Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Природные условия и географо-экономическая характеристика ростовской области 9
1.1 Геологическое строение 9
1.2 Почвообразующие породы 11
1.3 Рельеф 15
1.4 Гидрография 18
1.5 Климат 19
1.6 Почвенный покров 20
1.7 Ландшафтно-геохимическая структура 25
1.8 Географо-экономическое положение области 29
ГЛАВА 2. Особенности распределения свинца и кадмия в биосфере и их биологическое значение 32
2.1 Кадмий 32
2.2 Свинец 40
2.3 Факторы миграции микроэлементов 46
ГЛАВА 3. Распределение свинца и кадмия в почвенном покрове ростовской области 51
3.1 Определение естественного педогеохимического фона 52
3.2 Распределение элементов в верхнем почвенном горизонте агроландшафтов 53
3.3 Радиальная дифференциация свинца и кадмия в почвах 74
3.4 Латеральная дифференциация свинца и кадмия 95
3.5 Закономерности распределения элементов в почвах придорожных ландшафтов Ростовской области 104
ГЛАВА 4. Распределение свинца и кадмия в сельскохозяйственных культурах 111
4.1 Видовая дифференциация сельскохозяйственных растений по содержанию свинца и кадмия 111
4.2 Особенности биоаккумуляции элементов в сельскохозяйственных культурах 134 CLASS ГЛАВА 5. Оценка степени загрязнения агроландшафтов ростовской области свинцом и кадмием 139 CLASS
5.1. Загрязнение почвенного покрова 141
5.2. Загрязнение сельскохозяйственных культур 143
5.3. О региональных ПДК свинца и кадмия в почвах агроландшафтов 146
ГЛАВА 6. Баланс миграционных потоков элементов в почвах агроландшафтов 155
Заключение 168
Список литературы 171
- Почвообразующие породы
- Ландшафтно-геохимическая структура
- Свинец
- Распределение элементов в верхнем почвенном горизонте агроландшафтов
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в связи с высоким уровнем развития промышленности, транспорта, широким использованием удобрений в сельском хозяйстве одним из актуальных вопросов геохимии стало определение допустимых содержаний химических элементов в почвах, почвоподстилающих породах и растительности, выполненное не на глобальном и региональном уровнях, а для локальных участков с определенными закономерностями, сложившимися в экономическом развитии. Ростовская область представляет собой интересный объект для подобного рода исследований, являясь одним из крупнейших аграрных районов страны. В то же время добыча каменного угля в зоне открытого Донбасса, предприятия металлургической, химической, машиностроительной промышленностей, Новочеркасская ГРЭС, наряду с интенсивной химизацией сельского хозяйства, являются основными поставщиками микроэлементов в агроландшафты.
В последнее время особое внимание уделяется тяжелым металлам, обладающим, с одной стороны, токсическим действием, а с другой -являющихся необходимым условием для обеспечения жизнедеятельности живых организмов. Поэтому несомненный научный интерес представляет оценка содержания в почвах и растительности Ростовской области таких элементов, как кадмий и свинец, относящихся к числу приоритетных токсикантов, и, в то же время, в небольших количествах необходимых в жизнеобеспечивающих средах. Изменение условий среды способствует переходу элементов в легкодоступное для растений состояние, что может привести к чрезмерному накоплению РЬ и Cd в сельскохозяйственных культурах и, в конечном итоге, представлять опасность для животных и человека. Поэтому одной из актуальнейших задач является изучение распределения свинца и кадмия в различных типах агроландшафтов Ростовской области, а также количественная оценка геохимических потоков элементов с
5 целью последующего использования полученных результатов при проведении природоохранных и сельскохозяйственных мероприятий.
Цель работы.
Изучение закономерностей распределения и миграции РЬ и Cd в почвах и сельскохозяйственных культурах агроландшафтов Ростовской области.
Основные задачи исследований:
— изучить поведение свинца и кадмия в различных типах почв и видах
растений, установить закономерности радиального и латерального
распределения элементов;
— дать эколого-геохимическую характеристику почвенного покрова и
санитарно-гигиеническую оценку выращиваемой сельхозпродукции;
оценить возможность определения региональных ПДК (РПДК) свинца и кадмия в почве на основе санитарно-гигиенического нормирования содержания элементов в товарной части сельскохозяйственных культур;
дать количественную оценку геохимических потоков металлов в почвах агроландшафтов.
