Введение к работе
Актуальность. Накопившиеся в результате многолетней деятельности человека глубокие негативные изменения в экологическом состоянии антропогенно преобразованных экосистем актуализируют комплексные исследования в области экологического мониторинга - прежде всего на территориях с высоким уровнем антропогенной нагрузки, ярким примером которой является мегаполис («Агроэкология», 2000, Васенев, Бузылев и др., 2010).
Крупнейшим мегаполисом Европы является Москва, экологический каркас которой формирует крупные лесные экосистемы, традиционно встроенные в территориальную организацию города. Особое положение среди них занимает Лесная опытная дача РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, на которой уже около 150 лет проводятся систематизированные экологические наблюдения (Мосина, 2003, Васенев и др., 2007, Наумов, 2009, Яшин и др., 2010).
Одной из основных экологических проблем московского мегаполиса является загрязнение городских экосистем тяжелыми металлами (ТМ). Пространственное распределение ТМ в почвах города характеризуется очень высокой дифференциацией, обусловленной сложным комплексом факторов техногенного воздействия при не менее сложной организации природных и антропогенных структур почвенного покрова.
В этих условиях (при проведении экологического мониторинга почв по загрязнению их ТМ) особенно важно опираться на хорошо обоснованную систему местных контрольных объектов почв, традиционно выбираемых на территориях особо охраняемых природных объектов (ООПТ). При их обосновании особое внимание необходимо обращать на регионально типологические закономерности пространственно-временной изменчивости содержания и поведения ТМ в почвах различных компонентов крупномасштабных и детальных структур почвенного покрова.
Цель: Провести комплексные исследования основных закономерностей пространственно-временной изменчивости содержания тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах Лесной опытной дачи (ЛОД) РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и, на основе их анализа, дать количественную оценку внутрибиогеоценотическо-го варьирования доминирующих факторов техногенного загрязнения и экологического состояния почв по содержанию и поведению в них тяжелых металлов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Функционально-экологическая типизация ландшафтов Лесной опытной дачи с выделением в ней элементарных геохимических ландшафтов и зон различной антропогенной нагрузки.
Анализ валового содержания тяжелых металлов (Cd, Pb, Zn, Си) в верхних горизонтах почв и растительности Лесной опытной дачи на представительных ключевых участках и трансектах, идущих от периферии к центру лесного массива.
3. Проведение мониторинговых наблюдений за трехлетней динамикой
содержания тяжелых металлов в снежном покрове и верхних горизонтах исследуемых
дерново-подзолистых почв.
Оценка экологического качества исследуемых почв по содержанию в них тяжелых металлов, базовым характеристикам почвенного поглощающего комплекса и интегральной микробиологической активности.
Сравнительный анализ природных и техногенных доминирующих факторов пространственно-временной изменчивости содержания тяжелых металлов в исследуемых дерново-подзолистых почвах ЛОД.
Научная новизна. В результате исследований выявлены регионально типологические закономерности влияния принципиального пространственного разнообразия дерново-подзолистых почв представительных экосистем Лесной опытной дачи на накопление тяжелых металлов в их верхних горизонтах и растительности. Дана оценка функционально-экологического состояния почв разного уровня загрязнения и различных элементов ландшафта - по поведению в них ТМ, интегральной микробиологической активности почв, качеству их почвенного поглощающего комплекса.
Защищаемые положения:
На пространственную изменчивость содержания тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах лесных экосистемах, находящихся в пределах мегаполиса, существенное влияние оказывает даже слабовыраженный мезорельеф.
Степень пространственной дифференциации в содержании тяжелых металлов в верхних горизонтах подзолистых почв фоновых лесных экосистем мегаполиса (от 1,1 до 5 раз) сопоставима с трендом их изменения в зоне влияния транспортных магистралей (от 3 до 19 раз).
Влияние мезорельефа на пространственное перераспределение сезонного поступления тяжелых металлов из снега в верхние горизонты лесных подзолистых почв проявляется через различия их запасов в ранневесеннем снегу по контрастным элементам мезорельефа (вершина моренного холма, склоны северо-восточной и юго-западной экспозиции, их подошвы).
Научно обоснованный выбор местных контрольных объектов экологического мониторинга городских почв по содержанию в них ТМ должен проводиться с учетом особенностей организации мезо-, микрорельефа и структуры почвенного покрова фоновых и контролируемых территорий.
Практическая значимость. Исследования проводились в рамках единой программы экологического мониторинга Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. С их помощью даны уточненные экологические оценки антропогенной нагрузки на основные варианты дерново-подзолистых почв лесных экосистем и уровня их устойчивости к антропогенной нагрузке (в части загрязнения почв тяжелыми металлами).
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены: на IX и XI Всероссийских выставках научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2009» и «НТТМ-2011» (Москва, 2009 г. (медаль) и 2011 г. (диплом)); Международных научных конференциях молодых ученых РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева (Москва, 2010 и 2011); XIV конференции «Докучаевские молодежные чтения «Почва в условиях антропогенного стресса» (Санкт-Петербург, 2011); 6-й международной конференции SUITMA (Marrakech, Morocco, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 работ, в т.ч. 1 - на иностранном языке и 2 - в рецензируемых журналах из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и выводов, изложенных на 133 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 30 рисунков. Список литературы насчитывает 196 наименований, в том числе 19 на английском языке.
