0 10 20 30 40 50 60 70

t, годы

Рис. 3. График зависимости мощности гумусового горизонта от возраста почв (маркером помечены объекты техногенных ландшафтов)

В связи с сильной зависимостью почвообразовательного процесса от свойств материнской породы нами была произведена дифференциация моделей в зависимости от типов техногенных субстратов (рис. 4).

Сопоставление почвенно-хронологических данных, полученных в техногенных ландшафтах с ранее полученными данными о воспроизводстве почв в экотопах с локальными нарушениями почвенно-растительного покрова (Голеусов, 2003), свидетельствует об ином характере воспроизводства почв в техногенных ландшафтах. На графике общей модели для начального этапа почвообразования (рис. 3) видно, что точки, характеризующие техногенные почвы, распределены преимущественно по нижней огибающей кривой. Таким образом, первичный характер сукцессий, связанный с масштабностью нарушений в техногенных ландшафтах, предопределяет менее интенсивное воспроизводство почв. Однако в ряде случаев, когда литологической основой техногенной геосистемы является благоприятный субстрат, воспроизводство фитоценозов и почв происходит также интенсивно, как и в ситуации локального нарушения почвенно-растительного покрова.

200 I--1-1-1-1-1-

180 °

°о°

160 8оо

140 9°

На основе полученных уравнений модели рассчитаны скорости воспроизводства гумусового горизонта почв в различных субстратных условиях, которые могут стать нормативами воспроизводства почв в техногенных ландшафтах (рис. 5).

о

С л

о

о

о О

30 40

Возраст почв, годы

суглинок песок и супесь мел

Рис. 5. Скорость формирования гумусового горизонта почв на разных типах материнских пород

Как видно на рис. 5, динамика процесса формирования гумусового горизонта почв зависит от типа материнской породы, поэтому в техногенных ландшафтах

одновозрастные поверхности могут характеризоваться гетерохронностью почвообразовательного процесса.

Обобщая результаты исследования воспроизводства почв в техногенных ландшафтах, можно сделать следующие выводы.

Воспроизводство почв в условиях самозарастания отвалов вскрышных пород в техногенных ландшафтах протекает в достаточно экстремальных условиях, однако в большинстве случаев к 30-40-летнему возрасту молодые почвы имеют морфологически хорошо выраженный профиль. Среди почвенных генетических горизонтов наибольшее развитие получают гумусовые горизонты.

Морфология профилей новообразованных почв техногенных геосистем сильно зависит от типа материнской породы. Лучше всего профиль почв формируется на суглинистых и супесчаных породах, менее развиты почвы на песках, глинах, меловых и плотных кристаллических породах.

Максимальная скорость формирования гумусового горизонта характерна для почв 20-50-летнего возраста, но для почв разного литологического типа максимумы скоростей не совпадают во времени.

Несмотря на высокие темпы почвообразования на начальном этапе, к 40-50-летнему возрасту почвы достигают немногим более 10 % морфологической зрелости фоновых почв, поэтому ожидать полного природного восстановления нарушенного почвенного покрова в техногенных ландшафтах в сколько-нибудь приемлемые сроки нет смысла. Однако уровень функционирования молодых почв позволяет создавать довольно значительную продукцию фитоценозов, интенсивно преобразовывать субстрат. Они в полной мере реализуют восстановительно-биосферную функцию (Добровольский, 2000). Почвы техногенных ландшафтов уже в 15-летнем возрасте устойчиво выполняют главные экосистемные функции: разложение органического вещества, депонирование элементов-биофилов и др. Кроме того, они, в сочетании с хорошим задернением, в значительной степени снижают интенсивность денудационных процессов и усиливают физико-химическое преобразование техногенных субстратов (литосферная функция). Поэтому управление природным воспроизводством почв обязательно должно быть составной частью мероприятий по экологической реабилитации постпромышленных ландшафтов.

Заключение

Выявлены общие тенденции изменения структуры и параметров функционирования экосистем в ходе регенерационных сукцессий. Оценки параметров

функционирования фитоценозов показали, что их сукцессионный статус может значительно различаться в зависимости от субстратно-топологических условий. Так, на участках с активно протекающими склоновыми процессами (массовые движения грунта, эрозия) при уклонах более 40 градусов длительно сохраняются пионерные группировки со случайным видовым составом и низкой продуктивностью. На более выположенных участках и у основания склона формируются более развитые сообщества. К 25-30-летнему возрасту фитоценозов надземная фитомасса может достигать 80-120 % климаксного уровня.

