Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия, определяющие геохимию ландшафтов Томь-Яйского междуречья 4
1.1. Геологическое строение и тектоника 11
1.2. Рельеф 21
1.3. Климат 27
1.4. Воды 31
1.4.1. Поверхностные воды 31
1.4.2. Подземные воды 34
1.5. Почвы 38
1.6. Растительность 43
2. Методика построения и классификаций ландшафтно-геохимических карт 47
2.1.Типы ландшафтно-геохимических карт 47
2.2. Проблемы методики построения и классификаций типологических ландшафтно-геохимических карт 54
2.3. Методика составления ландшафтно-геохимической карты-схемы Томь-Яйского междуречья (в пределах Томской области) 63
3. Геохимические ландшафты Томь-Яйского междуречья 67
3.1. Анализ структуры геохимических ландшафтов 67
3.2. Морфологическая структура Западного геохимического района (на примере ключевого участка) 72
4. Геохимические процессы в ландшафтах Томь-Яйского междуречья 93
4.1. Природные условия Лучановского стационара 94
4.2. Роль атмосферных осадков в геохимических процессах ландшафтов Томь-Яйского междуречья 97
4.2.1. Роль жидких атмосферных осадков в геохимических процессах ландшафтов 100
4.2.2. Роль твердых атмосферных осадков в геохими ческих процессах ландшафтов 101
4.3. Роль воздушной миграции в геохимических процессах техногенных сельскохозяйственных ландшафтов 112
4.4. Роль водной (латеральной и радиальной) миграции в геохимических процессах ландшафтов Томь-Яйского междуречья 121
4.4.1. Радиальная миграция веществ в ландшафтах Томь-Яйского междуречья 123
4.4.2. Латеральная миграция веществ в ландшафтах Томь-Яйского междуречья 132
Заключение 155
- Воды
- Проблемы методики построения и классификаций типологических ландшафтно-геохимических карт
- Морфологическая структура Западного геохимического района (на примере ключевого участка)
- Роль атмосферных осадков в геохимических процессах ландшафтов Томь-Яйского междуречья
Введение к работе
Взаимодействие природы и общества — одна из актуальных проблем современности, изучается многими отраслями науки. Особое место среди них занимает ландшафтоведение, как часть физической географии, поскольку суперсистема «природа - общество» - входит в круг научных интересов физико-географов. Все элементы системы объединены бесчисленным множеством связей. С увеличением масштабов хозяйственной деятельности человека усиливается антропогенный пресс на природу, нередко приводящий к нарушениям установленных взаимосвязей и неблагоприятным для человека и природы последствиям. В связи с этим физико-географические исследования системы «природа - общество» и, в частности, природно-технические системы приобрели большое значение.
Необходимым условием при решении поставленной проблемы является комплексный подход к изучению окружающей среды, установление закономерностей развития и функционирования природных и антропогенных комплексов. Большое значение приобретает рассмотрение их свойств с позиции дочерней дисциплины ландшафтоведения — геохимии ландшафта, теоретические основы которой заложены в трудах Б.Б. Полынова (1944 — 1956), А.И.Перельмана (1954 - 1998), В.В. Добровольского (1962 - 1983), М.А. Гла-зовской (1962 - 1989), В.А. Алексеенко (1989 - 2000) и др.
С середины 20 века все большее внимание уделяется следующим геохимическим исследованиям: определению количественного и качественного содержания элементов и их соединений в компонентах ландшафта, выявлению возможных путей их миграции и дифференциации во времени и в пространстве, установлению источника загрязнения, оценке экологического состояния современного ландшафта для рационального природопользования.
«Химизация географии в целом — явление уже в большей или меньшей мере традиционное» (Саушкин Ю.Г., Преображенский B.C., 1976). С помо щью геохимических показателей при разработке функциональной модели геосистемы можно проникнуть внутрь «черного ящика», в то время как другие показатели дают представление только о входных и выходных параметрах (Снытко ВЛ., 1974).
Изучение потоков вещества проводят на разных иерархических уровнях: глобальном, региональном, локальном. Объективно оценить степень экологического неблагополучия или благополучия территории можно на основании результатов детальных ландшафтно-геохимических исследований. Еще Н.А.Солнцев (2001) считал, что весьма актуальной задачей ландшафтоведе-ния настоящего времени является изучение малых природных территориальных единств, находящихся вокруг нас. Следовательно, изучение таких ландшафтов, помимо научного значения приобретают и практическое.
Анализ литературных источников по геохимии ландшафта показал, что большинство публикаций, характеризующих исследования особенностей геохимической структуры ландшафтов, факторов миграции химических элементов в биогенных и техногенных ландшафтах, закономерностей распределения микроэлементов в компонентах, имеют отношение к крупным территориям Центральной России, Средней Сибири, Казахстана. Меньше подобных работ проводилось на территории Западно-Сибирской равнины. В связи с этим представляется актуальным изучение ландшафтно-геохимических особенностей юго-восточной части Западно-Сибирской равнины, издавна принадлежащей к сфере активной человеческой деятельности.
Объектом исследования выбрана территория Томь-Яйского междуречья, расположенная на юго-востоке Западно-Сибирской равнины. Земли Томь-Яйского междуречья, входящие в зону наибольшей биологической продуктивности на территории Томской области, в результате интенсивного антропогенного воздействия претерпели значительные изменения. Предметом исследования являются биогенные и техногенные геохимические ландшафты Томь-Яйского междуречья (в пределах Томской области).
