Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Изучение динамики экологического состояния техногенных ландшафтов (Литературный обзор) 10
1.1. Техногенные ландшафты - понятие, возникновение, экологические функции 10
1.2. Процессы почвообразования в техногенных экотопах 18
1.3. Формирование фитоценозов на самозарастающих отвалах ... 24
Глава 2. Методы и объекты исследования 36
Глава 3. Характеристика факторов лимитирующих скорость почвенных и биологических процессов (ландшафтообразующие факторы) 49
3.1. Геологическое строение естественной морфоструктуры и неорельефа 51
3.2. Литологическая характеристика породных отвалов 58
3.3. Особенности климатических условий лесостепной зоны 61
3.4. Современное состояние почвенного и растительного покрова естественных и техногенных ландшафтов 68
Глава 4. Формирование почвенного покрова и свойств почв 73
4.1. Географическое распределение эмбриоземов 75
4.2. Морфологические особенности разных типов эмбриоземов ... 80
4.3. Содержание органического вещества в эмбриоземах 88
4.4. Фракционный состав пород в эмбиоземах 95
4.5. Гранулометрический состав мелкозема эмбриоземов разных типов
4.6. Плотность твердой фазы, скелета и мелкозема
4.7. Гигроскопическая и полевая влажность
4.8. Кислотность почвенного раствора.
Глава 5. Закономерности развития растительного покрова на эмбриоземах 118
5.1. Общая флористическая характеристика растительности самозарастающих техногенных ландшафтов
5.1.1. Таксономический анализ флоры
5.1.2. Флора инициальных эмбриоземов. 128
5.1.3. Флора органо-аккумулятивных эмбриоземов 132
5.1.4. Флора дерновых эмбриоземов 135
5.1.5. Флора гумусово-аккумулятивных эмбриоземов 139
5.2. Хорологический, биоморфологический состав и вегетативная подвижность флоры эмбриоземов
5.2.1. Географический анализ флоры 143
5.2.2. Биоморфологический анализ флоры 145
5.2.3. Вегетативная подвижность флоры 151
5.2.4. Тип дессиминации флоры 154
5.3. Особенности эколого-фитоценотической характеристики растительности эмбриоземов 158
5.3.1. Экологические группы флоры эмбриоземов 158
5.3.2. Фитоценотический анализ флоры 164
5.4. Динамика запасов растительного вещества на эмбриоземах породных отвалов угольных разрезов лесостепной зоны
5.4.1. Запасы растительного вещества инициального эмбриозема 167
5.4.2. Запасы растительного вещества органо-аккумулятивного эмбриозема 170
5.43. Запасы растительного вещества дернового эмбриозема. 173
5.4.4. Запасы растительного вещества гумусово-аккумулятивного эмбриозема 176
5.5. Общие закономерности сингенетичных процессов почвообразования и развития растительного покрова на техногенном ландшафте лесостепной зоны
Выводы. 182
Библиографический список использованной литературы 184
Приложения 205
- Формирование фитоценозов на самозарастающих отвалах
- Современное состояние почвенного и растительного покрова естественных и техногенных ландшафтов
- Морфологические особенности разных типов эмбриоземов
- Динамика запасов растительного вещества на эмбриоземах породных отвалов угольных разрезов лесостепной зоны
Введение к работе
Актуальность проблемы
Последняя половина XX века характеризуется чрезмерным ростом антропогенной нагрузки на природную среду. Одной из глобальных экологических проблем является деградация и уменьшение площадей земельных ресурсов. За последние 25 лет земельный фонд страны уменьшился на 33 млн. га. Значителен уровень воздействия на земельные ресурсы горного производства. Землеемкость добычи угля в Кузбассе является одной из самых высоких в стране и превышает среднеотраслевую почти в 3 раза. Всего в Кузбассе нарушено около 100 тыс. га., из них предприятиями горнодобывающей промышленности 65,49 тыс, га. [ЭКО-бюллетень, 2000]. Общая площадь нарушенных при открытой разработке каменноугольных месторождений земель в Кузбассе составляет 55,3 тыс. га [Овденко, 2002]. Более 8 км3 горных пород вынесено на поверхность и сложено в отвалы [Баранник, Счастливцев, 1999; Андроханов, Овсянникова, Курачев, 2000]. В Кузбассе, как и в других регионах, темпы потери и отчуждения земель во многом превышают рекультивацию [Глебова, 2005а]. Для этого необходимо рекультивацию нарушенных земель в области проводить на площади как минимум 55 тыс. га, из них 30 тыс. га на выбывающих предприятиях и 25 тыс. га на работающих. Добыча одного миллиона тонн угля сопровождается в среднем нарушением 9 га земельных угодий, складированием на поверхности 1,8 млн. м3 твердых отходов, выбросом в атмосферу 2 тыс. т. вредных веществ [Красавин, 1987]. Ежегодно по стране в целом шахтами и разрезами угледобывающей отрасли выдается на поверхность и складируется в отвалы 1,3 млрд. м3 пород, горными работами нарушается до 8 тыс. га. земельных угодий [Акулов, 1989].
