Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Почвенно-геохимическое картографирование как раздел тематического картографирования 7
1.1 .Почвенно-геохимические карты в системе тематического картографирования 7
1.2. История почвенно-геохимического картографирования 11
1.3. Почвенно-геохимическое картографирование и ГИС 18
1.4. Основные направления почвенно-геохимического картографирования 19
Глава 2. Методология почвенно-геохимического картографирования 26
2.1. Основные принципы 26
2.2. Геохимические факторы миграции элементов в почвах 27
2.3. Показатели, используемые на почвенно-геохимических картах 31
2.4. Источники составления почвенно-геохимических карт 35
2.5. Способы оценки почвенно-геохимической информации 42
Глава 3. Анализ принципов составления и содержания почвенно-геохимических карт 48
3.1. Базовые почвенно-геохимические карты 48
3.1.1. Принципы отбора показателей 48
3.1.2. Содержание и методика составления базовых карт 50
3.1.3. Общие принципы составления и особенности легенд базовых карт 61
3.2. Прикладные почвенно-геохимические карты и их виды 62
Принципы отбора показателей 64
3.2.1. Констатационные и прогнозные карты 67
Анализ содержания и методики составления 67
Карты кислотных воздействий 68
Карты органических загрязнителей 69
Карты неорганических загрязнителей 74
Общие принципы составления констатационных и прогнозных карт
3.2.2. Оценочно-прогнозные карты 80
Принципы и проблемы отбора показателей 80
Анализ содержания и методики составления оценочно-прогнозных карт 83
Общие принципы составления
оценочно-прогнозных карт 92
Глава 4. Картографирование радиальных геохимических барьеров в почвах 97
4.1. Принципы отбора показателей и методика составления карт 98
4.2. Карта поверхностно-почвенных радиальных барьеров 100
4.3. Карта внутрипочвенных радиальных барьеров 102
Глава 5. Картографирование условий и интенсивности латеральной миграции элементов и соединений 106
5.1. Определение понятия латеральной миграции 106
5.2. Подходы к классификации катен 108
5.3. Факторы латеральной миграции 114
5.4. Анализ имеющегося опыта картографирования условий латеральной миграции 116
5.5. Методика составления карты условий латеральной миграции 117
5.5.1. Основные принципы и ограничения 118
5.5.2. Параметры и источники составления карты 118
5.5.3. Легенда, содержание карты и способы картографического изображения 124
Учет структуры почвенного покрова 129
Картографические способы изображения 129
Анализ карты 130
5.6. Типизация катен Европейской территории России 132
Заключение 140
Литература
- История почвенно-геохимического картографирования
- Показатели, используемые на почвенно-геохимических картах
- Анализ содержания и методики составления
- Карта внутрипочвенных радиальных барьеров
Введение к работе
з
\S*"\ZO
Актуальность. Формирование и развитие почвенно-геохимического картографирования связано, с исключительной ролью почв в биосфере и с решением различных теоретических и практических вопросов, в том числе экологических. Многие проблемы загрязнения компонентов природы определяются поведением поллютантов в почвах, как центральном звене ландшафтных систем: закреплением, разрушением, выносом и трансформацией.
Почвенно-геохимическое картографирование весьма неоднородно как по содержанию и назначению карт, так и их методике составления, источникам информации, что обусловлено историей формирования этого направления, разнообразием объектов картографирования и решаемых задач. Систематизация относительно большого и разнообразного картографического материала, накопленного к настоящему времени позволяет выявить концептуальные направления, сформировавшиеся в данной области картографирования. Они включают основные принципы составления карт, анализ картографируемых показателей, методов интерпретации и оценки исходных данных для определенных целей и задач, а также ряд сложностей и ограничений, возникающих при составлении разных типов почвенно-геохимических карт.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка методологии мелкомасштабного почвенно-геохимического картографирования и составление почвенно-геохимических карт разных типов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ и обобщение имеющегося опыта составления почвенно-геохимических карт;
систематизация почвенно-геохимических карт по разным критериям;
анализ содержания карт разных типов, источников информации, используемых на картах показателей, методики интерпретации и оценки данных;
развитие методологических подходов составления карт разных типов;
- разработка принципов целенаправленной интерпретации почвенных и
ландшафтных параметров для составления карт разных типов;
составление мелкомасштабных базовых и прикладных почвенно-геохимических карт;
разработка методологии и составление специальных мелкомасштабных карт, отражающих отдельные аспекты условий миграции: радиальных геохимических барьеров в почвах России, условий латеральной миграции, типизации катен Европейской территории России.