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы — проведение ландшафтно-геохимического анализа территории, ее фоновой геохимической структуры на основе подготовленных автором разномасштабных ландшафтно-геохимических карт, а также выявление факторов влияющих на миграцию химических элементов. 6 процессе выполнения данной цели решались самостоятельные, но взаимосвязанные между собой задачи:
— Изучение природных компонентов территории, играющих решающую
роль в определении геохимического режима ландшафта;
— Исследование методик построения и классификаций ландшафтно-геохимических карт;
— Составление ландшафтно-геохимических карт разного масштаба, для выявления особенностей горизонтальной структуры геохимических ландшафтов и установление ее изменений в процессе техногенеза;
— Выявление факторов миграции химических элементов в ландшафтах;
— Изучение фоновой геохимической структуры (радиальной и латеральной), характеризующей вертикальную и горизонтальную дифференциацию ландшафтов. .
Теоретическая и методологическая основа исследований базируется на идеях и трудах в области геохимии ландшафта Б.Б. Полынова, А.П. Виноградова, А.И. Перельмана, М.А. Глазовской, В.В. Добровольского, В.А. Алексеенко и др. В необходимой мере учтен опыт региональных исследований по вопросам ландшафтно-геохимического картографирования (Авесса-ломова И.А., 1978, 1987; Алексеенко В.А., 1986, 1988; Гедымин А.В., 1967, 1985; Глазовская М.А., 1969, 1978; Добровольский В.В., 1962; Нечаева Е.Г., 1990, 1995, 1999, 2001 и др.), геохимических особенностей ландшафтов (Волкова В .Г., Давыдова Н.Д., 1987; Масилюнас ЛИ., 1972; Семенов Ю.М., 1991; Снытко В.А., 1974; Хрусталева М.А., 2002; Шишкина Д.Ю., 2000; Щетников А.И., 1989 и др.).
Методы исследования. В качестве основных методов использовались: методы полевых ландшафтных исследований (площадная ландшафтная съемка и профилирование, отбор почвенных, снеговых проб, комплексный анализ природных факторов миграции химических элементов на ключевых участках), картографический (полевой, камеральный, сравнительный), математический, балансовый, метод генетических рядов и аналогий.
Основные источники информации. Основной объем фактического материала получен автором в ходе полевых и стационарных исследований 1995-2003 гг. на территории Томь-Яйского междуречья (в пределах Томской области). В работе использованы результаты количественного спектрального анализа 30 снеговых и 254 почвенных проб, отобранных автором, детальной инвентаризации 68 биогенных и техногенных элементарных геохимических ландшафтов. Кроме этого, были использованы фондовые материалы комитета по геологии и использованию недр, комитета по лесному хозяйству, научно-исследовательских институтов Томской области, кафедр геолого-географического и биолого-почвенного факультетов Томского государственного университета, общегеографические и тематические карты различных масштабов на исследуемую территорию, литературные источники.
Научная новизна работы заключается в следующем:
— Впервые для Томь-Яйского междуречья (в пределах Томской области) выполнено комплексное средне- и крупномасштабное ландшафтно-геохимическое картографирование территории (1:200000; 1: 25000). Проведен анализ морфологической структуры: выявлены три ландшафтно-геохимических района, в них 29 видов геохимических ландшафтов. При крупномасштабном картографировании одного из районов выделено 74 вида элементарных геохимических ландшафтов; - Определены ландшафтно-геохимические факторы миграции веществ в элементарных геохимических ландшафтах Лучановского стационара. Нами впервые для южно-таежных районов выявлена роль ветровой эрозии в усилении воздушной миграции химических элементов. Роль эолового процесса в миграции веществ двояка: во-первых, он ведет к выносу химических элементов из почвы и переотложению их на различные расстояния от очага эрозии на снег; во-вторых, во время весеннего снеготаяния часть эоловых отложений уносится талыми снеговыми водами вниз по склонам пашни, тем самым, перераспределяя содержание химических элементов.
- Изучена латеральная и радиальная геохимическая структура элементарных ландшафтов в стационарных условиях. Контрастность латеральной миграции ниже радиальной, однако, видна четкая тенденция к накоплению химических элементов при переходе от автономных ландшафтов к подчиненным. Латеральная миграция химических элементов в почвах Томь-Яйского междуречья заметно усиливается вследствие распашки земель и ускоренной водной эрозии.
Практическая значимость работы. Результаты ландшафтно-геохимических исследований могут быть использованы для оценки состояния локальных и региональных природно-антропогенных геосистем. Путем определения интенсивности миграции и дифференциации химических элементов, возможно, не только охарактеризовать современные процессы, но и прогнозировать накопление в ландшафте или вынос из него полезных или вредных элементов и соединений. Поэтому полученные выводы важны для комитетов по экологии и охране окружающей среды, по земельным ресурсам и землеустройству, так как они включают в себя анализ геохимического влияния сельского хозяйства на природные геосистемы.
Отдельные разделы диссертационной работы используются автором при проведении лекционных и практических курсов: «Ландшафтоведение», «Геохимия ландшафтов», «Геофизика ландшафтов» на геолого географическом, биолого-почвенном факультетах, международном факультете сельского хозяйства Томского государственного университета.
Исследования автора частично поддерживались двумя грантами (УР. 08.01.007; 015.08.01.23) научно-технического раздела: «Состояние геосистем и ресурсов поверхности суши» научной программы «Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук. Университеты России».