В настоящее время по данным Администрации Кемеровской области [ЭКО-бюллетень, 1999] угольная промышленность Кузбасского территориально - производственного комплекса представляет многоотраслевой
6 комплекс (более 100 предприятий, из них 78 шахт и 24 разреза), дающий более 40% российской добычи угля и более 70% добычи коксующихся углей, с дальнейшими перспективами развития открытой добычи угля.
Угольная промышленность создает мощное техногенное воздействие на окружающую среду. В результате развития горнодобывающей промышленности происходят необратимые отрицательные изменения в природных экосистемах, сопровождающиеся частичным или полным уничтожением почвенного и растительного покровов, нарушением гидрологического режима, загрязнением атмосферы и т.д., поэтому необходима активизация преобразования и возобновления утраченных природных ресурсов. Следовательно, необходимы исследования проблем восстановления поч вен но-э коло гических функций ландшафтов, нарушенных горнодобывающей промышленностью, их преобразование в ландшафты, которые будут характеризоваться высокой продуктивностью, будут иметь значительную социальную, хозяйственную ценность и актуальность.
Учитывая индивидуальную специфику каждого техногенного ландшафта, необходимо переходить от преобладающих в настоящее время инвентаризационных подходов в исследованиях техногенных комплексов к исследованиям методической направленности. Особенно важна разработка методов диагностики и оценки перспектив развития почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов, позволяющая прогнозировать масштабы экологических, хозяйственных последствий и подбирать технологические приемы их профилактики и исправления, т.е. рекультивации.
По окончании техногенеза на рекультивируемых территориях начинают развиваться почвенный и растительный покровы. При произвольном отвалообразовании, развитие почвенного и растительных покровов идет не фронтально, а парцеллярно. Установлено, что в парцеллах процессы почвообразования и развитие фитоценозов идут сингенетично и могут быть диагностированы по стадиям сукцессии фитоценоза, поэтому исследование
процессов формирования растительного покрова (флористического состава, биологической продуктивности, стадии развития фитоценоза) является легкодоступным способом диагностики и оценки скорости и полноты восстановления сингенетического почвообразования; а также для прогнозирования динамики экологического состояния ландшафта в целом:
Цели и задачи исследования. Основная цель данной работы - оценить количественные параметры, характеризующие сингенез-фазы почвообразования и соответствующей стадии сукцессии фитоценоза:
Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:
Провести морфологический анализ почвенного покрова исследуемых участков.
Проанализировать флористический- и фитоценотический: состав растительности техногенного ландшафта.
3; Определить запасы растител ьн ого вещества в эмбри озем ах разных типов. 4, У стано вить связь процес сов форм иро вания фито ценоза и почвообразо-
вания: 5: Выявить факторы, лимитирующие скорость сукцессии фитоценоза и
почвообразования. 6. Разработать метод оценки перспектив восстановления почвенно-экологических.функций.техногенных,ландшафтов. Научна» новизна. Впервые для самозарастающих породных отвалов угольных разрезов лесостепной зоны Кузбасса охарактеризован флористический состав эмбриоземов = разных типов. Приведен таксономический; биоморфологический, географический^ эколого-фитоценотический анализ видов растений в техногенном ландшафте в целом и для каждого типа эм-бриозема в частности. Новым является определение запасов надземного и подземного растительного вещества фито ценозов на различных стадиях сукцессии и фазах почвообразования. Определена методом крупномасштабного картографирования доля площадей эмбриоземов разных типов и
соответствующих им растительных сообществ. Показана связь сукцесси-онных биоценотических и сингенетичных им почвообразовательных процессов.