Фактический материал и методы исследований.
В диссертации изложены результаты исследований и разработок, выполненных в 1998-2004 г.г. Автор принимала участие в проведении полевых эколого-геохимических работ, выполненных коллективом кафедры геоэкологии и прикладной геохимии геолого-географического факультета РГУ под руководством профессора В.Е. Закруткина, подготовке проб к анализам и статистической обработке их результатов. Кроме того, в диссертации собраны, обобщены и проанализированы публикации, касающиеся поведения микроэлементов в почвах и растениях, особенностей агрогенного преобразования почв, принципов экологического нормирования и ряда других вопросов по исследуемой проблеме.
В результате полевых работ было отобрано 2627 педогеохимических проб, в т.ч. 112 - по почвенным разрезам, и 1995 биогеохимических. Пробы
анализировались методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии в Бронницкой геолого-геохимической экспедиции Института минералогии, геохимии и кристаллографии редких элементов (ИМГРЭ) и в Региональном лабораторном центре Южного государственного унитарного геологического предприятия "Южгеология".
Основным методом исследований был сопряженный ландшафтно-геохимический анализ, разработанный Б.Б Полыновым, А.И Перельманом, М.А. Глазовской.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись на V Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых имени акад. М.А. Усова "Проблемы геологии и освоения недр" (ТомПИ, Томск, 6-11 апреля 2001 г.); III Всероссийской школе молодых ученых и специалистов " Геоэкология на современном этапе развития наук о Земле" (г. Аксай Ростовской обл., 26-30 сентября 2001 г.); III Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования» (г. Новочеркасск, 26 ноября, 2004 г.).
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые на территории Ростовской области установлены закономерности распределения свинца и кадмия в различных типах почв и широком спектре сельскохозяйственных культур агроландшафтов;
произведена санитарно-гигиеническая оценка содержания элементов в почвах и растениях;
на основе предложенной методики разработки РПДК определены предельно допустимые концентрации свинца и кадмия для конкретных типов почв агроландшафтов Ростовской области, с учетом выращиваемой на них сельхозпродукции;
дана количественная оценка привноса - выноса элементов в почвах агроландшафтов путем балансово-геохимических расчетов.
7 Практическая ценность работы заключается в возможности использования результатов природоохранными организациями при экологической оценке состояния агроландшафтов, а также сельскохозяйственными предприятиями для корректировки оптимизации севооборотов. Результаты исследований используются автором в преподавании на геолого-географическом факультете РГУ следующих дисциплин: «Геохимия», «Геохимические методы поисков», «Теория и практика эколого-геохимического анализа».
Основные защищаемые положения:
анализ геохимических параметров распределения свинца и кадмия в почвах позволяет ранжировать ландшафты по уровню агрогенного преобразования следующим образом: сады и виноградники > орошаемые > полевые богарные;
изучение всей характерной для данной территории сельскохозяйственной растительности показало, что кадмием в значительной степени загрязнены зерновые, тогда как предельно допустимые концентрации свинца превышены в зерновых культурах, овощах и фруктах;
на основании изучения распределения РЬ и Cd в системе почва — растение определены региональные ПДК для черноземных и каштановых почв;
в почвах полевых богарных ландшафтов сложился положительный баланс элементов, обусловленный интенсивной антропогенной нагрузкой.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из шести глав, введения и заключения, объем которых составляет 190 страниц. Текст сопровождается 38 рисунками и 55 таблицами. Список использованной литературы включает 208 наименований, в том числе 10 на иностранном языке.
Диссертационная работа выполнена в Ростовском Государственном Университете под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора В.Е. Закруткина, которому автор выражает свою благодарность за всестороннюю помощь и конструктивную критику.
В процессе работы над темой и подготовки диссертации автор пользовалась поддержкой и консультациями кандидата географических наук, доцента Д.Ю. Шишкиной, которой выражает свою искреннюю признательность.