Апробация и публикации результатов исследований. Материалы диссертационной работы докладывались и осуждались на заседаниях кафедры географии Томского государственного университета. Ее основные положения были доложены и опубликованы в материалах следующих научных конференций: «Актуальные вопросы геологии и географии Сибири» (Томск, 1998); «Географические проблемы Западной Сибири» (Томск, 2000); «Проблемы географии на рубеже XXI века» (Томск, 2000); «Экологический риск» (Иркутск, 2001); «Проблемы гляциогидроклиматологии Сибири и сопредельных территорий» (Томск, 2002); «Роль географии в решении проблем устойчивого развития» (Томск, 2002); «Южная Сибирь: проблемы взаимодействия общества и природы» (Барнаул, 2003) и др. Содержание и основные результаты исследования изложены в 17 работах, 3 из них в печати.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав, введения, заключения, списка использованной литературы и 7 приложений. Общий объем работы составляет 182 страницы, включая 31 таблицу и 36 рисунков. Список литературы содержит 233 источник. Приведенные в работе фотографии, рисунки, таблицы и другая графика, если это не оговорено особо, являются авторскими.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Особенности природных компонентов ландшафтов Томь-Яйского междуречья, их состав и основные свойства обусловливают выделение трех ландшафтно-геохимических районов, различающихся по степени сложности горизонтальной структуры. При проведении классификации ландшафтов были выявлены 45 видов биогенных и 29 видов техногенных элементарных геохимических ландшафтов.
2. В каждом геохимическом ландшафте распределение химических элементов объясняется как природными факторами: поступлением с атмосферными осадками, внутрипочвенным и грунтовым стоком, элювиально-глеевыми процессами; так и техногенными причинами (распашка территории). Контрастность латеральной миграции ниже радиальной, однако, видна четкая тенденция к накоплению химических элементов при переходе от элювиальных ландшафтов к супераквальным;
3. Природные процессы, активизированные к жизни хозяйственной деятельностью человека, усиливают миграцию химических элементов в техногенных ландшафтах Томь-Яйского междуречья. Большое значение принадлежит ветровой эрозии, играющей двоякую роль в миграции веществ сельскохозяйственных ландшафтов Томь-Яйского междуречья.
Воды
Основными водными артериями района являются р. Томь и р. Яя (таблица 1.3). Главные их притоки, в связи с меридиональное простиранием Томь-Яйского водораздела имеют широтное или близкое к нему направление. Правые притоки р. Томи в своем среднем и нижнем течении глубоко врезаны и вскрывают палеозойские породы. Долины их обычно имеют коньонообразное строение с крутыми берегами. В них выделяются две — три террасы. Наблюдается тяготение террас к левому берегу, отчего долины рек носят слегка асимметричный характер. Ширина долин обычно колеблется в пределах от 75 м до 600 м, но чаще 200 - 400 метров. Ширина русла этих рек варьирует от 10 до 20 м. Глубина русел не превышает двух метров. Режим рек исследуемого района, относящийся по классификации Б.Д. Зайкова (1954) к 1 типу рек (с весенним половодьем), находится в сильной зависимости от выпадающих атмосферных осадков, причем после сильных дождей уровень грунтовых вод в них значительно поднимается (на 1 метр и более). Расходы в межень колеблются — от 1.2 до 1.8 м /сек при скорости течении 0.1 — 0.6 м/сек. Скорости течения в летнюю межень колеблются от 0.8 до 1.2 м/сек., на плесах 0.2 - 0.3 м/сек., во время весеннего половодья -1.2 - 1.54 м/сек (Евсеева Н.С., Земцов А.А., 1989). Реки замерзают в первую декаду ноября. Продолжительность ледостава 160 - 170 дней (Ресурсы поверхностных вод СССР, 1972). Мощность ледяного покрова рек в среднем составляет 0.2 - 0.5 м, причем на ряде перекатов они не замерзают совсем. Вскрытие их происходит во второй половине апреля или начале мая. Весеннее половодье начинается сразу же за ледоходом и длится не более месяца. Восточный склон Томь-Яйского водораздела по характеру речных долин совершенно отличается от западного. Реки имеют слабый уклон. Так р.
Омутная в среднем и нижнем течении дает уклон 0.0022, который почти в два раза меньше, чем уклон р. Басандайки. В связи с этим реки восточного склона обладают слабым, едва заметным течением и интенсивно меандри-руют. Здесь при незначительном врезе реки имеют широкие затаежные и заболоченные долины, которые довольно хорошо разработаны и имеют две террасы. Русла рек восточного склона в отличие от рек западного склона водораздела в большинстве случаев заилены и достигают глубины до 2 м (Бердников А.П., Скогорев А.И. и др., 1983). Притоки главных рек многочисленны, но маловодны. Русла их не превышают 2 —3 м ширины. Долины их, как и у главных рек, то пологие и заболоченные, если они пролегают в пределах восточного склона Томь-ЛЙского водораздела, то крутые и узкие, если они распадаются на ряд мелких притоков и логов, начинающихся обычно очень круто. Водные потоки притоков невелики, глубина их не превышает 30 -50 см. Питание всех водных артерий района смешанное, по классификации А.И. Воейкова (1948), относящееся к 3 группе, 3 подгруппе (русский тип рек), осуществляется за счет весеннего снеготаяния, летне-осенних дождей и подземных вод. Роль подземных вод иногда значительна, особенно на участках дренажа зон тектонических нарушений, о чем свидетельствуют многочисленные выходы восходящих источников по долинам рек и сравнительно постоянный расход рек даже в засушливые периоды. Примером" могут служить притоки главных рек: Ташма, Щербак, Березовая и некоторые более мелкие.