Материалы. Работа базируется на почвенно-геохимических картах, составленных разными авторскими коллективами. Существенная часть анализируемых в работе почвенно-геохимических карт была создана на кафедре геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ под руководством проф. М.А. Глазовской М.И. Герасимовой, И.П. Гавриловой и автором, в сотрудничестве с сотрудниками лаборатории комплексного картографирования и атласов - Л.Ф. Январевой и Н.Н. Тальской.
CftawWV (iOl
О» «W/Jj
Методика исследований. Исследование проведено на основе научно-методических принципов тематического и комплексного эколого-географического картографирования, заложенных в работах М.А. Глазовской, А.И.Перельмана, Н.С.Касимова, Н.П.Солнцевой, И.П. Гавриловой, К.А.Сали-щева, Л.Ф. Январевой.
Научная новизна. Обобщен и систематизирован опыт мелкомасштабного почвенно-геохимического картографирования;
- Сформулирована концепция мелкомасштабного почвенно-геохимического
картографирования, которая заключается в следующем:
главный принцип состоит в целенаправленной интерпретации свойств, режимов почв в комплексе с характеристиками других компонентов ландшафта;
главным объектом анализа (и источником информации) являются почвы и почвенный покров;
особенность почвенно-геохимического картографирования состоит в анализе почвенных свойств и ландшафтных факторов с позиций поведения в почвах (аккумуляции, миграции, трансформации) химических элементов и соединений;
картографическими единицами служат контура базовой почвенной карты;
спектр используемых почвенных и ландшафтных параметров определяется типом карт.
- Разработана группировка почвенно-геохимических карт по назначению,
методике создания, способам и целям картографирования.
- Составлена серия мелкомасштабных почвенно-геохимических карт (от базовых
к прикладным), иллюстрирующая усложнение их содержания, методики
составления, увеличение числа используемых параметров и источников,
относительность критериев оценок.
Разработана методология картографирования радиальных геохимических барьеров, основанная на интерпретации почвенных профилей, как системы генетических горизонтов, выполняющих функции геохимических барьеров. Составлены специальные карты радиальных геохимических барьеров в почвах России;
Разработана методология мелкомасштабного картографирования условий латеральной миграции химических элементов и соединений, базирующаяся на анализе ландшафтных факторов, почвенных свойств и структуры почвенного покрова. Составлена карта и проведена типизации катен, отражающая потенциал латеральной миграции в разных природных зонах Европейской части России.
Практическая значимость работы. Разработанная методология служит основой составления базовых и прикладных почвенно-геохимических карт (выбор исходных параметров, приемы их оценки, наложение слоев информации, составление легенд), что позволяет ее модифицировать для решения конкретных задач.
Составленная серия почвенно-геохимических карт может быть использована для оценки экологической ситуации России и отдельных регионов в связи с
задачами прогноза поведения и оценки потенциальной опасности загрязнения почв широким спектром поллютантов.
Рассмотренные принципы выбора параметров, их интерпретации и оценки могут быть в дальнейшем использованы как основа базы данных для создания прикладной почвенно-геохимической ГИС.