Научная и практическая значимость работы. Применение профильно-генетической классификации почв техногенного ландшафта позволило оценить ход и специфику почвообразовательных процессов. Выявлены особенности формирования фитоценозов и эмбриоземов на самозарастающих породных отвалах лесостепной зоны. Анализ флористического состава, биоморфологических и эколого-ценотических особенностей фитоценозов, различных стадий сукцессии позволяет оценить особенности развития сингенетичных почвенных и фитоценотических процессов. Показан рост запасов растительного вещества с каждой последующей стадией сукцессии и усложнение строения органогенной части профиля эмбриоземов. Определены характерные фитоценотические диагностические признаки эмбриоземов разных типов. Установленная сингенетичность почвообразовательных и фитоценотических процессов позволяет диагностировать почвенно-экологическое состояние техногенного ландшафта, прогнозировать его дальнейшее развитие и осуществлять экологический мониторинг.
Защищаемые положения.
Развитие почвенного и растительного покровов на начальных этапах контролируется абиогенными, главным образом, техногенными факторами. На более поздних этапах эволюции определяющее значение приобретают биогеоценотические свойства сообществ.
Сингенетичность стадий сукцессии фитоценозов и фаз почвообразования позволяет проводить фитоценотическую диагностику.типов эмбриоземов.
Апробация работы. Изложенные в диссертации материалы докладывались на научно-практических конференциях «Наука и образование» (Новокузнецк, 2000), (Новокузнецк, 2001); Международном совещании «Про-
блемы охраны растительного мира Сибири» (Новосибирск, 2001); IV Всероссийской конференции «Биологическая наука и образование в педагогических вузах (Новосибирск, 2005).
Публикация результатов исследования. Результаты исследования по теме диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, в том числе одна - в рецензируемом журнале «Вестник Томского государственного педагогического университета».
Личный вклад. Все растительные и почвенные образцы отбирались автором в течение пяти полевых сезонов. Гербаризация видов и обработка растительных образцов по разделению фитомассы в соответствии с их видовой принадлежностью, отмывание корней в полевых и лабораторных условиях, все почвенные исследования, а также анализ и обобщение полученной информации осуществлялось автором.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений. Она состоит из 183 страниц машинописного текста, иллюстрирована 46 таблицами и 15 рисунками, из них 10 фотографии. Библиографический список использованной литературы содержит 192 наименования, в том числе 15 иностранных источников.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность и сердечную признательность научному руководителю диссертационной работы д.б.н. В.М. Курачеву, а также всем сотрудникам лаборатории рекультивации почв ИГЛА СО РАН и своим коллегам кафедры ботаники КузГПА за ценные консультации, своевременные замечания и советы.
Формирование фитоценозов на самозарастающих отвалах
Образование техногенной экосистемы начинается с катастрофической сукцессии исторически сложившихся естественных биоценозов. В результате часть климаксовых экосистем трансформируется либо в агроценозы, либо в техногенные ландшафты. В настоящее время, по мнению А.А. Тит-ляновой, Н.А. Афанасьева, Н.Б. Наумовой и др. [1993], биогеоценотиче-ский покров биосферы представляет собой сложную мозаику антропогенных трансформатов, находящихся на различных стадиях разных типов сукцессии. Сукцессия как одна из форм динамики растительности является объектом изучения многих исследователей как в России [Раменский, 1938; Работнов, 1950, 1978, 1992; Воронов, 1973; Миркин, 1971, 1984, 1985, 1989; Разумовский, 1981; Одум, 1986; Титлянова, Афанасьев, Наумова, 1993; Миронова, 2000 и др.], так и за рубежом [Clements, 1916; Whittaker, 1975; Connel, Slatyer, 1977; Backens, 1992 и многие другие].