По химическому типу речные воды (исключая р. Томь) везде гидрокарбонатные с переменным составом катионов (Удодов П.А., Паршин П.Н., Левашов Б.М., 1971). Режим стока рек в значительной степени определяет их химический состав, колеблющийся в течение года в значительных пределах. Наименьшая минерализация во время весеннего половодья (меньше 200 мг/л). В период летней межени общая минерализация составляет 350 мг/л (Рихтер Г.Д., 1963). Озера распространены не так широко, как в других районах Западно-Сибирской равнины. Однако имеется много озер небольших размеров. Происхождение большинства озер связано с образованием замкнутых суффозн-онных просадок и преимущественно с эрозионно-аккумулятивной деятельностью рек (Земцов В.А., 1991). Встречаются озера антропогенного происхождения. В целом для Томь-Яйского междуречья, отличающегося расчлененным рельефом, характерно весьма слабое развитие болотообразовательного процесса. Болота приурочены лишь к тем местам, где микроклимат и орографические факторы создают благоприятные условия. Таким участкам соответствуют блюдцеобразные западины. С речной сетью связаны прибортовые и пойменные осоковые болота, источниками питания которых, кроме атмосферных осадков и талых вод, часто служат грунтовые и подземные воды (География Томской области, 1988). 1.4.2. Подземные воды Сложные гидрогеологические условия территории обусловлены положением ее на стыке двух крупнейших гидрогеологических регионов - Западно-Сибирского артезианского бассейна платформенного типа и Саяно-Алтайской гидрогеологической складчатой области. Граница проходит по границе выхода на поверхность складчатого палеозойского фундамента Томского выступа (Смоленцев Ю.К., 1965).
Гидрогеологические условия характеризуются развитием на правобережье р. Томи преимущественно трещинно-жильных вод в палеозойских и бо-лее древних образованиях, относящихся к структурам Колывань-Томской складчатой области и Кузнецкого Алатау (Ермашова Н.А., Покровский Д.С., Рогов Г.М., 1995). По П.А. Удодову и др. (1965) эта территория Томь-Яйского междуречья входит в гидрогеологический район водонапорных систем полузакрытых геологических структур Кузнецкого Алатау, Колы-вань-Томской складчатой зоны и северной окраины Кузнецкого артезианского бассейна. На стыке Западно-Сибирского артезианского бассейна и его палеозойского обрамления пресные воды в верхней гидрогеологической зоне обнаружены до глубины 500 м. Здесь воды палеоген-четвертичных отложений гидравлически тесно связаны с водами палеозойских образований, особенно по зонам тектонических нарушений; нередко они обогащены рудными и другими компонентами (Назаров А.Д., Шварцев С.Л., 1991). Важную роль в геохимических процессах играют верховодка и грунтовые воды, приуроченные к почвам и верхней части разреза четвертичных отложений. Верховодка отражает специфику физико-географических условий и геологии данного района, представляет собой зональный тип вод. Химический состав верховодки формируется в процессе инфильтрации атмосферных осадков, а также в результате выщелачивания ионно-солевого комплекса подстилающих пород. Химический состав верховодки изменяется от гидрокарбонатного кальциево-натриевого до сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридного натриево-кальциевого. Щелочно-кислотные условия находятся в пределах слабокислого и слабощелочного классов (рН 5.8 — 7.4), минерализация колеблется от 23 мг/л до 320 мг/л.
Гидрогеохимйческий фон - Fe, Mh, Ті, Си, иногда Cr, Zn, Zr. Глубина ее залегания зависит от расчлененности рельефа и естественной дреннрованности участков, изменяется от первых метров на площади слабодренированных покровных суглинков до 10-15 метров на повышенных хорошо дренированных участках (Попов В.К., Ко-робкин В.А., Рогов Г.М. и др., 2002). Грунтовые воды по характеру водообмена подразделяются на аллювиальные воды речных террас и воды водоразделов. Эти воды приурочены к зоне активного водообмена, дренируются речной сетью. Таким образом, химический состав их отражает в основном рыхлые отложения. Щелочно-кислотные условия изменяются от слабокислых до слабощелочных (рН 6-7.5). По величине общей минерализации они отличаются от верховодки (150- 680 мг/л) и имеют гидрокарбонатно-кальциевый тип. Повышенная минерализация грунтовых вод наблюдается на участках подпитывания их водами тектонических нарушений. Последние служат активными путями циркуляции подземных вод. Вследствие этого подземные воды обладают повышенной общей минерализацией, более сложным составом. В пределах Колывань-Томской складчатой области воды палеоген-четвертичных отложений гидравлически связаны с водами палеозойских образований, особенно по зонам тектонических нарушений (Природные ресурсы Томской области, 1991). Активный водообмен обусловливает интенсивный вынос природными водами из горных пород различных рудных компонентов. Благодаря этому природные воды обогащаются свинцом, цинком, сурьмой, мышьяком, барием и др.
Проблемы методики построения и классификаций типологических ландшафтно-геохимических карт
Методика построения ландшафтно-геохимических карт достаточно сложна и в настоящее время до конца еще не разработана. При составлении ландшафтно-геохимических карт используют два вида картографирования: ландшафтное и геохимическое. При таком синтезе обычно используют следующую информацию: картографические и литературные источники, характеризующие условия и факторы миграции вещества, и данные по количеству, особенностям и направлениям миграции. Первый вид информации применяется при выделении контуров, второй - при характеристике полученных выделов. Само выделение контуров, т.е. создание базовой ландшафтно-геохимической карты, производится обычно без использования собственно ландшафтно-геохимических материалов. Более того, многие ландшафтно-геохимические карты в принципе мало отличаются от ландшафтных карт (Гедымин А.В., 1970). В связи с этим возникают вопрос: почему карта, на которой нет ни одного химического показателя, называется ландшафтно-геохимической, а не просто ландшафтной? МЛ. Глазовская (1964) отвечая на этот вопрос, утверждает, что на общей ландшафтно-геохимической карте не выделяют отдельных типоморф-ных групп химических элементов, так как само название того или иного типа, подтипа, рода или вида ландшафтов должно ассоциироваться с определенным вертикальным геохимическим профилем и с определенным типом геохимического сопряжения. Безнадежно характеризовать геохимические особенности ландшафта в целом каким-либо химическим показателем, относящимся к какому-либо ярусу вертикального профиля. В геохимии ландшафтов название ландшафта и положение его в классификационной системе ассоциируется с определенными условиями и результатами миграции вещества.