Автор благодарит также В.Н. Романюк, Н.А. Мошиченко и Н.М. Аполлосову за содействие и помощь в оформлении работы.
Почвообразующие породы
В качестве почвообразующих пород на территории области выступают две большие группы: древние или коренные (дочетвертичные), преимущественно плотные породы и четвертичные, главным образом рыхлые, осадочные [Почвы.., 1984].
Преимущественное распространение в области имеют четвертичные почвообразующие породы. Почвообразующими породами Донецкого кряжа служат желто-бурые тяжелые суглинки на элювии плотных пород (рис.2). Для обширной территории Доно-Донецкой эрозионной равнины и южных склонов Донецкого кряжа почвообразующие породы представлены желто-бурыми тяжелыми суглинками и глинами денудационных равнин и делювиальными суглинками склонов, а также красно-бурыми структурными глинами коренных берегов рек. В пределах Азово-Кубанской низменности и Доно-Манычскогомеждуречья почвообразующими породами выступают буровато-палевые и желто-бурые лессовидные глины и суглинки водоразделов, а также желто-бурые делювиальные суглинки склонов. По широким плоским понижениям почвообразующими породами являются зеленовато-серые оглееные иловато-пылеватые глины. Почвообразующие породы Северного Приазовья представлены буровато-палевыми лессовидными суглинками и глинами водоразделов, желто-бурыми делювиальными суглинками склонов и красно-бурыми структурными глинами низких равнин.
Почвенный покров пойм и надпойменных террас формируется на пестроцветных и бурых аллювиальных и желто-бурых аллювиально-делювиальных суглинках, супесях и песках.
По химическому составу четвертичные породы довольно близки (табл. 1). Гранулометрический состав - тяжело- и легкосуглинистые. Породы отличаются довольно высокой карбонатностью - до 20% СаСОз- Карбонаты тормозят развитие подзолообразовательного процесса, предохраняя минеральный субстрат породы от разрушительного воздействия кислых продуктов жизнедеятельности растений, способствуя формированию высокогумусных черноземных почв с хорошей структурой.
Коренные почвообразующие породы распространены локально и по особенностям химического состава делятся на четыре группы.
Группа кремнистых пород включает песчаники, кварциты, пески, диатомиты, высококремнистые опоки и трепел. Их выходы отмечены на Донецком кряже, по правобережью Дона, Аксая, Тузлова, Грушевки, в долинах Миуса, Крынки, Большого и Малого Несветая, Сала, по склонам правых балок Доно-Сальского и Сало-Манычского водоразделов, в бассейнах Кагальника, Ей, по кореннным берегам гидрографической сети Доно-Донецкой равнины. Карбонатные органогенные породы (известняки, мел, мергели) выявлены по коренным берегам Дона, Аксая, Тузлова, Кадамовки, в низовьях крупных балок на Доно - Донецкой равнине и Донецком кряже [Почвы.., 1984].
К алюмосиликатным породам относятся глинистые сланцы и сланцеватые глины. Они отмечены на Донецком кряже и его южных отрогах, по правобережью Нижнего Дона, берегам Северского Донца, Кундрючьей и их притоков. Ферроалюмосиликатные почвообразующие породы (красноцветные скифские глины и суглинки) выявлены по коренным берегам рек и низким денудационным плато Доно-Донецкой равнины и Северного Приазовья.
Ростовская область расположена на юге Восточно-Европейской равнины. По характеру рельефа она разделяется долиной Нижнего Дона на северную, северо-западную (более возвышенные части, до 253 м) и южную, юго-восточную (более низкие, до 200 м). На ее территории встречаются возвышенности, равнины и низменности с абсолютными отметками от 2 до 230 метров (рис.3.). На этом фоне выделяются кряжи и гряды высотой до 253 метров [Природа, 1994].
Для возвышенных частей характерны платообразные формы рельефа, сильно и глубоко расчлененные долинами рек, балками и оврагами. Основные крупные речные долины имеют субширотное направление по древним, унаследовано развивающимся прогибам (Средний Дон, Северский Донец, Сал, Маныч). Субмеридиональные долины совпадают с падением пластов на юг (левые притоки Северского Донца, реки Приазовья) и играют подчиненную роль. В пределы области заходят южная часть Средне-Русской возвышенности, восточные отроги Донецкого кряжа, западные и южные Ергени.