Автор теории сукцессии - Клементе [Clements, 1916] - считал сукцессию детерминированным направленным процессом, в ходе которого движущие силы сукцессии постепенно исчерпываются. Происходит приближение к равновесию, и экосистема переходит в климаксовое состояние. На конкретной территории сообщество с господством одних видов замещается сообществом с господством других видов, в результате изменения условий существования [Разумовский, 1981]. Ю. Одум [1986] выразил свое понимание су к цесс ионного процесса, определяя его как упорядоченный процесс развития сообщества, связанный с фундаментальным сдвигом потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленной на поддержание системы и биологического круговорота. По мнению А.А. Титля-новой, Н.А. Афанасьева и Н.Б. Наумовой [1993], в данной концепции вообще не рассматривается динамика видового состава сообщества; сукцессию надо понимать как процесс, закономерно меняющий все структуры экосистемы и ведущий к накоплению углерода и питательных элементов в компонентах, к сильным симбиотическим взаимодействиям, к увеличению обратных связей, к повышению сложности и устойчивости экосистемы.
Наиболее зримо сукцессии в экосистеме проявляются в смене растительности — в изменении видового состава и замещении одних доминантов другими. Антропогенная нагрузка, полночленность экосистемы, положение в рельефе и т.д. будут определять особенности смены растительности. Выделяют типы сукцессии - первичные и вторичные. В ходе первичной сукцессии происходит развитие экосистемы от нулевого состояния, когда на освободившейся поверхности вновь формируются все компоненты. Под вторичной сукцессией понимается развитие экосистемы в каком-либо направлении, в результате нарушения одного или нескольких компонентов. Процесс зарастания отвалов является примером первичной сукцессии, т.е. это процесс заселения территории растениями, процесс борьбы между ними за территорию и средства жизни и процесс сживания растений и формирования взаимоотношений между ними [Сукачев, 1975].
В настоящее время описанию процессов формирования растительного покрова и особенностям сингенетичных сукцессии посвящено большое количество работ, охватывающих широкий географический спектр объектов исследования промышленно развитых районов страны. Вопросы формирования почвенно-растительного покрова на техногенных ландшафтах получили свое развитие на Украине [Тарчевский, 1959, 1967, 1970; Бакланов, 1971; Бондарь, 1974; Бондарь, Додатко, 1975; Булава, 1990; Бекаревич, Масюк, Чабан, 1992], Урале [Махонина, Чибрик,Л975, 1978; Горчаковей, 1979; Растительный мир Урала..., 1985; Чибрик, Елькин, 1989; Биологическая рекультивация..., 1997], Дальнем Востоке [Куренцова, 1973; Кириллов, Крупская, Саксин, 2004]. В северных регионах исследования ведутся на нарушенных территориях Карелии, Республики Коми, Якутии [Крючков, 1973; Дружинина, 1985; Груздев, Умняхин, 1984; Груздев, Дегтева, Мартыненко и др., І 989; Миронова, 1982, 1999, 2000]. Ход естественного зарастания техногенных ландшафтов и развитие сингенетических сукцессии на породных отвалах Кузбасса изучается более 30 лет [Рекультивация..., 1970; Баранник, 1974; Щербатенко, Шушуева, 1974; Кандрашин, 1975, 1979, 1988; Шербатенко, Кандрашин, 1977; Шушуева, 1977; Куприянов, Баранник, Захаров, 1996; Баранник, Счастливцев, 1999; Манаков, 2000 и др.].
Рассматривая процесс формирования фитоценоза до вступления в стабильное состояние (климакс), выделяют различные варианты стадии первичных сукцессии, Ф. Клементе [Clements, 1916, 1938], в толковании Б.М. Миркина и ПС. Розенберга [1978], различает шесть стадий: миграция (нанос зачатков), агрегация (размножение зачатков), эцезис (приживание растений), реакцию (эффект взаимного влияния растений), конкуренцию (следствие реакции), стабилизацию (выработку устойчивых структур, способных к саморегуляции). К. Прах [Prach, 1987] [по Миронычевой-Токаревой, 1998] выделяет пять стадий, среди которых три - смена однолетников. Исследование процессов естественного зарастания нарушенных земель Белоруссии позволило В.П. Мацко [1988] выявить три су кцес с ионные стадии: инициальную, переходную и заключительную. Многие специалисты используют схему Л.Г. Щенникова [1964], в которой выделяется так же три главных этапа: первый — пионерной группировки (характеризуется отсутствием существенных взаимоотношений между растениями); второй - групповое зарослевое сообщество (появляются определенные взаимоотношения между растениями); третий — диффузное сообщество (смешанный характер взаимоотношений, узоры распределения отдельных видов соответствуют уровню конкуренции между элементами сообщества).