По итогам проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

воспроизводство растительного покрова и почв начинается с момента первичной стабилизации нарушенной поверхности; дальнейшее развитие этих компонентов происходит в режиме постоянной реадаптации к изменениям среды, обусловленным активным протеканием денудационных процессов и нестабильностью продольных профилей склонов техногенных геосистем;

с течением времени растительный покров и почвы становятся фактором стабилизации нарушенной поверхности, в их структуре снижается зависимость от мозаики эдафических условий;

при выходе на полувековой этап регенерационной сукцессии происходит перестройка механизмов воспроизводства компонентов геосистем: их развитие в большей степени определяется сингенетическими взаимодействиями и межкомпонентными связями, в первую очередь, в системе фитоценоз-почва ;

в условиях склоновых ландшафтов наблюдается метахронность регенерационных процессов: воспроизводство компонентов геосистем замедляется от основания склона к его вершине. Это проявляется в повышении мозаичности ассоциаций и мелкоконтурности почвенного покрова, снижении биомассы и проективного покрытия, мощности почвенного профиля с ростом уклона.

Выявлены основные факторы, определяющие эффективность и направленность регенерационных процессов в молодых экосистемах:

энергетический потенциал мезо- и микроклиматических условий;

почвообразовательный потенциал материнских пород;

эксплерентность видового состава фоновых биоценозов;

сложность структуры биоценозов: воспроизводство простых по составу зональных сообществ происходит более быстрыми темпами, по сравнению со сложными полидоминантными сообществами;

сложность первичной ландшафтной структуры нарушенных геосистем: задерживать регенерационные процессы может как однообразие, так и высокое разнообразие ландшафтных структур.

Фактор субстрата можно считать основным в формировании первичной структуры растительного покрова, а затем - почв. В контактной зоне нарушенных и относительно нетронутых экосистем граница ренатурационных процессов четко прослеживается по ареалу распространения относительно благоприятных материнских пород. В случае щебнистых субстратов, характерных для отвалов КМА, контуры зарастания определяются ареалами концентрации мелкозема. Каменистые осыпи зарастают преимущественно древесной растительностью.

Фоновые экосистемы определяют направленность ландшафтно-сукцессионных процессов: видовой состав молодых фитоценозов складывается как результат адаптации к местным эдафотопо-топологическим условиям диаспор растений, расселяющихся с окружающих экосистем. При этом серийные фоновые сообщества более эффективно способствуют заселению нарушенных экотопов, по сравнению с климаксными экосистемами.

Анализ функциональных признаков почв, сформировавшихся в одновозрастных техногенных геосистемах зон лесостепи и смешанных лесов, позволяет сделать следующие выводы:

в первые годы зарастания отвалов рыхлых горных пород происходят резкие изменения химических свойств субстрата, связанные с начальным этапом формирования почв (гумусонакопление, вынос карбонатов, полуторных оксидов, изменение кислотно-щелочных свойств), при этом элювиальные процессы сильнее выражены в молодых дерново-подзолистых почвах, чем в новообразованных черноземах;

в первые десятилетия (10-30 лет) почвообразования закладывается практически полный набор эмбриональных горизонтов, причем организация и обособление гумусово-аккумулятивного (А1) и элювиального (А2, для дерново-подзолистых почв) горизонтов происходит раньше, чем иллювиальной части профиля;

биоклиматический энергетический потенциал почвообразования изначально предопределяет формирование генетической матрицы (последовательности почвенно-генетических горизонтов) зональных почв, уже в первые десятилетия можно диагностировать развитие почв в рамках зональных почвенно-генетических рядов;

несмотря на определенное различие функциональных признаков новообразованных черноземовидных и дерново-подзолистых почв, наблюдается общность хронологических закономерностей их воспроизводства, т. е. процессы морфологической организации

Литература

1. Адерихин П. Г. Потенциальное плодородие вскрышных пород КМА [Текст] / П.Г. Адерихин и др. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1977. - 224 с.

2. Бурыкин А. М. Темпы эрозии и почвообразования в техногенных ландшафтах [Текст] / А. М. Бурыкин Восстановление и повышение плодородия земель техногенных ландшафтов (на примере КМА). - Воронеж: Воронежский СХИ, 1982. - С. 5-36.

3. Воронов А.Г. Геоботаника [Текст] / А.Г. Воронов - М.: Высш. школа , 1973. - 384 с.

4. Голеусов П.В. Воспроизводство почв в антропогенных ландшафтах [Текст] / П.В. Голеусов, Ф.Н. Лисецкий. - Белгород: Изд-во Белгор. гос. ун-та, 2005. - 232 с.

5. Голеусов П.В. Ренатурация техногенно нарушенных земель [Текст] / П.В. Голеусов Экология ЦЧО РФ. - 2002. - №2 (9). - С. 121-124.

(развертывания онтогенетической программы) подчиняются общим кинетическим закономерностям.

Эти выводы обосновывают необходимость разработки единых принципов управления процессами природного воспроизводства почв в техногенных геосистемах, учитывающих онтогенетические закономерности начальных стадий рецентного почвообразования.

Регенерационные изменения антропогенно нарушенных природных геосистем, включающие рецентное почвообразование, являются следствием спонтанно протекающего процесса экологической ренатурации - естественного воспроизводства компонентов и функционирования природной геосистемы, выведенной из состояния равновесия в результате антропогенного воздействия. Управление данным процессом (ренатурирование) должно строиться на учете онтогенетических и экологических закономерностей синхронно протекающих регенерационных процессов. При этом технологии ренатурирования обязательно подразумевают организацию мониторинговых и корректирующих мероприятий во времени.