Наиболее крупными орографическими элементами территории являются Калачская возвышенность, Донская гряда, Доно-Донецкая равнина, Донецкий кряж, Ергенинская возвышенность, Приазовская равнина, долина Нижнего Дона, Азово-Кубанская низменность.
Калачская возвышеность занимает крайний северо-восток области и простирается с северо-запада на юго-восток между Доном и Хапром, ее высота достигает 200-207 м.
Долина среднего Дона террасирована и имеет субширотное простирание с запада на восток, четко выражены две надпойменные террасы.
Донская гряда занимает правобережье Среднего Дона, простирается с запада на восток параллельно долине Дона и служит водоразделом между Доном и Чиром. В этом же направлении снижаются и абсолютные высоты от 237 до 220 м. Это пластово-денудационная возвышенность с долинно-балочным и овражным расчленением. Поверхность возвышенности расчленена многочисленными долинами рек, балками и оврагами.
Южнее происходит погружение фундамента. Здесь на пологой моноклинали сформировалась Доно-Донецкая возвышенная эрозионно-денудационная равнина, расположенная между Донской грядой на севере и Донецким кряжем на юге. Долинами рек, притоков Северского Донца, она расчленена на отдельные крупные плато, вытянутые преимущественно в меридиональном направлении. Высота водоразделов изменяется от 200-220 м на севере до 150-180 м на юге.
В долине Северского Донца расположена аллювиальная террасированная равнина, особенностями которой являются неустойчивая асимметрия и наличие террас на левобережье реки. Выделяются две надпойменные террасы.
Донецкий кряж заходит в пределы области восточными, ныне разрушенными отрогами с пологими холмами и представляет собой денудационно-эрозионную возвышенность. Основными рельефообразующими факторами являются денудация и эрозия. Поверхность возвышенности расчленена долинами рек Лихой и Кундрючьей на три субширотно вытянутых водораздела с асимметричным поперечным профилем. Склоны водоразделов сильно изрезаны оврагами и балками. Характерен «гривистый» рельеф.
Ландшафтно-геохимическая структура
На территории области распространены два основных типа природных ландшафтов: черноземные и сухие (каштановые) степи. Геохимическая дифференциация степных ландшафтов определяется господством окислительной щелочной и нейтральной сред в почвах и водах, локальным распространением восстановительной обстановки, увеличением роли испарительной концентрации элементов [Касимов, 1988].
Биологический круговорот отличается невысокой емкостью, но значительной скоростью: прирост и опад составляют около 35-55% от биомассы. В ходе биологического круговорота в почву поступает много подвижных элементов, однако, малое количество осадков создает такие условия промачивания, при которых только наиболее растворимые соли (хлориды и сульфаты натрия) вымываются из почвы. Остальные менее подвижные соединения, включая СаСОз, находятся в пределах почвенного профиля. Нейтральная и слабощелочная реакция раствора, богатство почв гумусом, слабый промывной режим обуславливают значительное содержание в почвах редких и рассеянных элементов [Перельман,1966].
В черноземных почвах наблюдается несовершенное геохимическое сопряжение: непромывной режим определяет слабую связь почв с грунтовыми водами, а, следовательно и сравнительно слабое влияние биологического круговорота автономного ландшафта на подчиненный.
Ландшафты сухих каштановых степей формируются в условиях более сухого климата, для них характерна значительная роль натрия в геохимических процессах. Широко развита испарительная концентрация элементов в грунтовых водах и процессы соленакопления в почвах. Распределение элементов по профилю каштановых почв аналогично таковому у черноземов отмечается лишь более слабая выщелоченность почвы и несколько укороченный профиль.
Все естественные ландшафты в настоящее время видоизменены, на их месте сформировались антропогенные ландшафты различного типа (рис. 5). Агроландшафты в области занимают 85,5%, играя господствующую роль. По территории они распределены неравномерно, их доля наиболее высока на юго-западе и юге области (более 90%) [Природа.., 1994].