Также отмечаются три стадии сингенетических сукцессии, имеющие место в благоприятных условиях на отвалах в Подмосковном бассейне Л.В. Моториной, Т.И. Ижевской [1973]. В первые 5-6 лет образуется мозаичный несомкнутый растительный покров, состоящий из неприхотливых растений с широкой экологической амплитудой и высокой воспроизводительной способностью. Это преимущественно представители рудеральной флоры. Зональные черты при естественном зарастании начинают проявляться уже на 3-й, 4-й год. Следующая стадия определяется в возрасте от 5 - 6 до 10 — 12 лет. В этот период формируются сложные многовидовьте сообщества (30 - 50 видов) с более четко выраженными зональными чертами. Усложняется структура: одно-, двухъярусные ценозы сменяются многоярусными. В лесной и лесостепной зонах формируются древесно-кустарниковые ценозы.
Современное состояние почвенного и растительного покрова естественных и техногенных ландшафтов
Среда обитания и сообщество любых живых организмов, объединенных в единое функциональное целое, составляют экосистему. Если среда понимается как часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие, также обеспечивающая их всеми необходимыми веществами, то условия существования экосистемы следует понимать как совокупность элементов среды, с которыми они находятся в неразрывном единстве [Степановских, 2001]. Между компонентами экосистемы возникают взаимозависимые и причинно-следственные связи, которые будут определять развитие экосистемы в целом и регулироваться факторами, являющимися движущей силой всех процессов, происходящих в ней [Реймерс, 1990].
В результате процессов техногенеза (особенно отрытого способа разработки месторождений) происходит нарушение исторически сложившихся взаимосвязей факторов географической среды, поэтому вычленяется роль каждого отдельного фактора в развитии почвенных и биологических процессов на техногенных ландшафтах, хотя «...существование и успех любого организма или любой группы организмов зависит от комплекса определенных условий...» [Одум, 1986, стр. 248]. Действие одного фактора зависит от уровня других, при комплексном воздействии факторов среды часто можно видеть «эффект замещения» [Степановских, 2001, стр. 46], который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов.
Все факторы или условия среды классифицируются по времени (эволюционные, исторические, действующие), по происхождению (космические, биологические, антропогенные и т.д.), по характеру (информационные, физические, химические, комплексные и др.), по среде возникновения (атмосферные, водные, эдафические, биопенотические и др.), по условиям среды и степени воздействия.
Все многообразие экологических факторов подразделяется на две основные группы: абиотические и биотические [Степановских, 2001] или совокупность условий неорганического мира и опосредованное воздействие живых организмов. Главными факторами на естественных ландшафтах, при участии и взаимодействии которых формируется почвенный покров, являются материнская порода, климат, рельеф, биота и время. Одни (климат и б йота) определяют общую (био Клим ато генную) зональность почв, другие (порода, рельеф и возраст) - геогенную множественность почв [Ершов, 1999]. К фоновым факторам в естественных ландшафтах относят отдельные факультативные факторы (мерзлота, почвенно-грунтовые воды и т.д.), которые на техногенных ландшафтах не будут играть существенной роли, либо вообще могут отсутствовать (например, уровень грунтовых вод).