6. Голеусов П.В. Формирование почв в различных комбинациях субстратно-фитоценотических условий лесостепной зоны [Текст] / П.В. Голеусов Почвоведение, - 2003. - №9. - С. 1050-1060.

7. Горячкин С.В. Процесс гумусонакопления в молодых почвах на промышленных отвалах (на примере КМА) [Текст] / С.В. Горячкин Вестник Моск. ун-та. - Сер. 5, География. - 1981. - №4. - С. 72-75.

8. Гумусообразование в техногенных экосистемах [Текст] / С.С. Трофимов, Н.Н. Наплекова, Е.Р. Кандрашин и др. - Новосибирск: Наука, 1986. - 164 с.

9. Добровольский Г. В. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы: Функционально-экологический подход [Текст] / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. -М.: Наука, МАИК Наука/ Интерпериодика , 2000. - 185 с.

10. Етеревская Л. В. Процессы почвообразования в техногенных ландшафтах степи УССР [Текст] / Л. В. Етеревская, В. А. Угарова Почвообразование в техногенных ландшафтах. Новосибирск: Наука, 1979. - С. 140-156.

11. Засорина Э. В. Некоторые закономерности формирования биоценозов на отвалах Стойленского ГОКа [Текст] / Э. В. Засорина, И. Я. Пигорев Восстановление и повышение плодородия земель техногенных ландшафтов (на примере КМА): Науч. тр. Т. 119. - Воронеж: Изд-во Воронеж. СХИ, 1982. - С. 55-78.

12. Классификация и диагностика почв России [Текст] / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М. И. Герасимова. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.

13. Лисецкий Ф. Н. Пространственно-временная организация агроландшафтов [Текст] / Ф. Н. Лисецкий. - Белгород: Изд-во Белгор. гос. ун-та, 2000. - 304 с.

14. Масюк Н. Т. Эколого-биологические основы сельскохозяйственной рекультивации в техногенных ландшафтах Украины (на примере Никопольского марганцеворудного бассейна) [Текст]: автореф. дис. ... докт. биол. наук / Н. Т. Масюк. - Днепропетровск,

1981. - 44 с.

15. Масюк Н. Т. Экология нарушенных горных пород: состав, свойства, ресурсы, классификация [Текст] / Н. Т. Масюк Проблемы охраны, рационального использования и рекультивации черноземов. - М.: Наука, 1989. - С. 113-132.

16. Михаленко Е. А. Формирование молодых геосистем (на примере отвалов КМА) [Текст] : автореф. дис. ... канд. геогр. наук / Е.А. Михаленко. - М., 1990. - 23 с.

17. О рекультивации земель в степи Украины [Текст] / Под ред. Н.Е. Бекаревича. -Днепропетровск: Промшь, 1971. - 218 с.

18. Почвообразование в техногенных ландшафтах на лессовых породах [Текст] / Л.В. Етеревская, Л.В. Лехциер, А.Д. Михновская, Е.И. Лапта Техногенные экосистемы. Организация и функционирование. - Новосибирск: Наука, 1985. - С. 107-135.

19. Стифеев А.И. Рекультивация земель и почвообразование в техногенных ландшафтах КМА [Текст] : дис. ... д-ра с.-х. наук в форме науч. доклада / А.И. Стифеев. - Курск, 1993. - 56 с.

20. Сукачев В. Н. О некоторых основных вопросах фитоценологии [Текст] / В. Н. Сукачев Проблемы ботаники. Т. I. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - С. 449-464.

21. Титлянова А. А. Круговорот углерода в травяных экосистемах при зарастании отвалов [Текст] / А.А. Титлянова, Н.П. Миронычева-Токарева, Н.Б. Наумова Почвоведение. -

1988. №7. - С. 164-174.

22. Ужегова И. А. Начальные процессы почвообразования на отвалах Первоуральского месторождения железных руд [Текст] / И.А. Ужегова, Г.И. Махонина Почвоведение.

- 1984. - №11. - С. 14-21.

23. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы [Текст] / Уиттекер, Р.: пер. с англ. - М.: Прогресс, 1980. - 327 с.

24. Экологические основы рекультивации земель [Текст] / Под ред. Н. М. Черновой. - М.: наука, 1985. - 183 с.

25. Johnson C. Natural revegetation of 15 abandoned mine land sites in West Virginia [Text] / C. Johnson, J. Scousen О. Environ. Qual. - 1994. - V. 23. № 6. - P. 1224-1230.

26. Johnson C. Mine soil properties of 15 abandoned mine soil sites in West Virginia [Text] / C. Johnson, J. Scousen О. Environ. Qual. - 1995. - V. 24. № 4. - P. 635-643.