Типологическим агроландшафтом является генетически однородная территория, для повышения плодородия почв которой и эффективного решения задач земледелия возможно применение единой системы агрономических, мелиоративных и природоохранных мероприятий [Зайдельман и др.,2004]. В соответствии с этим, на территории Ростовской области все сельскохозяйственные ландшафты можно разделить на три основные группы: полевые богарные (неорошаемые), орошаемые (овощные плантации, рисовые чеки), многолетних насаждений (сады, виноградники). В пределах этих ландшафтов происходит миграция элементов, связанная с механическим перемещением почв, а также с поверхностными и подземными водами.
Наибольшую площадь (около 61%) среди сельскохозяйственных ландшафтов занимают ландшафты с севооборотом однолетних культур (богарные неорошаемые). Основная масса химических элементов из этих ландшафтов удаляется техногенным путем в биогенной форме при уборке урожая.
Количество химических элементов, вовлекаемых в биологический круговорот при выращивании овощных культур, может быть несколько больше, чем при зерновых культурах.К ландшафтам с многолетними сельскохозяйственными культурами, занимающим около 4% общей площади области, относятся сады, виноградники, чайные, ягодные и ореховые плантации. Из них также с урожаем выносятся элементы в биогенной форме, а с удобрениями и средствамихимической борьбы с вредителями, болезнями и сорняками вносятся — преимущественно в минеральной форме. Часть этих элементов вовлекается в биологический круговорот, поскольку почвы ландшафтов с многолетними культурами подвергаются частичному перепахиванию.
Однако между сельскохозяйственными ландшафтами с однолетними и многолетними культурами имеются и значительные различия. В ландшафтах с многолетними культурами основная масса наземной и вся подземная часть растений не вывозится, в связи с чем в биологический круговорот здесь вовлекается несравненно большее (по массе) количество элементов. Эта особенность является одной из важнейших при классификации природных и техногенных ландшафтов.
Рассматриваемые ландшафты отличаются также по количеству и составу вносимых удобрений и пестицидов. Количество химических препаратов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений, в ландшафтах с однолетними культурами в 1,5-3 раза меньше на единицу площади, чем в ландшафтах с многолетними культурами. Необходимо при этом отметить, что при обработке многолетних культур в почвы ландшафтов обычно вносится гораздо больше меди и железа (например, при геохимических исследованиях почв Краснодарского края все виноградники попали в зоны контрастных медных литохимических аномалий). Отличаются ландшафты и по особенностям механической переработки почв: в ландшафтах с многолетними культурами перепахиваются только участки междурядий.
С учетом критерия водной миграции выделяются орошаемые и периодически заливаемые ландшафты.
На орошаемых землях, занимающих около 12 % области, объем получаемой ежегодно продукции возрастает в 4-5 раз. Соответственно с них происходит наибольший техногенный вынос элементов, находящихся в биогенной форме.
Однако орошение часто приводит к вторичному засолению почв. Указанному процессу в мире подвержено до 40% всех орошаемых земель.
Важную роль в развитии засоления играют такие природные факторы, как сухой климат, небольшая глубина залегания грунтовых вод, повышенная степень их минерализации и т.д. В результате засоления изменяются геохимические особенности почв, а накопившиеся в них элементы препятствуют нормальному развитию растительных и животных организмов. Наибольший вред экономике приносит засоление сельскохозяйственных ландшафтов. Так, уже при слабом засолении почв урожайность хлопчатника и пшеницы снижается на 50-60%, кукурузы на 40-50%, а ячменя на 30-40%. Таким образом, геохимии сельскохозяйственных орошаемых ландшафтов должно уделяться особое внимание.
Свинец
Свинец - конечный нерадиоактивный продукт радиоактивного распада урана и тория. В первом случае образуется свинец с массовым числом 206, а во втором — с числом 208. Природная смесь состоит из 25,2% Pbzuo и 51,7% РЫ. Порядковый номер в таблице Менделеева - 82. Это синевато-серый мягкий и тяжелый металл, один из важнейших цветных металлов. В соединениях элемент обычно проявляет степени окисления +2 и +4, более устойчивы и характерны соединения со степенью +2.