Геохимическая характеристика контуров карты может быть показана в виде серии специальных геохимических диаграмм, или индексов. Некоторые исследователи отмечают, что ландшафтная карта может быть переработана в ландшафтно-геохимическую просто путем добавления граф в легенду (Гедымин А.В., 1970 и др.) или проведения некоторой генерализации контуров ландшафтной основы с целью освобождения мест под собственно геохимическую нагрузку (Семенов Ю.М., 1985). Будет ли при таком картографировании географический ландшафт соответствовать геохимическому? Вопрос этот пока окончательно не решен. Геохимический ландшафт, по определению А.И. Перельмана - «параге-нетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов» (1961, с. 26). То есть, геохимический ландшафт, как и географический, состоит из элементарных комплексов, но в основе его выделения лежат не географические признаки (характер рельефа, почв, растительности), а геохимические - особенности гипергенной миграции химических элементов (Мицкевич Б.Ф., Сущик ЮЛ., 1981). В связи с тем, что географические признаки в значительной мере отражают условия гипергенной миграции химических элементов, возникают разногласия по содержанию определений терминов «геохимический» и «географический» ландшафт. Б.Б. Полынов (1956) считал, что геохимическое исследование географического ландшафта является лишь методом познания его структуры и механизма взаимодействия между компонентами.
Тем самым исследователь не противопоставляет геохимический ландшафт географическому ландшафту. Согласно А,Г. Исаченко (1965), геохимический ландшафт определяется как тот же географический, но рассматривается под углом зрения анализа химических элементов и соединений. Критерии выделения геохимического и географического ландшафта совпадают, и нет никаких доказательств территориального несоответствия между ними. В то же время А.И. Перельман считал, что геохимический ландшафт и географический не одно и тоже: «Строго говоря, у нас нет доказательств, что ландшафты, выделенные на основе изучения миграции химических элементов, будут всегда идентичны ландшафтам, выделенным на основании других показателей (растительности, почв и т.д.)» (1961, с. 27). Соглашаясь с мнением А.И. Перельмана, Б.Ф. Мицкевич, Ю.Я. Сущик приводят пример, отражающий его высказывание: «Две площади могут иметь одинаковый рельеф, климат и геологический фундамент, но отличаться мощностью покровных образований. По географическим признакам это единый фундамент, но миграция химических элементов на этих площадях будет протекать по- разному, в связи, с чем объединять их в единый геохимический ландшафт нельзя» (1981, с. 21). Неопределенность термина «геохимический ландшафт» объясняется еще и тем, что при ландшафтно-геохимическом районировании его часто идентифицируют с элементарным ландшафтом. Все вышесказанное относится к проблемам соотношения ландшафтных и ландшафтно-геохимических карт, географического и геохимического ландшафта. Но в то же время возникает вопрос: существует ли разница между ландшафтно-геохимическим и геохимическим картографированием? По мнению А.В. Гедымина (1967), на ландшафтно-геохимических картах выделяются и характеризуются с геохимической точки зрения НТК. Они отличаются от большинства геохимических карт тем, что на них не просто констатируется фактическое распределение химических элементов в породах, почвах, водах и растениях, а изображаются те условия, которые определяют закономерности миграции элементов и от которых, в конечном счете, зависит их фактическое распределение в пространстве. Ландшафтно-геохимические карты имеют преимущество в том, что они позволяют оценивать особенности миграции химических элементов, предвидеть и объяснять их фактическое распределение. Это преимущество объясняется тем, что на таких картах изображаются геохимические особенности не отдельно взятого природного тела, а ландшафта в целом. Только в этом случае появляется возможность рассмотреть миграцию химических элементов во всей ее широте, такой, какая она есть на самом деле.
Ландшафтно-геохимические карты являются наиболее сложными, наиболее трудными по их составлению в сравнении с другими геохимическими картами. Сложность вопроса изображения данных не по одному какомунибудь элементу, а по ряду элементов, здесь еще более усложняется необходимостью показа этих данных для всего ландшафта в целом и при этом не только распространения элементов в пространстве, а и условий и особенностей их миграции (Гедымин А.В„ 1967). Поэтому ландшафтно-геохимические карты содержат большую нагрузку и для них наиболее остро стоят вопросы отбора содержания и способов подачи его на карте. В то же время, А.И. Перельман (1975) утверждал что, содержание карт определяется не столько их геохимической нагрузкой, сколько принципами классификации природных образований, которые положены в основу составления самих карт. Классификация ландшафтов основывается на качественном сходстве и различии географических комплексов независимо от их территориальных связей, и ее единицы не обладают признаками территориальной целостности.
Морфологическая структура Западного геохимического района (на примере ключевого участка)
Анализ горизонтальной структуры геохимических ландшафтов Томь-Яйского междуречья показал, что наиболее сложной структурой отличается Западный геохимический район. При крупномасштабных исследованиях был использован метод ключевых участков. Объектом изучения выбрана территория на юго-западе района, площадью около 64 км2. Ключевой участок представляет типичные для всего Томь-Яйского междуречья формы рельефа: склоны междуречья, долину реки (р. Басандайка), пойму, надпойменные террасы. Участок, расположенный в центральной части Томского административного района, считается одним из ведущих сельскохозяйственных районов Томской области. Крупных промышленных предприятий здесь нет, но в 20 километрах на северо-западе расположен г. Томск. На территории участка находится стационар Лучановский, где в течение ряда лет, сотрудниками Томского государственного университета проводятся комплексные физико-географические исследования природных и антропогенных ландшафтов. Для составления крупномасштабной (1: 25000) типологической карты-схемы элементарных геохимических ландшафтов ключевого участка (Приложение 3) были использованы материалы площадной ландшафтной съемки, геоморфологического профилирования, выполненных с участием автора.
А также, картографические и лесотаксационные данные, аналитические материалы по вещественному составу пород, почв, К карте составлена схема выделения биогенных и техногенных ландшафтов (Приложение 4). Съемка в масштабе 1: 25000 показала что, соотношение площадей занятых биогенными и техногенными ландшафтами, по сравнению со съемкой 1: 200000, несколько иное. Доля техногенных ландшафтов составила 42.8 %, что на 17 % превышает аналогичные ландшафты на карте геохимических ландшафтов, масштаба 1: 200000. Среди биогенных ландшафтов кроме лесов (39.5 %) выделились ландшафты лугов (17.2 %), редколесий (0.3 %) и болот (0.2 %). Среди лесов наиболее распространены осиново-березово-кедровые и кедровые леса (рисунок 3.1). Кедровые леса — разреженные, высота деревьев 20 м, средний диаметр 70 см. Возобновление слабое. В подлеске встречаются рябина (Sorbus sibirica), ива козья (Salix carpea), карагана древовидная (Caragana arborescens), бузина сибирская (Sambucus sibirica),4epeMyxa (Padus rocemosa). Припоселковые кедровники (Лучановский, Богашевский) испытывают постоянное антропогенное воздействие. Под его влиянием увеличивается техногенное поступление химических элементов вместе с бытовым мусором. В антропогенно нарушенных лесах возрастает коэффициент поверхностного стока, увеличивается эрозия почв и вынос вещества в водоемы. Кроме того, происходит вынос химических элементов вместе с орехами, ягодами, древесиной, сгоревшей в кострах. Мелколиственные леса из березы бородавчатой (Betula pendula) и березы пушистой (Betula pubescens) распространены повсеместно, как на крутых склонах междуречья, так и на выровненных участках террас.
Древостой несомкнутый, высотой 20 м, диаметром 15-20 см. В подлеске рябина (Sorbus sibirica), черемуха (Padus rocemosa). Наблюдается интенсивное возобновление березой, осиной, сосной, кедром. Злаково-разнотравный покров развит хорошо. Среди злаков доминируют вейники (Calamagrostis arundinacea, Calamagrostis epigeios), ежа сборная (Dactylis glomerata). Травостой представлен снытью обыкновенной (Aegopodium podagraria), недоспелкой копьевидной (Cacalia hastata), подмарейником бореальным (Galium boreale), живокостью высокой (Delphinium elatum), лабазником шестилепестковым (Filipendula ulmaria), володушкой золотистой (Buplerum aureum), папоротниками (Gymnocarpmm dryorteris, Dryopteris carthusiara) и другими видами. Местами встречаются пятна зеленых мхов. В увлажненных местах в древостое добавляется осина (Populus tremula). Заболоченные территории встречаются редко и занимают небольшие площади в днищах балок, логов (0.3 %). В тыловой части террасы, в переувлажненных местах за счет разгрузки грунтовых вод, растительность представлена зарослями лабазника вязолистного и осоки (рисунок 3.2). В понижении долины р. Арламовки располагается сильно увлажненный березовый осоковый лес, переходящий в березово-осоковое и осоко-гипновое болото. Луга среди лесов характеризуются пышным злаково-разнотравным покровом, высотой травостой до 100 - 120 см. Преобладают сообщества вейни-ков (Calamagrostis arundinacea, Calamagrostis obtusata), мятлика лугового (Роа pratensis), ежи сборной (Dactylis glomerata), тимофеевки луговой (Phleum pratense). Среди разнотравья обычны — молочай Палласа (Euphorbia fischerana), подмарейник бореальный (Galium boreale), кровохлебка лекарственная (Sanguisorba officinale). Травостой лугов нижних частей склонов междуречья, плоских участков террас разрежен. Средняя высота травостоя от 10 до 30 см. Среди разнотравья много цветущих видов: клевер луговой (Trifolium pratense), горошек мышиный (Vicia cracca), лютик едкий (Ranunculus acris), лапчатка гусиная (Potentila anserina), звездчатка Бунге (Stelaria) и другие. Из злаков обыкнове-ны костер безостый (Bromus biennis), ежа сборная (Dactylis glomerata), тимофеевка луговая (Phleum pratense), мятлик луговой (Роа pratensis) (рисунок 3.3). Луга, расположенные в днищах балок, суффозионных западинах, пойме р. Басандайки, развиваются в условиях повышенного увлажнения.
В травостое доминируют осока дернистая (Carex caespitosa), мятлик болотный (Роа palustris), вейник Лангсдорфа (Calamagrostis purpurea). Из разнотравья распространены лабазник вязолистный (Filipendula ulmaria), чина луговая (Lathyrus pratensis), ситняг болотный (Eleocharis palustris). Пойма реки Басандайки, долины мелких рек и ручьев, некоторые суффози-онные западины на террасах и междуречьях заросли густыми кустарниками черемухи (Padus rocemosa), смородины черной (Rubus nigrum), таволги средней (Spiraea media). В травостое преобладает крапива двудомная (Urtica dioica). На пашнях агротехническая обработка почв проводится многократно в течение вегетационного периода и включает вспашку, боронование, сев, культивацию, внесение средств химизации. При обработке происходит механический износ орудий в процессе контакта с почвой. Кроме того, вся поверхность почв испытывает воздействие выбросов транспортных средств. Эти виды воздействия способны поставлять в почву многие химические элементы (Сает Ю.Е. и др., 1990). Вынос химических элементов, в основном биофильных, осуществляется ежегодно при уборке урожая. В результате с площади 1 га ежегодно вывозится с зерном пшеницы около 10 кг азота, примерно 1.4 кг оксидов фосфора, и около 2 кг оксидов калия (Алексеенко В.А., 2000). В ландшафтах с овощными культурами общая масса продукции, выращенной и вывезенной за пределы ландшафта, может быть больше, чем в случае с зерновыми культурами. Поэтому количество химических элементов, удаляемое вместе с урожаем овощей, может быть больше, чем с зерновыми и техническими культурами. К ландшафтам с многолетними культурами мы отнесли садово-огородные участки, расположенные вне населенных пунктов. В основном участки находятся вдоль железнодорожной линии сообщением «Томск — Бо-гашево».