Развитие техногенного ландшафта будет регулироваться экологическими факторами, обусловленными техногенезом и прежде всего литоген-ной и техногенной специфичностью субстрата [Моторина, Ижевская, 1967; Рагим-заде, Трофимов, Щербатенко и др., 1977; Федотов, 1978; Трофимов, Наплекова, Кандрашин и др., 1986; Трофимов, Таранов, 1987; Ан-дроханов, Овсянникова, Курачев, 2000; Махонина, 2003; Андроханов, Ку-ляпина, Курачев, 2004 и др.). Несмотря на антропогенность базовых факторов, техногенный ландшафт постепенно трансформируется в естественный или природный, но длительность периода трансформации для каждого местообитания определенная. Чтобы оценить скорость и направленность почвообразовательных и фитоценотических процессов техногенной экосистемы, необходимо выявить основные факторы, которые регулируют развитие этих процессов. Помимо основных абиотических и биотических факторов, развитие сингенетичных процессов будет зависеть и от ограничивающих факторов [Одум, 1986], то есть от приближения условий к пределу толерантности. Ограничивающим или лимитирующим фактором может быть как главный фактор, так и сопутствующий, который в различных физико-географических условиях может меняться и будет ограничивать скорость смены стадий сукцессии. Специфичность образования техногенного ландшафта определила приоритет влияния абиотических факторов: геологического строения естественной морфоструктуры, которая подверглась техногенному преобразованию; техногенного неорельефа; литологическо-го состава вскрышных пород; гидротермических условий среды.
Ведущим биологическим фактором, контролирующим развитие растительного покрова в техногенном ландшафте, является близость ненарушенных экосистем, от которых зависит обеспеченность количественного и качественного видового состава зачатков и диаспор растений, поселяющихся на первичные экотопы.
Все факторы в природе тесно взаимосвязаны и образуют экологические комплексы, обусловленные сопряженным развитием их компонентов [Глебова, 2006]. Для абстрагированного понимания элементарных почвообразовательных процессов и сингенетичных им процессов смены стадии сукцессии необходимо конкретное описание главных факторов. Анализ функционально важных факторов позволит предсказать результат трансформации почвенных и биологических процессов, диагностировать и прогнозировать их дальнейшее развитие.
Морфологические особенности разных типов эмбриоземов
В почвообразовании и формировании растительного покрова роль рельефа получает отражение в развитии эрозионных процессов. Наибольшее влияние оказывает фактор экспозиции. Наличие контрастных по гидротермическим условиям экспозиции склонов является причиной разнокачественных гипергенных процессов. Ветроударные склоны южной и западной экспозиции наиболее подвержены плоскостной и струйчатой эрозии, поэтому покрыты легкоподвижным чехлом хряще вато-щебн истого элювио-делювия и постоянно подвергаются эрозионному обновлению [Кандрашин, 1988]. По данным Л.П. Баранника [1974], уменьшению линейного размыва способствует промерзание поверхности элювия, неглубокая плоскостная эрозия не вызывает образование глубоких промоин. Существенную средообразующую роль играет температурный режим. Количество тепла зависит от угла падения солнечных лучей. Перпендикулярно к солнечным лучам располагаются склоновые поверхности, наибольший максимум тепла получают склоны южной экспозиции, где температура в полуденное время может превышать +40С (максимальная +56"С). В местах выхода темноцветных углесодержащих пород температура субстрата на глубине 0 - 5 см достигает до 60 - 65С [Баранник, Щербатенко, 1977], что является не просто лимитирующим условием, а будет определять летальный исход поселяющихся растений. Склоны других экспозиций северного полушария получают меньшее количество тепла, причем северные - наименьшее, восточные и западные характеризуются примерно одинаковым. На распределение солнечного тепла оказывает влияние ветровой режим зоны, преобладание юго-западных ветров обусловливает наименее благоприятные условия западных склонов (выдувание снега в зимний период, наибольшая глубина промерзания, увеличение количества испаряющейся влаги). Наиболее благоприятные условия для развития почвенных и биологических процессов складываются на склонах северных и восточных экспозиций умеренной зоны, что подтверждается многими исследователями [Таранов, Клевенская, Щербатенко и др., 1974; Шушуева, 1977; Баранник, Щербатенко, 1977; Рагим-заде, Трофимов, Щербатенко и др., 1977; Клевенская, Таранов, Трофимов и др., 1985; Баранник, 1991; Андроханов, Овсянникова, Курачев, 2000; Манаков, 2000; Махонина, 2003 и др.]. Это выражается в увеличении скорости смены стадий сукцессии. На склонах южной и западной экспозиции угольных отвалов лесостепной зоны сохраняются разнотравные и донниково-разнотравные простые растительные группировки на органо-аккумулятивных эмбриоземах, склоны и плакорные участки северных и восточных экспозиций характеризуются преобладанием злаково-бобовых, злаково-разнотравных и разнотравно-бобовых группировок на дерновых и гумусово-аккумулятивных эмбриоземах. Крутосклоновые участки неорельефа определяют сохранение инициальных стадии сукцессионных процессов. Различия экотопических условий наименее выражены в аккумулятивной зоне [Титлянова, Афанасьев, Наумова, 1993], несмотря на некоторую преобладающую влажность аккумулятивных позиций северных и восточных склонов, сукцессионные процессы проходят интенсивнее на выровненных участках нижних частей склонов любой экспозиции.
