,5

4,0

10.0

14,0

28,0

10,0

2,0

8.0

24,0

44,0

72,0

0,6

28,0

1,3

Разрез 003. Технозём чернозёмовидный дерново-намытый насыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный оклеенный

TGdlTFe-ca(g)

0-15

0,7

1,4

12,9

17,1

31,4

7,1

1,4

7,1

18,6

34,3

65,7

0,9

34,3

0

TGljfFe-ca(g)

15-30

0,6

1,7

11,7

16,7

30,0

8,3

1,7

10,0

16,7

36,7

66,7

0,8

33,3

0

TG2H(g) Fe-ca

30-44

0,5

2,0

8,0

18,0

28,0

10,0

-

12,0

22,0

44,0

72,0

0,6

28,0

0

Полигон ТБО «СЕВЕРНЫЙ»

Разрез 005. Залежь. Чернозём обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на тяжёлом лессовидном суглинке

Ad

0 15

3,4

1,2

18,9

12,6

32,7

2,9

4,1

5,9

3,5

16,4

49,1

2,0

50,9

28,1

Астаропах

15-32

2,6

0,8

19,8

15,2

35,8

1,2

2,7

4,2

8,5

16,6

52,4

2,2

47,6

27,0

В1

  • 50-
  • 70

1,5

1,3

16,7

17,3

35,3

6,0

-

12,0

6.7

24.7

60,0

1,4

40,0

21,5

Разрез 006. Техно-чернозем насыщенный карбонатсодержащий турбированный

TGd

0-6

5,3

0,8

3,9

8,7

13,4

2,3

6,2

-

2,6

П,1

24,5

1,2

75,5

0

TGuca

6-16

3,3

1,2

6,9

8,5

16,7

4,9

4.6

7,6

16.9

33,6

1,0

66,4

0

[А]са

Тб-55

2,7

1.1

27,4

6,9

37,0

6,7

-

10,4

5,6

22,6

59,3

1,6

40,7

28,6

[АВ]са

55-95

2,4

1,3

30,0

8,3

39,6

4,2

0,8

12,1

7,1

24,2

63.8

1,6

36,2

30,9

Разрез 007. Технозём чернозёмовидный дерново-намытый насыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный

TGldltCa.

Fe

0-8

3,5

1,1

12,0

14,9

28,0

3,7

1,7

6,6

2,8

14,9

42,9

1,9

57,1

13,4

TG2Uu

8-16

1,7

1,8

М.1

16,5

32,4

6,5

0,6

10,6

4,7

22,4

54,8

1,4

45.2

2,0

[А]са

  • 42-
  • 65

2,0

2,0

31,5

10,5

44.0

5,0

0,5

12,5

5,0

23,0

67,0

1,9

33,0

20,9

Прикопка 008. Пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовыми отходами

TGd^

0-6

0,9

3,3

13,3

21,1

37,8

8,9

-

16,7

6,7

32,2

70,0

1,2

30,0

1,1

Полигон ТБО «АКСАЙСКИЙ»

Разрез 03/1. Технозём чернозёмовидный гидрометаморфизированный насыщенный карбонатсодержащий глубокотурби-рованный

TGUTCa

0-10

1,2

-

14,2

7,5

21,7

5,0

-

4,2

24,2

33,3

55,0

0,7

45,0

1,1

ТС2а.Са

10-35

1,2

-

7,5

11,7

19,2

2,5

0,8

9,2

20,8

33,3

52,5

0,6

47,5

1,6

TG31t(g)

UCrffe

35 60

1,0

-

11,0

13,0

24,0

2,0

1,0

11,0

22,0

36,0

60,0

0,7

40,0

1,3

TG41f(g)

IXa+e

60 85

0,4

2.5

10.0

12,5

25.0

7.5

-

10.0

20.0

42,5

67,5

0,6

32,5

7,9

[AKgUe

85-

дно

1,0

2,0

23,0

14,0

39,0

6,0

-

9,0

20,0

35,0

74,0

1,1

26,0

19,9

Полигон ТБО «БАТАЙСКИЙ» Разрез 03/4. Технозём чернозёмовидный насыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный

TGdu-ca

0-15

1,4

1,4

21,4

25,7

48,6

5,0

4,3

10,7

17,1

37,1

85,7

1,3

14,3

9,1

TGUTv.Ca

15-40

1,5

0,7

13,3

24,0

38,0

3,3

4,7

16,0

16,0

40,0

78,0

1,0

22,0

3,2

TG2KCa

40-60

0,9

1,1

8,9

27,8

37,8

4,4

6,7

П,1

24,4

46,7

84,5

0,8

15,5

2,6

TG3KCa

60-75

0,6

3,3

10,0

13,3

26,7

8,3

6,7

11,7

25,0

51,7

78,4

0,5

21,6

1,8

благоприятными водно-тепловыми свойствами этого горизонта по сравнению с условиями выше- и нижележащих горизонтов. Данное явление находит отражение в изменении фракционного состава гумуса по профилям почв. Гуминовые кислоты, предположительно связанные с Са (ГК-2), доминируют в верхних горизонтах (12,5-23,8 %). В нижней части профиля начинают преобладать гуминовые кислоты, связанные с устойчивыми комплексами Fe и А1 и глинистыми минералами (ГК-3). Их доля увеличиваются с 4,9 до 16,7 %. Содержание свободных и связанных с полуторными окислами гуминовых кислот (ГК-1) и свободных фульвокислот (ФК-1а) в исследуемых почвах небольшие (табл. 36, рис. 24), что согласуется с данными Н. В. Горяйновой (табл. 35). Обращают на себя внимания достаточно высокие значения гумииа