На участки с многолетними плодово-ягодными культурами на единицу площади вносится больше удобрений, химических препаратов для борьбы с вредителями, по сравнению с пашнями. Кроме того, основная масса растений (корни, ветки, стволы) с участка не вывозится. В связи с этим количество и состав химических элементов садово-огородных ландшафтов с многолетними культурами существенно отличается от ландшафтов с однолетними культурами. Среди животноводческих техногенных ландшафтов при детальном картографировании были выделены подсобные строения, действующие и заброшенные: зернохранилище, сушилка, водонапорная башня, животноводческая ферма. Кроме того, на юго-востоке исследуемого района значительные площади используются под пастбища. Химические элементы в животноводческие ландшафты поступают в биогенной форме с кормами, собранным урожаем. А выносятся как в биогенной, минеральной формах, так и в виде водных растворов (Алексеенко В.А., 2000). Промышленные ландшафты не получили большого площадного распространения. Среди них нами были выделены склады, гаражи, автозаправки, два карьера. Карьер по добыче белых каолиновых глин находится в шести километрах к юго-востоку от с. Богашево (рисунок 3.5). Добыча песка и глины в последнее время возобновилась для производства огнеупорных изделий и керамики. Поэтому карьеры являются поставщиками значительных масс химических элементов. Территория карьера и ведущей к нему дороги очень сильно загрязнена, превращена в свалку бытовых и промышленных отходов. Ежегодно площадь свалки увеличивается за счет постоянного поступления мусора и раздувания ветром. На участках прилегающих к карьеру растет кедровый лес, где ведется вырубка. Дороги на исследуемой территории представлены железнодорожной веткой «Томск — Богашево - Тайга», пересекающей участок с северо-запад на юго-восток. Параллельно железной дороге тянется линия автомобильной дороги. Дорога сообщением «Томска - Некрасове» имеет асфальтовое покрытие, все остальные дороги грунтовые. Часто вдоль грунтовых дорог образуются промоины глубиной до 60 см, шириной до 0.5 - 1.5 метров (рисунок 3.6). Через исследуемый участок проходит магистральная линия элекро-передачи, для строительства которой была вырублена полоса лесной растительности шириной до 50 метров (зона отчуждения).
Роль атмосферных осадков в геохимических процессах ландшафтов Томь-Яйского междуречья
Атмосферные осадки являются главной приходной статьей водного баланса. Под их влиянием протекает ряд природных процессов, в том числе экзодинамических и гидрохимических, оказывающих влияние на миграцию вещества, формирование состава вод (поверхностных и подземных), направленность и интенсивность почвообразования, развитие биоты. Важное значение при этом имеет состав атмосферных осадков. Изучение состава атмосферных осадков юга, юго-востока Томской области ведется со второй половины двадцатого века. Результаты наблюдений приведены в работах ряда авторов - Н.А. Ермашовой, Л.И. Инишевой (1984); А.П. Бояркиной (1985); А.П. Бояркиной, Л.И. Будаевой, Н.В. Васильева и др. (1988); А.П. Бояркиной, В.В. Байковского, Л.И. Будаевой (1990); А.И.Воробьевой, М.А. Медведева, Л.П. Волкотруб (1992); А.П. Бояркиной, В.В. Байковского, Н.В. Васильева и др. (1993); А.Ю. Шатилова (2001); В.К.Попова, В.К. Коробкина, Г.М. Рогова и др. (2002) и других. Названные авторы отмечают, что минерализация и химический состав атмосферных осадков очень изменчивы и зависят от времени года, направления и скорости ветра, количества и интенсивности осадков и других природных факторов.
Так, на формирование химического состава атмосферных осадков, выпадающих на юго-востоке Томской области, влияет преобладающий юго-западный перенос воздушных масс, за счет которого состав атмосферных осадков обогащается пылевыми частицами почв горных регионов Средней Азии, Казахстана и южной части Западно-Сибирской равнины. Состав атмосферных осадков обусловлен не только естественными, но и антропогенными факторами, роль которых с каждым годом все возрастает. Антропогенные выбросы резко изменяют состав атмосферных осадков. Наиболее существенно воздействие воздушных выбросов предприятий Новосибирской области, Кузбасса, Алтайского края, г. Томска, г. Северска. Кроме того, определенную роль в формировании состава атмосферных осадков играют местные промышленные и сельскохозяйственные предприятия, расположенные на территории Томь-Яйского междуречья. В целом атмосферные осадки характеризуются низкой минерализацией (от 15 до 35 мг/л), сравнительно высоким содержанием органического вещества и ортокремниевой кислоты, слабокислой реакцией (рН 5.5 — 6.5). О степени минерализации жидких и твердых атмосферных осадков среди исследователей нет единого мнения. По данным Н.А. Ермашовой и Л.И. Инишевой (1984), минерализация жидких атмосферных (дождя) осадков выше, чем твердых, за счет увеличения концентраций всех ингредиентов, в особенности гидрокарбонатов и кальция.
Исследования микрокомпонентного состава атмосферных осадков В.К,Поповым, В.А. Коробовым, Г.М. Роговым и др. (2002) на юге Томской области показывают, что содержание одних химических элементов выше в жидких атмосферных осадках, других - в твердых осадках (таблица 4.1). Автор присоединяется к мнению третьей группы исследователей: К.К. Вотинцева (1965); В.А. Казанцева (1979); П.СПанина (1979); А.И.Воробьевой, М.А. Медведева, Л.П.Волкотруб и др., (1992); Г.В. Бельтю-кова, С.А. Двинских, (1993), которые считают что, твердые осадки, обычно более минерализованы, чем жидкие. При равных условиях деятельности промышленных предприятий и транспорта минерализация осадков, выпавших при отрицательной температуре в два раза выше, чем при плюсовой. Это связано, в первую очередь, с высокой адсорбционной способностью снега из-за большей поверхности снежинок по сравнению с каплями дождя. Во-вторых, благодаря относительно низкой скорости падения в приземном слое атмосферы снежинки ведут себя аналогично взвешенному фильтру, поглощая аэрозольные частицы и газы. Поэтому они лучше «промывают» атмосферу от аэрозолей. 4.2.1, Роль жидких атмосферных осадков в геохимических процессах ландшафтов Роль жидких атмосферных осадков в геохимических процессах ландшафтов юга-востока Томской области изучалась автором на основе литературных данных. В условиях Томской области на жидкие атмосферные осадки приходится большая их часть годовой суммы (около 70 %). С ними на поверхность почвы поступают гидрокарбонаты и хлориды (анионы), меньше сульфаты. В катионном составе преобладают ионы кальция и магния. В большом разнообразии содержатся и микроэлементы: цинк, титан, барий, стронций, медь, хром, свинец, кобальт и другие. В целом, из-за количественного преобладания жидких атмосферных осадков в теплый период года в почвы ландшафтов поступает больше химических элементов (особенно макроэлементов), чем в холодное время (таблица 4.2). Таблица 4.2 — Поступление химических элементов с атмосферными осадками в почву (серая лесная) (по данным Н.А. Ермашовой, Л. И. Инише-вой, 1984) В теплый период года, при преобладании моросящих осадков, в почву поступает практически вся масса выпавших минеральных веществ из атмосферы. На максимально же насыщенной влагой почве достаточно даже небольшого количества осадков для начала поверхностного стока. Кроме того, на территории Томь-Яйского междуречья часты ливневые дожди, приводящие к сильному смыву и размыву почв жидкими атмосферными осадками. Очень сильные ливни (в случае выпадения 30 мм за один ливень) бывают в среднем 1 раз в 2 года (Евсеева Н.С., Филандышева Л.Б., Пашнева Г.Е. и др., 1990; Евсеева Н.С., Пашнева Т.Е., Лзиков Е.Г., 1997).
В результате их выпадения минеральные вещества (атмосферные) мигрируют со склонов пашен вместе с размытыми почвами. С ливневыми осадками со склонов пашни Лучановского стационара выносится от 5 до 100 м3/га почвенного мелкозема вместе с гумусом. 4.2.2. Роль твердых атмосферных осадков в геохимических процессах ландшафтов По значимости исследований атмосферных осадков дождь и снег неравнозначны. Ю.Г. Покатилов (1993) утверждает, что анализ полученных данных по летним осадкам не дает полного и правильного ответа на поставленные вопросы (о химическом составе, минерализации), из-за разового отбора проб, тогда как изучение снежного покрова дает весьма полную и объективную картину, касается ли это естественных или техногенных ландшафтов. До недавнего времени химические процессы в снежном покрове практически не исследовались. В основном определяли, какие вещества поступают в снег и сбрасываются в водоемы с талыми водами. Даже при этих исследованиях, по мнению ряда авторов (Танасиенко А.А., Путилин А.Ф., Артамонова B.C., 1999), возникают трудности, связанные с отбором представительных проб падающего снега. В одном и том же пункте отбора проб химический состав снега, выпадающий в разное время, заметно отличается. И все же снеговой покров в местах с достаточно длительным залеганием (5-6 месяцев) является почти идеальной депонирующей средой для изучения выпадений из атмосферы и других источников.
Поэтому наши исследования были направлены на изучение путей миграции химических элементов в снеге, определений уровней их содержания (качественного и количественного) в снеге и в талой снеговой воде техногенных и биогенных ландшафтов геохимических катен. На территории исследуемого района бывают, в среднем 176 дней со снежным покровом, устойчивое его залегание продолжается 170 дней (Климат Томска, 1982). По классификации О.А. Алекина (1970), твердые атмосферные осадки на изучаемой территории относятся к гидрокарбонатному классу, натриевой и натриево-кальциевой группы, 1 типу, со средней минерализацией от 15 до 18 мг/л. Химический состав снегового покрова формируется под влиянием многих факторов: первоначального поступления веществ вместе с твердыми атмосферными осадками, поглощения аэрозолей и газов из атмосферы, потери вещества снежным покровом при их испарении, взаимодействия снегового покрова с почвенно-растительным комплексом, адвекции атмосферного воздуха, влияния микроорганизмов, животных и человека. Снег является сезонным концентратором веществ, и до начала снеготаяния они как бы законсервированы в снежной толще. Все же вещества мигрируют по профилю и пополняются из других источников, в частности из почвы. В результате нагревания поверхности снега солнечными лучами, выпадений новых порций снега, частицы почвы погружаются в толщу снега, где и вмерзают в него. Кроме того, миграция химических элементов субстрата осуществляется также снизу — вверх, из почвы в снеговой покров