Методика оценки почвенных и ландшафтных параметров используется в курсах по ландшафтно-геохимическому картографированию и оценке воздействия на окружающую среду.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и карты масштаба 1:4 млн. Работа содержит: 156 страниц текста, 28 иллюстраций (в том числе 10 карт), 42 таблицы. Библиография включает 168 работ.
История почвенно-геохимического картографирования
Другое направление развития почвенно-геохимического картографирования в 50-70-ых годах было связано с запросами сельского хозяйства. Для изучения содержания в почвах микроэлементов, главным образом используемых в качестве микроудобрений, составлялись карты содержания этих элементов на земледельческие районы страны. Они основывались на большом количестве аналитических данных. На факультете почвоведения МГУ проводились работы по изучению содержания в почвах валовых и подвижных форм микроэлементов (Си, Со, Мо, Мп, В, Zn) и характера их распределения в профиле зональных типов почв. Полученные материалы позволили выявить пространственные зако 12 номерности содержания микроэлементов (в валовых и подвижных формах) в почвах Европейской части СССР, которые нашли отражение на обобщенных обзорных картах (масштаба 1:10 млн), составленных под руководством В.А. Ковды и Н.Г. Зырина (1973).
Таким образом, первые почвенно-геохимические карты основывались на фактических данных и составлялись методом интерполяции. Развитие этого направления способствовало накоплению сведений о пространственном распределении химических элементов, свойств почв, что впоследствии широко стало использоваться в эколого-геохимическом картографировании.
Примером более поздних карт, базирующихся на фактических данных, служит «Геохимическая карта почв и почвообразующих пород Ленинградской области» (1976), содержание которой состоит в показе состава почвенного покрова и почвообразующих пород. Каждый выдел карты дополнен диаграммой содержания микроэлементов в генетических горизонтах почв на породах разного генезиса и состава. Подобные работы продолжаются для целей сельского хозяйства. Например, «Геохимический атлас гумусового горизонта Эстонии» (Пе-терсель и др., 1997) составлен по данным опробования верхнего горизонта почв по сетке. В него включены карты содержания в почвах макро- и микроэлементов, некоторых радионуклидов, органического вещества. Другим примером служит агрогеохимическая карта Московского полигона масштаба 1:1 млн (1998), основанная на большом аналитическом материале. Карта содержит оценку плодородия почв, на основании данных по кислотности, содержанию гумуса и элементов питания, а также отражает степень загрязнения сельскохозяйственных почв тяжелыми металлами и радионуклидами по пяти градациям (от допустимого уровня до чрезвычайно опасного). Такая комплексная характеристика служит основой оценки плодородия и экологического состояния сельскохозяйственных земель.
В настоящее время это направление активно разрабатывается в ИМГРЭ РАН (Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов) в области геохимических методов поисков полезных ископаемых, изучения загрязнения почв и других компонентов ландшафта в городах, на сельскохозяйственных территориях и в районах добычи полезных ископаемых (Геохимия ..., 1990). На основании этих работ была разработана программа многоцелевого геохимического картирования территории России в масштабе 1:1 млн, предусматривающая составление серии карт состояния определенных компонентов среды и интегральной, комплексной карты оценки отдельных территорий (Бу-ренков и др., 1997; Головин и др., 1997). Эта программа ориентирована на решение разных задач: поиска полезных ископаемых, медико-геохимическую оценку территорий (выявление эндемичных районов), комплексную оценку земельных ресурсов на основе определения геохимических факторов плодородия и степени загрязнения сельскохозяйственных почв, оценку эколого-геохимического состояния окружающей среды, земельного кадастра обоснования мероприятий рационального природопользования. Особенностью данной программы является ее комплексность, сопряженное опробование коренных пород, почв (горизонты А и В), донных осадков и поверхностных вод, многосторонний анализ проб на содержание индикаторных, токсичных, биофильных химических элементов, системное компьютерное картографирование.