Среднее содержание свинца в земной коре составляет всего 0,0001% от общего числа атомов, кларк- 16,0 [Виноградов, 1957]. Массовая доля элемента, хотя и остается сравнительно невысокой, но уже значительно больше - 1,6 х 10 %. Величина ионного радиуса РЬ составляет 0,117-0,132 нм, a Pb4+, имеющего, как правило, техногенное происхождение — 0,076-0,084 нм. Данные о распространенности свинца в земной коре свидетельствуют о его накоплении в кислых сериях магматических пород и в глинистых осадках, в которых обычные концентрации РЬ колеблются в пределах 10-40 мг/кг. В то же время в ультраосновных породах и известковистых осадках его содержится 0,1-10 мг/кг [Кабата-Пендиас,1989]. Свинец обладает сильными халькофильными свойствами, поэтому в естественных условиях его основная форма — галенит PbS. Элемент присутствует в основном в виде РЬ2+, известно также его состояние окисления +4. Свинец образует ряд других минералов, которые плохо растворимы в природных водах: англезит PbS04, церуссит РЬС03, буланжерит5РЬ8 х 2Sb2S3, пироморфит ЗРЬз(Р04)2 РЬСІ2. При выветривании сульфиды свинца медленно окисляются, и элемент может образовывать карбонаты, входить в глинистые минералы, оксиды Fe и Мп, а также связываться органическим веществом. По геохимическим її свойствам РЬ близок к группе щелочноземельных металлов, поэтому свинец способен замещать К, Ва, Sr, Са как в минералах, так и в сорбционных позициях [Кабата-Пендиас,1989]. Содержание элемента в чистых природных водах составляет 0.03-1,2 мкг/л. Конечный резервуар захоронения свинца — донные отложения. Они могут адсорбировать и десорбировать РЬ, регулируя тем самым его концентрации в воде, т.е. играя роль буфера. Содержание элемента в донных отложениях составляет 20-35 мг/кг [Минеев и др.,1982]. Природными источниками металла в атмосфере являются: выветривание горных пород, эрозия почв, вулканические газы и аэрозоли, дымы лесных пожаров; антропогенными — металлургические заводы и предприятия, производящие красители, химикаты, пестициды, батареи, аккумуляторы; сжигание угля, торфа, масел, городских отходов; выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, сточные воды и др.
Концентрация свинца в атмосфере зависит от многих факторов и может существенно изменяться. Уровень элемента в атмосферных осадках составляет в среднем 36-40 мкг/л. Данные по основным источникам поступления металла в атмосферу приведены в табл. 7 [Удобрения и химические..,1998]. Фоновые концентрации элемента в почвах изменяются от 6,3 до 27,0 мг/кг. Кларк свинца в почвах составляет 10 (табл.8). Среди всех тяжелых металлов свинец наименее подвижен, что подтверждается его относительно низкими содержаниями в природных почвенных растворах [Кабата-Пендиас,1989]. Хотя формы нахождения РЬ могут существенно различаться, можно заключить, что элемент ассоциируется главным образом с глинистыми минералами, оксидами Мп, гидроксидами Fe и А1 и органическим веществом. Однако в некоторых почвах металл может концентрироваться в частицах карбоната кальция или фосфатных конкрециях. Растворимость РЬ может быть сильно понижена известкованием. При высоких рН свинец будет осаждаться в почве в виде гидроксида, фосфата, карбоната; эти же условия способствуют образованию РЬ — органических комплексов. Иллиты проявляют гораздо большую склонность к сорбции свинца, чем другие глинистые минералы. Однако при исследовании сорбции элемента глинами в широком интервале рН, такая реакция не наблюдалась [Кабата-Пендиас,1989]. Характерная локализация свинца в приповерхностном слое большинства почвенных профилей связана в основном с накоплением здесь органического вещества. Таким образом, последнее должно рассматриваться как важный потребитель элемента в загрязненных почвах. Судьба антропогенных добавок свинца в почвах привлекает в последнее время большое внимание, поскольку для человека и животных этот элемент опасен при поступлении из двух источников — через пищевую цепь и при вдыхании пыли. Непрерывное возрастание количества свинца в поверхностном слое, как пахотных, так и необрабатываемых почв, установлено в различных наземных экосистемах. Поскольку РЬ поступает в почву в виде разнообразных и сложных соединений, его реакции могут сильно изменяться от места к месту. Загрязнение почв не вызывало большого беспокойства из-за нерастворимости адсорбированных и осажденных ионов свинца в почве. Сильная сорбция РЬ почвами означает, что добавка его в почвы будет иметь в целом постоянный и необратимый характер. Однако содержание элемента в корнях коррелирует с содержанием его в почвах, что указывает на поглощение свинца растениями. Некоторые почвенные и растительные факторы (например, низкий рН почв, низкое содержание Р в почве), как известно, способствуют поглощению РЬ корнями или перемещение его в наземные части растений. Накопление элемента в поверхностном слое почв имеет также огромное экологическое значение, потому что этот элемент сильно воздействует на биологическую активность почв. Одним из основных источников загрязнения почвы является внесение удобрений. Содержания РЬ в удобрениях и осадках приведены в табл. 9 [Кабата -Пендиас, 1989].
Распределение элементов в верхнем почвенном горизонте агроландшафтов
С целью выявления особенностей распределения металлов в почвах все агроландшафты были разделены на следующие типы: полевые неорошаемые (богарные), орошаемые (овощные плантации и рисовые чеки), ландшафты многолетних насаждений (сады, виноградники).
При орошении процессы миграции тяжелых металлов, их выщелачивание из верхних горизонтов в нижележащие усиливаются. Это приводит к заметному снижению в корнеобитаемом слое содержания элементов. Орошение усиливает миграционные процессы в системе вода (оросительная, грунтовая, дренажная) — почва, в результате чего потенциальная опасность загрязнения тяжелыми металлами усиливается [Балюк,1994]. Таким образом, можно говорить о необходимости выделения орошаемых ландшафтов, отличающихся спецификой своего функционирования и, следовательно, особенными закономерностями распределения тяжелых металлов в почвах.
Поскольку почвы ландшафтов многолетних насаждений подвергаются частичному перепахиванию, часть химических элементов, вносимых с удобрениями и средствами химической защиты с вредителями, болезнями и сорняками, вовлекается в биологический круговорот. Кроме того, в этих ландшафтах основная часть надземной и вся подземная часть растений не вывозится с урожаем, в связи с чем в биологический круговорот здесь вовлекается несравненно большее количество химических элементов.
Рассматриваемые ландшафты отличаются также по количеству и составу вносимых удобрений и пестицидов: в почвы ландшафтов многолетних насаждений химических препаратов для борьбы с вредителями и болезнями растений вносится в 1,5-3 раза больше, чем в почвы ландшафтов с севооборотом однолетних культур (зерновых, кормовых, овощей). Отличаются ландшафты и по особенностям механической обработки почв: в ландшафтах многолетних культур перепахиваются только участки междурядий [Алексеенко,2000]. На основании вышеизложенного можно говорить о необходимости изучения особенностей распределения тяжелых металлов в почвах ландшафтов многолетних насаждений.
Богарные ландшафты, занимающие более 60% территории, рассматривались в соответствии с их развитием на разных генетических типах почв: южные черноземы, приазовские черноземы, предкавказские черноземы, обыкновенные черноземы, лугово-черноземные и каштановые почвы.
На основании данных ландшафтно-геохимической съемки М 1: 500000 нами были составлены карты площадного распределения РЬ и Cd в почвах Ростовской области. При построении карты использовались методы статистической обработки результатов анализов, позволившие выявить фоновые и аномальные содержания элементов.
Распределение свинца в почвах области носит мозаичный характер. Средние значения лежат в пределах 25,8-30,3 мг/кг. Повышенные содержания металла (40-85 мг/кг) зафиксированы в основном в пределах юго-западной части территории, характеризующейся широким развитием здесь сельского хозяйства и отсутствием интенсивной промышленной нагрузки (рис.6). Максимальные концентрации РЬ в почвах объясняются значительной разветвленностью транспортной сети, в частности, автомагистралей, в этой части области.