? ГК-1 «ГК-2 вГК-3 [ПФК-1а яФК-1 ИФК-2 0ФК-3 ОНО

Рис. 24. Фракционно-групповой состав черноземов целинного (а), пахотного (б) и техногенно нарушенных почв (разрезы: 001 - в;

006 - г; 03/1 - д; 03/4 - е) полигонов ТБО

По данным М. М. Кононовой (1951) и Д. С. Орлова (1974, 1985), в состав гумина кроме гуминовых кислот, прочно связанных с минеральной частью почвы, входят полуразложившиеся растительные остатки разной степени гумификации, потерявшие форму и анатомическое строение, обладающие явно выраженными свойствами гидрофильных коллоидов (детрит). Можно предположить, что именно эта часть органического вещества является источником новообразованного («молодого») гумуса.

Качественный состав техногенных почв непосредственно определяется теми воздействиями, которые были перечислены в начале этой главы и в общих чертах повторяет характер распределения валового содержания гумуса по профилю. Величины коэффициентов гумификации обнаруживают сильный разброс от 0,3 до 2,2 (табл. 36) и, соответственно, тип гумуса изменяется от фульватного до гуматного. При этом отмечается увеличение доли подвижных фракций ГК-1, ФК-1 а и ФК-1.

Отмечена тенденция потери фракций ГК-2 и ФК-2, связанных с обменным кальцием. В то же время происходит увеличение содержания фракций ГК-3 и ФК-3. Распределение основных фракций гумусовых кислот по профилям техногенно нарушенных почв представлено на рисунке 24.

Причины данных видоизменений носят комплексный характер. Турби-рованный насыпной карбонатный почвенно-грунтовый материал, формирующий техногенные горизонты, обладает незначительным потенциальным плодородием, что сказывается на значениях коэффициента гумификации, особенно в почвах полигонов ТБО «Западный», «Аксайский» и «Батайский».

На фоне подтопления, локально возникающего на полигонах ТБО в техногенных почвах, окислительно-восстановительная обстановка смещается в сторону восстановительных реакций. Органическое вещество непосредственно участвует в окислительно-восстановительных реакциях и воздействует чисто химическим путем, обладая довольно сильно выраженной восстановительной способностью (Николаева и др., 2005). Снижение окислительно-восстановительного потенциала приводит к тому, что сами гумусовые вещества начинают испытывать трансформации в сторону преимущественного образования гумусовых веществ фульватно-кислотной природы, увеличивается предельная концентрация R2O3, при которой комплексные соединения становятся лабильными, что в техногенно преобразованных почвах морфологически отражается в проявлении цементации почвенной массы свободными гидроокислами. Состав катионов поглощенного комплекса техногенных почв, в свою очередь влияет на подвижность соединений гуми-178

новых кислот. Достаточно высокие значения магния и натрия от суммы поглощенных оснований (см. главу 6) способствуют образованию подвижных, обладающих гидрофильностью гуматов магния и натрия.

Особенности минеральной почвенной фазы техногенных почв определяют появление прочных глино-гумусовых соединений за счет наличия валентных связей органического вещества с поверхностью глинистых частиц. Их появлению благоприятствует избыточное увлажнение.

На полигонах ТБО в профилях техногенно нарушенных почв (разрез 006, 007, 03/1) нами диагностировались погребенные горизонты, которые, прежде всего, характеризуются увеличением коэффициента гумификации по сравнению с верхними техногенными горизонтами. Распределение основных фракций гумусовых кислот согласуются с таковыми в верхних горизонтах целинного и пахотного черноземов, т. к. увеличивается доля фракций ГК-2 и ФК-2 и уменьшается содержание фракций ГК-3 и ФК-3.

На «Северной» свалке - разрез 006 (техно-чернозем насыщенный карбонатсодержащий турбированный) - обнаруживается явление, когда при достаточно высоких значениях Собщ (3,3-5,3 %) в техногенных горизонтах величины коэффициента гумификации составляют 1,0-1,2, тогда как в нижележащих погребенных горизонтах при меньших значениях Собщ (2,4-2,7 %) коэффициент гумификации равен 1,6. В техногенных горизонтах доля основных групп гумусовых кислот в составе гумуса низкая: ?Сгк = 13,4-16,7 %, ?Сфк = 11,1-16,9 %, из чего можно предположить, что в гумусовом веществе данных техногенных горизонтов высока доля липидной гидрофобной фракции, за счет поступления материала бытовых отходов по типу нефтепродуктов. В погребенных горизонтах доля этих групп гумуса значительно выше и практически такая же, как в нативных почвах: ?Сгк = 37,0-39,6 % , ?Сфк = 22,6-24,2 %.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >