Трансформация экосистем (), 34-53

Эколого-химические свойства почв на самозарастающих угольных отвалах лесостепной зоны Западной Сибири

Бачурин Т.С., Митракова Н.В. , Госсен И.Н.

Изучены почвы и растительность отвалов угледобычи Кузбасского угольного бассейна, оставленные под самозарастание. Исследование проведено в 2024–2025 гг. На отвалах диагностированы 4 типа почв, представляющих различные стадии почвообразования: эмбриоземы инициальный, органо-аккумулятивный, дерновый и гумусово-аккумулятивный. Проведено морфологическое описание почв, изучен их фракционный состав, актуальная и обменная кислотность, содержание органического вещества, активность каталазы и уреазы, микроэлементный состав. Рассчитан суммарный показатель загрязнения (Zc) и индекс геологического накопления элементов в почвах (Igeo). Выявлено преобладание фракции мелкозема во всех типах эмбриоземов, кроме инициального. Отмечено снижение плотности и щелочности исследуемых почв с развитием растительной группировки. Наблюдалось высокое содержание органического вещества в эмбриоземах из-за включения углистых частиц. Активность каталазы и уреазы увеличивалась по мере развития почвы. Согласно величине Zc, поверхностные слои (0–10 см) эмбриоземов характеризуются допустимым уровнем загрязнения. Igeo показал слабое загрязнение почв свинцом, медью и никелем, а также сильное загрязнение мышьяком.

Т. С. Бачурин
Пермский государственный национальный исследовательский университет
614068, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15


Н. В. Митракова
Пермский государственный национальный исследовательский университет
614068, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15

mitrakovanatalya@mail.ru

И. Н. Госсен
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
630090, Россия, г. Новосибирск, пр-кт ак. Лаврентьева, д. 8/2