В 50-60-х годах начинает развиваться ландшафтно-геохимическое картографирование. А.И. Перельманом была составлена ландшафтно-геохимическая карта СССР масштаба 1:20 млн для атласа ФГАМ (1964). В эти же годы проводились ландшафтно-геохимические работы на Среднем и Южном Урале под руководством М.А. Глазовской (1961), в ходе которых составлялись средне- и крупномасштабные карты для целей поисков полезных ископаемых. Данные карты основывались на анализе и интерпретации факторов и условий миграции и аккумуляции элементов в компонентах ландшафтов, а не на фактических данных об их содержании. Разработка методологии ландшафтно-геохимического картографирования (разных масштабов и назначения) вызывала необходимость рассмотрения почв и почвенного покрова с точки зрения условий и факторов радиальной и латеральной миграции элементов. Это способствовало появлению нового направления - почвенно-геохи-мического картографирования, основанного на других методологических принципах. В отличие от карт предыдущего типа, главное содержание таких карт -сведения об условиях миграции веществ. Подобные карты синтетические, они базируются, как правило, на представлениях об основных почвообразовательных процессах, режимах и свойствах почв. Свойства почв, субстрата, характеристики климата, рельефа и другие параметры интерпретируются с позиций возможности и интенсивности условий миграции химических элементов. Карты данного направления составлялись под руководством А.И. Перельмана, М.А. Глазовской сотрудниками кафедры геохимии ландшафтов и географии почв (Перельман, Гаврилова и др, 1982, Глазовская, 1979, Герасимова, 1981, Никифорова, 1983) и другими авторами. Почвенно-геохимические карты такого типа являются главным объектом анализа в данной работе.
В последние годы активно развивается эколого-географическое картографирование, базирующееся на системном подходе анализа природных и антропогенных факторов и явлений (Комплексное ..., 1997; Божилина и др., 1999; Стурман, 2000, 2003). Для него характерно, во-первых, возрастание объема разнообразной информации, и, во-вторых, усиление требований к экологическим исследованиям, необходимость выполнения различных видов оценок, прогнозов, практических рекомендаций (Жуков и др., 1999).
В составлении эколого-географических карт роль почв и почвенного покрова, как центрального компонента биосферы чрезвычайно велика. Почвы выполняют многообразные функции, обусловливающие устойчивость, как отдельных биогеоценозов, так и биосферы в целом (Добровольский, Никитин, 1986). Одной из важных и комплексных функций почв является регулирование поведения загрязнителей. В этой связи, во-первых, большое значение имеет функционально-экологический подход в картографировании почв, предусматривающий изучение различных свойств и параметров почв, определяющих их функционирование и изменчивость, в том числе при антропогенных воздейст 15 виях (Добровольский, Никитин, 2000). Во-вторых, эколого-картографическая оценка почв как основного звена ландшафтных систем и как «экологического акцептора» (Батуев, 2003), входит составной частью в содержание экологических карт разного типа, в том числе и комплексных, как самостоятельного компонента и как индикатора общего экологического состояния («Комплексное..., 1997; Оценка качества..., 1995; Стурман, 2003).
Среди эколого-географических карт выделяется несколько групп (Тикунов, Январева, 1995, «Комплексное..., 1997), почвенно-геохимический аспект представлен в следующих из них.
1. Экологические карты природы, которые отражают особенности распространения, функционирования и современного состояния географических объектов с экологических позиций и с учетом влияния антропогенных факторов. К ним относятся почвенно-экологические и эколого-геохимические карты, «которые занимают лидирующее положение по числу подготовленных карт и по продвинутости научно-методических разработок» («Комплексное.., 1997, с. 17).
2. Карты антропогенных воздействий на природную среду и их последствий. На них изображаются (отдельно или в комплексе) источники загрязнения, их виды и факторы воздействия, реакция среды и результат. К почвенному блоку карт такого типа относятся следующие: эрозии и дефляции, дегумификации, засоления, загрязнения почв пестицидами, удобрениями, тяжелыми металлами, радионуклидами и т.д. Это могут быть карты, основанные на фактических данных о содержании поллютантов, в абсолютных значениях или в единицах ПДК, и оценочно-прогнозные.