Гравитационное перемещение материала происходит не только на поверхности субстрата, но и внутри его. В результате перемещения мелкозема происходит его накопление на глубине 10-70 см. на пологих сильно прогреваемых южных и юго-западных склонах за счет вмывания мелких фракций по крупным некапиллярным порам [Кандрашин, 1988], что будет способствовать уплотнению субстрата.
Рассмотренные выше факторы определяют возникновение разнокачественных условий, на поверхности техногенного ландшафта образуются экологические ниши с различными режимами увлажнения, теплообеспе-ченности, и как следствие, континуум формирующегося растительного и почвенного покрова нарушается. Фрагментарность определяет асинхрон-ность смены стадий сукцессии на географически близких местообитаниях, но отличающихся комплексом экологических условий.
Современный структурно-тектонический план Кузнецкого прогиба сложился в результате его многофазного тектонического развития и сложного взаимоотношения с окружающими горными сооружениями. В геологическом строении Кузнецкий прогиб представляет собой синклинальную складку огромных размеров, которая осложнена дизъюнктивными нарушениями (вторичными складками). Складкообразование в Кузнецком прогибе произошло в основном в древнекиммерийскую фазу. В новокиммерийскую фазу продолжалось некоторое усложнение ранее созданной системы складок. Образовались новые пологие складки в осадках юры и произошло перемещение отдельных блоков по древним разломам. Девонские отложения составляют дно и борта этой структуры, породы нижнего карбона обнажаются по периферии бассейна [Файнер, 1969]. Регрессия моря и погребение лесов тропического типа терригенными осадками дало начало образованию угольных пластов, чередующихся с безугольными свитами [Попов, Рагим-заде, Трофимов, 1970]. Более молодые карбоновые отложения, которые вместе с пермскими толщами образуют две серии — ба-лахонскую и кальчугинскую. Нижняя балахонская серия (Ci - Pi) сложена карбонатными толщами, песчаниками, алевролитами, конгломератами, молодая верхнебалахоріская подсерия представлена терригенными отложениями разнообразного состава. Толщи балахонской серии содержат богатейшие залежи угля (до 10 - 15 м). Пласты калчугинской серии (Р2) сложены грубыми песчаниками и конгломератами, в более молодых слоях отмечено обилие аргиллитов, алевролитов, встречаются известняки и пласты каменного угля. Осадки четвертичного возраста представлены лессовидными желто-бурыми суглинками, распространенными по всему Кузнецкому прогибу.
Динамика запасов растительного вещества на эмбриоземах породных отвалов угольных разрезов лесостепной зоны
В условиях весьма динамичного наступления промышленных отвалов на естественные ландшафты все более глобальное значение приобретает тех но педогенез, который по темпам и скорости доминирует над природным почвообразованием и приводит к формированию специфических почвенных структур, отличающихся формой и характером эволюции на всех уровнях организации [Терентьев, Суханов, 1996].
Как уже отмечалось, интенсивность почвообразования в техногенных ландшафтах зависит от ряда условий: свойств и состава почвообразующих пород, типа растительности, рельефа, микроклиматических условий в местообитании. Некоторые ученые выделяют роль времени почвообразования [Таргульян, Соколов, 1978; Бурыкин, 1980 и др.], что расценивается как изменяемость почв во времени [Роде, 1947; Соколов,1984] и зависимость почвенных свойств от длительности почвообразования. Почва, имеющая зрелый профиль [Дюшофур, 1970] или достигшая типичного строения и полной дифференциации профиля [Ковда, 1973], пришла в равновесие с факторами-почвообразователями за какое-то характерное время.