Акулов, А.О., 2014. Влияние угольной промышленности на окружающую среду и перспективы развития по модели декаплинга. Регион: экономика и социология 1 (81), 272–288.
Андроханов, В.А., 2005. Почвенно-экологическое состояние техногенных ландшафтов: динамика и оценка. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук. Новосибирск, Россия, 379 с.
Андроханов, В.А., Куляпина, Е.Д., Курачев, В.М. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция, 2004. Издательство Сибирского отделения РАН, Новосибирск, Россия, 151 с.
Беланов, И.П., Семина, И.С., Шипилова, А.М., 2013. Почвенно-экологическое состояние естественных ландшафтов в районе интенсивной добычи каменного угля. Горный информационно-аналитический бюллетень 10, 308–313.
Богуславский, А.Е., Андроханов, В.А., Колмагорова, Ю.О., Ужогова, А.А., Госсен, И.Н., Исаева, О.П., 2021. Геохимический фон тяжелых металлов в почвах и растениях на участках отвалов угольных месторождений. Известия Алтайского отделения Русского географического общества 2, 40–50. https://doi.org/10.24412/2410-1192-2021-16104
Брагина, П.С., 2016. Почвообразование на отходах горнодобывающих предприятий Кемеровской области. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук. Москва, Россия, 156 с.
Брагина, П.С., Цибарт, А.С., Завадская, М.П., Шарапова, А.В., 2014. Почвы на отвалах вскрышных пород в лесостепной и горно-таежной зонах Кузбасса. Евразийское почвоведение 7 (47), 878–889.
Вальков, В.Ф., Елисеева, Н.В., Имгрунт, И.И., Казеев, К.Ш., Колесников, С.И., 2004. Справочник по оценке почв. ГУРИПП “Адыгея”, Майкоп, Россия, 236 с.
Воробьева, Е.Е., Фотина, Н.В., Асякина, Л.К., Осинцева, М.А., Просеко, А.Ю., 2023. Оценка химических и санитарных показателей грунтов угольных отвалов юга Кузнецкой котловины. Трансформация экосистем 5 (4), 83–97. https://doi.org/10.23859/estr-220603
Гиззатова, Г.Л., Шипаева, Т.А., 2016. Уреаза – ключевой фермент биодеградации мочевины. Международный научно-исследовательский журнал 45 (3), 88–90.
Госсен, И.Н., Беланов, И.П., 2011. Гранулометрический состав эмбриоземов в техногенных ландшафтах лесостепной зоны Кузбасса. Сибирский экологический журнал 18 (5), 713–718.
Евдокимова, Г.Л., Калмыкова, В.В., 2008. Биологическая активность рекультивированных промышленных отвалов в условиях северной тайги. Агрохимия 1, 63–67.
Зиновьева, О.М., Колесникова, Л.А., Меркулова, А.М., 2020. Анализ экологических проблем в угледобывающих регионах. Уголь 10, 62–67. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2020-10-62-67
Зинченко, М.К., Зинченко, СИ., 2020. Мониторинг ферментативной активности уреазы в серых лесных почвах Верхневолжья. Земледелие 6, 21–24.
Зинченко, М.К., 2021. Мониторинг активности каталазы в серой лесной почве Верхневолжья. Владимирский земледелец 1 (95), 7–11.
Исмаилов, Г.М., Логвиненко, Е.Е., Слободенюк, А.И., Дроздова, Е.А., Корехова, А.Р., 2023. Влияние угольной промышленности на экологическую безопасность Кузбасса. Сборник материалов VI Международной научно-практической конференции «Вызовы глобализации и развитие цифрового общества в условиях новой реальности». Москва, Россия, 136–141.
Калинина, А.В., Гермонова, Е.А., 2018. Геостратегическая визуализация фитоценозов породных отвалов угольных шахт г. Макеевки в условиях самозарастания и рекультивации. Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона 3, 28–34.
Касимов, Н.С., Власов, Д.В., 2015. Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии. Вестник Московского университета. Серия 5. География 2, 7–17.
Колпакова, Д.Е., Милентьева, И.С., Асякина, Л.К., Фотина, Н.В., Просеков, А.Ю., 2024. Особенности минералогического состава техногенных почв угольных отвалов Кузбасса. Юг России: экология, развитие 19 (2), 92–103. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2024-2-9
Копытов, А.И., Куприянов, А.Н., 2019. Новая стратегия развития угольной отрасли Кузбасса и решение экологических проблем. Уголь 11, 89–93. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-89-93
Курачев, В.М., Андроханов, В.А., 2002. Классификация почв техногенных ландшафтов. Сибирский экологический журнал 9 (3), 255–261.
Кутепов, Ю.И., Кутепова, Н. А., Васильева, А. Д., Мухина, А. С., 2021. Инженерно-геологические и экологические проблемы при эксплуатации и рекультивации высоких отвалов на разрезах Кузбасса. Горный информационно-аналитический бюллетень 8, 164–178. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_8_0_164
Меркурьев, В.В., Косинский, П.Д., Томилин, К.В., 2021. Экономические последствия развития угледобывающей отрасли региона: оценка эколого-экономических потерь. Уголь 11, 19–24. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2021-11-19-24
Новоселова, Е.И., Волкова, О.О., 2017. Влияние тяжелых металлов на активность каталазы разных типов почв. Известия ОГАУ 2 (64), 190–193.
Новоселова, Е.И., Тухватуллина, А.Ф., 2009. Роль ферментативной активности в осуществлении почвой трофической функции в условиях нефтяного загрязнения. Вестник ОГУ 6, 592–593.
Овсянникова, С.В., Середина, В.П., Беннер, М.В., 2020. Эколого-геохимическое состояние территории Талдинского каменноугольного месторождения. Сборник материалов VII Международной научной конференции «Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове». Томск, Россия, 280–283.
Перевощикова, А.А., Малышкина, Е.Е., Митракова, Н.В, 2023. Анализ микроэлементного состава почв рекультивированных отвалов Кизеловского угольного бассейна. Уголь 12, 85–91. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-12-85-91