Показатели, используемые на почвенно-геохимических картах
Оценка используемых параметров является необходимым этапом при составлении почвенно-геохимических карт, что связано с необходимостью совмещения на карте разных по содержанию и способам измерения характеристик. Информация с почвенных, других тематических карт и литературных и справочных материалов может оцениваться разными методами.
1. Качественная оценка представляет собой наиболее простой способ оценки информации, полученной с карт. На качественном уровне характеризуются типы окислительно-восстановительного и водного режимов, гранулометрического состава почв. Кроме этого метод используется при отсутствии количественных критериев, например, для оценки емкости радиальных геохимических барьеров, в категориях высокий - средний - низкий. При составлении мелкомасштабных карт качественная оценка часто используется для ряда количественных почвенных характеристик - рН (кислая, нейтральная, щелочная реакция среды), содержания гумуса, емкости катионного обмена - ЕКО (в категориях: высокий - средний - низкий), испаряемости (слабая - умеренная - сильная). За словесными качественными характеристиками здесь подразумеваются количественные данные и используются общепринятые градации показателей.
2. Количественная оценка почвенных характеристик - наиболее общепринятый, традиционный метод. Он используется для разнообразных свойств почв (рН, ЕКО, содержание гумуса и обменных катионов, глубина карбонатного горизонта), содержания тяжелых металлов или других поллютантов, ландшафтных параметров (количество осадков, коэффициент увлажнения, крутизна склонов и др.). Метод основан на данных экспериментальных полевых и лабораторных исследований или на литературных материалах. При этом характеристики ранжируются по общепринятым градациям показателей или более дробно, что может быть связано с задачами картографирования или с наличием полевых и аналитических материалов.
3. Экспертные оценки в последнее время широко применяются, особенно в работах экологического характера, когда необходимо учитывать разнообразные, несоизмеримые, факторы. Принцип экспертных оценок основан на эмпирическом определении вклада какого-либо фактора в анализируемое явление (Бешелев, Гурвич, 1973; 1980). Он заключается в ранжировании и оценке свойств почв и факторов среды в связи с их ролью в поддержании устойчивости почв или, наоборот, в создании благоприятных условий для накопления загрязнителей, то есть в формировании экологического риска. При экспертной оценке отдельным факторам может придаваться разный вес в зависимости от их вклада в анализируемом природном или антропогенном процессе. При этом используются как вербальные характеристики, так и балльные оценки.
Этот метод был положен М.А. Глазовской (1997) в основу оценки эколого-геохимической устойчивости почв к трем типам техногенных воздействий на почвы: кислотные воздействия, загрязнение тяжелыми металлами, фтором и селеном. По каждому типу воздействия были проанализированы литературные данные о коррелятивных связях между свойствами почв и их устойчивостью к данным типам воздействий. Для оценки устойчивости 75 разностей почв России были выбраны наиболее значимые почвенные параметры: рН (для горизон 44 тов А и В), окислительно-восстановительные условия, мощность органогенных горизонтов, емкость поглощения, содержание обменного Na+, глубина карбонатного горизонта, испаряемость, наличие вечной мерзлоты. Количественным градациям почвенных характеристик и качественным градациям условий в почвах (испаряемость в градациях слабая - умеренная - сильная; мерзлота: присутствует - отсутствует) был присвоен разный вес, в зависимости от их значения в поддержании устойчивости почв. На основании суммирования баллов был оценен уровень устойчивости большого набора почв России к этим типам воздействия, и все почвы были объединены в прогнозные группы.