При анализе почвенно-экологических закономерностей развития почвенного покрова в техногенных ландшафтах разные авторы используют свои подходы. А.А. Титлянова с соавторами [1993] неспланированные отвалы рассматривает как формирующиеся катены, с разделением их положения в рельефе на элювиальную, транзитную и аккумулятивную позиции. Ю.А. Манаков [2000] при проведении исследований растительного покрова выделяет несколько групп местообитаний по степени благоприятности (благоприятные, умеренно благоприятные и неблагоприятные). Г.И. Махо-нина [2003] рассматривает экологические аспекты почвообразования в зависимости от породного месторождения и возраста почв па отвалах, расположенных в различных природных зонах. Если рассматривать экологическое пространство как абстрактное многомерное пространство, в котором в качестве координат выступают факторы почвообразования, то тогда реальное экологическое пространство и есть совокупность современных комбинаций факторов. При направленной последовательной смене факторов почвообразования происходит последовательная смена почв в экологическом пространстве, т.е. экологическая секвентность [Соколов, 1985]. Экологическая ниша- часть экологического пространства, занятая интересующим нас объектом, развивающегося под совокупным влиянием всех комбинаций факторов, при котором возможно формирование данного объекта.
Эти понятия широко применяются для выяснения конкретных поч-венно-экологических закономерностей, В географии почв принимается во внимание не только характеристика объекта, но и его пространственная локализация (конфигурация), распространенность, площадь, которую он занимает, и т.п.
Следуя терминологии А.И. Соколова [1985], местообитание любого эмбриозема с сингенетичной ему растительной группировкой, сформированных при определенной комбинации факторов среды, пространственно совпадает с конкретной экологической нишей или занимает по своей географической сущности элементарный географический ареал [Андроханов, Куляпина, Курачев, 2004]. При-совпадении комбинации факторов почво-образователей образуются экологические ниши, характеризующиеся однотипным почвенным и растительным покровами, находящимися на какой-то определенной стадии развитии сукцессии. Соответственно, каждый тип эмбриозема, несмотря на большую мозаичность техногенного ландшафта, будет приурочен к местообитанию в экологическом пространстве с характерным набором факторов почвообразования, которые будут либо способствовать развитию почвенных процессов в частности и сукцессионных процессов вообще (экологически позитивные факторы), либо тормозить (экологически негативные факторы). 4.1. Географическое распределение эмбриоземов
Несмотря на высокую динамичность развития почвенного покрова, особенно в первые 20 лет, выраженную изменением структуры и соотношением площадей, занимаемых тем или иным типом эмбриозема, методом крупномасштабного картографирования выявлена доля занимаемой площади каждым типом эмбриозема в исследуемом техногенном ландшафте (рис. 5). Многочисленные исследования показали, что темпы эволюции почв с течением времени изменяются. На ранних стадиях посттехногенного развития процесс почвообразования более динамичен, на более поздних стадиях - замедляется. В местообитаниях с наиболее благоприятными поч-вообразующими условиями скорость эволюции выше, и выражена в смене фаз почвообразования от инициальной до гумусово-аккумулятивной. При наименее благоприятных условиях или присутствии какого-либо лимитирующего фактора (экологически негативного) почвообразование замедляется или может затормозиться на инициальной фазе технопедогенеза, независимо от возраста отвала (табл. 3).
Фрагментарность покрова определяет асинхронность смены стадий сукцессии. На одинаковых по возрасту отвалах могут развиваться эмбрио-земы с сингенетичными им растительными группировками различных стадий сукцессии [Глебова, 20056].
Смена стадий сукцессии, от пионерной растительности на инициальном эмбриоземе до замкнутого фитоценоза на гумусово-аккумулятивном эмбриоземе происходит в прагматически приемлемое время - 20 лет [Гад жиев, РСурачев, Андроханов, 2001]. На старых отвалах (более 20 лет) сформированы гумусово-аккумулятивные эмбриоземы, но и на средневозрастных отвалах (10-20 лет) отмечены определенные местообитания с такими же эмбриоземами, что свидетельствует о влиянии на процесс почвообразования не только фактора времени, но и благоприятных абиогенных факторов.