Середина, В.П., Алексеева, Т.П., Сысоева, Л.Н., Трунова, Н.М., Бурмистрова, Т.И., 2012. Исследование процессов формирования органического вещества в нарушенных при угледобыче почвах. Вестник Томского государственного университета 1 (17), 18–31.
Терехова, В.А., 2007. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. Наука, Москва, Россия, 215 с.
Трофимов, С.С., 1975. Экология почв и почвенные ресурсы Кемеровской области. Наука, Сибирское отделение, Новосибирск, СССР, 300 с.
Удодов, Ю.В., 2017. Геолого-геоморфологическая характеристика и полезные ископаемые Кемеровской области. Вестник Кемеровского государственного университета 2 (1), 53–59.
Хазиев, Ф.Х., 1982. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. Наука, Москва, СССР, 202 с.
Хазиев, Ф.Х., 1990. Методы почвенной энзимологии. Наука, Москва, СССР, 192 с.
Хлонов, Ю.П., 1979. Деревья и кустарники юго-восточной части Западной Сибири. Наука, Сибирское отделение, Новосибирск, СССР, 127 с.
Abliz, A., Shi, Q., Keyimu, M. Sawut R., 2018. Spatial distribution, source, and risk assessment of soil toxic metals in the coal-mining region of northwestern China. Arabian Journal of Geosciences 11, 1–13. https://doi.org/10.1007/s12517-018-4152-8
Bai, D.-s., Wang, Yi-w., Yang, X., Lai, J.-l., Luo, X.-g., 2022. Effects of long-term (10 years) remediation of Caragana on soil enzyme activities, heavy metals, microbial diversity and metabolic spectrum of coal gangue. Ecological Engineering 181, 46–58. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2022.106679
Biswas, A., Hendry, M.J., Essilfie-Dughan, J., Day, S., Villeneuve, S.A., Barbour, S.L., 2022.
Geochemistry of zinc and cadmium in coal waste rock, Elk Valley, British Columbia, Canada. Applied Geochemistry 136, 105148. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2021.105148
Chakraborty, P., Wood, D.A., Singh, S., Hazra, B., 2023. Trace element contamination in soils surrounding the open-cast coal mines of eastern Raniganj basin, India. Environmental Geochemistry and Health 45, 7275–7302. https://doi.org/10.1007/s10653-023-01556-1
Dutta, S., Jain, M. K., Kumar, D., 2025. Evaluation of soil heavy metals in Raniganj open-cast coal mines in India: Spatial distribution, Positive Matrix Factorization and Monte Carlo Simulation. Process Safety and Environmental Protection 194, 1038–1055. https://doi.org/10.1016/j.psep.2024.12.039
Islam, N., Rabha, S., Subramanyam, K.S.V., Saikia B.K., 2021. Geochemistry and mineralogy of coal mine overburden (waste): A study towards their environmental implications. Chemosphere 274, 129736. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129736
Ghrefat, H.A., Abu-Rukah, Y., Rosen, M.A., 2011. Application of geoaccumulation index and enrichment factor for assessing metal contamination in the sediments of Kafrain dam, Jordan. Environmental Monitoring and Assessment 178 (1–4), 95–109. https://doi.org/10.1007/s10661-010-1675-1
Kumar, S., Maiti, S.K., Chaudhuri, S., 2015. Soil development in 2–21 years old coalmine reclaimed spoil with trees: A case study from Sonepur-Bazari opencast project, Raniganj Coalfield, India. Ecological Engineering 84, 311–324. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.09.043
Li, J., Zhou, X., Yan, J., Li, H., He, J., 2015. Effects of regenerating vegetation on soil enzyme activity and microbial structure in reclaimed soils on a surface coal mine site. Applied Soil Ecology 87, 56–62. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2014.11.010
Liu, C., Song, Y., Dong, X., Wang, X., Ma, X., Zhao, G., Zang, S., 2021. Soil enzyme activities and their relationships with soil C, N, and P in peatlands from different types of permafrost regions, Northeast China. Frontiers in Environmental Science 9, 456–468. https://doi.org/10.3389/fenvs.2021.670769
Martinez, L.L.G., Poleto, C., 2014. Assessment of diffuse pollution associated with metals in urban sediments using the geoaccumulation index (I-geo). Journal of Soils and Sediments 14 (7), 1251–1257. https://doi.org/10.1007/s11368-014-0871-y
Nadudvari, A., Kozielska, B., Abramowicz, A., Fabianska, M., Ciesielczuk, J., Cabala, J., Krzykawski, T.,
2021. Heavy metal-and organic-matter pollution due to self-heating coal-waste dumps in the Upper
Silesian Coal Basin (Poland). Journal of Hazardous Materials 412, 125–244. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125244
Pulikova, E.P., Demin, K.A., Ivanov, F.D., Gorovtsov, A.V., Rajput, V.D. et al., 2024. Soil physicochemical and microbial properties affect nitrogen cycling in technogenically transformed coal dump soils. Applied Soil Ecology 202, 25–37. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105562
Siddique, Md.A.B, Alam, Md.K., Islam, S., Diganta, M.T.M., Akbor, Md.A. et al., 2020. Apportionment of some chemical elements in soils around the coal mining area in northern Bangladesh and associated https://doi.org/10.1016/j.enmm.2020.100366
Singh, K.N., Narzary, D., 2021. Geochemical characterization of mine overburden strata for strategic overburden-spoil management in an opencast coal mine. Environmental Challenges 3, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100060
Wander, М., 2009. Measures of soil biology and biological activity. Agriculture 10, 15–21.
Yuan, Y., Zhao, Z., Niu, S., Li, X., Wang, Y., Bai, Z., 2018. Reclamation promotes the succession of the soil and vegetation in opencast coal mine: A case study from Robinia pseudoacacia reclaimed forests, Pingshuo mine, China. Catena 165, 72–79. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.01.025