Некоторые авторы полагают, что в условиях постоянных ветров значительное влияние на распределение химических элементов в почвах оказывает воздушная эрозия. Ее результатом является выдувание наиболее легких частиц почвы, не связанных с тяжелыми металлами. При этомпроисходит обогащение почв частицами, сорбировавшими металлы в верхнем почвенном горизонте. Кроме того, рассмотренное обогащение во многом определяется рельефом [Алексеенко, 2000]. По данным В.А. Алексеенко в пределах южной и юго-восточной части Ростовской области происходит увеличение концентраций свинца (рис. 7). По результатам наших исследований таких закономерностей в распределении элемента выявлено не было.
Среднее содержание кадмия в почвах лежит в пределах 0,23-0,29 мг/кг, причем повышенные содержания элемента (от 0,4 до 0,91 мг/кг) отмечены, в основном, в центральной части области (рис. 9). Учитывая широкое развитие в этой части шахт и терриконов, повышенные содержания Cd здесь связаны с тонкой угольной пылью. По данным некоторых исследователей содержание этого элемента в различных видах тонкой пыли отвалов угольных шахт Восточного Донбасса колеблется от 0,9 до 7,5 г/ т [Кизилыптейн и др., 1989,1990; Трунов, 1987].
Следует отметить, что рисунки участков с повышенными содержаниями кадмия и свинца в плане не совпадают.
Многие исследователи полагают, что из природных факторов, обусловливающих тот или иной уровень валового содержания тяжелых металлов в пахотном горизонте, на первое место следует поставить фактор почвообразующей породы, т.к. именно из нее почвы наследуют свой минералогический состав, а, следовательно, и естественное содержание большинства тяжелых металлов [Муха и др., 1998; Протасова, 1992; Кабата-Пендиас,1989; Виноградов, 1957]. Однако, в Ростовской области, учитывая относительное геохимическое однообразие почвоподстилающих пород, столь существенные колебания содержаний свинца в почвах невозможно предположить даже теоретически [Алексеенко, 2002]. Этот факт подтверждается нашими исследованиями, в которых во всех почвенных разрезах практически не прослеживается литогеохимическая специфика почвообразующих пород. Полученные выводы справедливы как для свинца, так и для кадмия. Таким образом, при сопоставлении карты почвообразующих пород и карт распределения РЬ и Cd в почвах Ростовской области взаимосвязи не выявлено.
По мнению некоторых авторов, в почвах большинства сельскохозяйственных ландшафтов в результате техногенеза чаще происходит общее увеличение фонового (среднего) содержания металлов, а не образование отдельных региональных техногенных аномалий. Такие аномалии практически отсутствуют в сельскохозяйственных ландшафтах даже около крупных промышленных центров. Выявленные аномалии, как правило, бывают связаны с особенностями геологического строения регионов и наличием месторождений полезных ископаемых [Алексеенко, 2000]. По данным В.А. Алексеенко в пределах области природные региональные аномалии в почвах сельскохозяйственных ландшафтов выявились при мощности толщ, перекрывающих потенциально рудоносные структуры, от 200 до 1000 м (рис.8).
Автором было проведено сопоставление карт площадного распределения свинца и кадмия с тектонической картой на примере небольшого участка Ростовской области (рис. 10,11). Как видно из рис. 10 и 11, связи аномалий в почвах с разломной тектоникой выявлено не было.
Помимо геологической и тектонической карты, автором была изучена геоморфологическая карта (рис. 4) и ландшафтно-геохимическая карта. На основании проведенного сопоставления можно сделать вывод об отсутствии прямого влияния геоморфологических особенностей на распределение элементов в почвах Ростовской области.
Кроме того, с целью выявления особенностей распределения свинца и кадмия в автономных и подчиненных ландшафтах, была предпринята попытка сгруппировать точки опробования в зависимости от их местоположения с использованием карты геохимических ландшафтов [Карта..,1986]. В результате проведенных исследований определенных закономерностей выявить не удалось.