Метод балльных оценок широко используется при экологическом картографировании. Например, при составлении крупномасштабной карты "Оценка потенциала самоочищающей способностей ландшафтов" Трускавецкого района использовались экспертные балльные оценки для различных природных факторов (положение в системе почвенно-геохимического сопряжения, углы наклона поверхности) и свойств почв (окислительно-восстановительный режим, емкость поглощения как суммарный показатель содержания гумуса и физической глины, гранулометрический и минералогический состав почвообразующих пород). Сумма баллов по этим показателям отражала суммарную экспертную оценку влияния природных факторов на активность самоочищения почв каждого ландшафта (Глазовская, Гаврилова, Солнцева, 1993).
Метод географических экспертных оценок положен в основу принципов экологического картографирования, разрабатываемых в ИГ РАН, например, «Карта риска возникновения чрезвычайных экологических ситуаций на территории России», «Наиболее острые экологические ситуации на территории России и сопредельных государств» (Кочуров, 1999).
Не смотря на то, что этот метод в настоящее время широко применяется, особенно в работах экологического характера, здесь много нерешенных проблем, и он часто подвергается заслуженной критике (Жуков, Сальников, Янва-рева, 1976, Симонов, 1997). Большие проблемы связаны с выбором параметров, ранжированием, оценкой веса и способами использования (в частности, сложе 45 ниєм или умножением). Безусловно, результаты этого метода можно использовать с известной долей условности, однако он имеет большие перспективы в прикладных работах.
Существует опыт применения математических методов обработки экспертных оценок. А.Н. Геннадиев с соавторами использовали многомерную математическую классификацию для оценки условий и опасности загрязнения почв России нефтепродуктами и ПАУ (1996). Для ранжирования почвенно-экологических провинций по условиям загрязнения и их классификации по типу ответных реакций почв были проанализированы 7 показателей: продолжительность биологически активного периода, количество солнечной радиации, средняя температура июля, сумма активных температур, годовое количество осадков, коэффициент увлажнения, тип водного режима. Последняя характеристика оценивалась в баллах, все остальные — в абсолютных величинах. Каждому фактору был придан равный вес. В результате было выделено 6 крупных групп почвенно-географических провинций, существенно различающихся по уровню самоочищения почв.
Анализ содержания и методики составления
В качестве примера рассмотрены две карты, составленные разными авторскими коллективами и иллюстрирующие возможные подходы к картографическому анализу условий и прогнозу поведения одной группы загрязнителей.
Карта «Использование и условия детоксикации пестицидов» Составленная М.А. Глазовской с соавторами для Нечерноземной зоны РСФСР в масштабе 1:1.5 млн (1982), эта карта является одной из первых подобного содержания. Для оценки условий поведения пестицидов были выбраны разнообразные почвенные и ландшафтные показатели (Глазовская, 1979). Интенсивность процессов фотохимического разложения в зональных почвах условно определялась по величине ультрафиолетовой солнечной радиации. В толще почв интенсивность микробиологических процессов разложения оценивалась по температурным и окислительно-восстановительным условиям. Для определения относительной скорости процессов разложения использовался опадо-подстилочный коэффициент. Относительная скорость разложения на пашне в черноземах была принята за 1 балл, серых лесных - 0.9-0.8, дерново-подзолистых - 0.7-0.6, подзолистых - 0.4 - 0.3. В целинных почвах этот балл соответственно снижался на 0.1. Учитывалась также степень заболоченности территории (заболоченность ухудшает условия разложения) и процент распа-ханности (на пашне выше микробиологическая активность). Скорость вымывания водорастворимых пестицидов из почв определясь механическим составом. Песчаные и супесчаные почвы были оценены на целине в 1 балл, на пашне -0.6-0.5, суглинистые и двучленные соответственно 0.3-0.2 и 0.15-0.10 баллов.
Легенда карты составлена в виде списка. Часть факторов представлена на врезках: показатель поверхностного стока, количество осадков, продолжительность солнечного сияния, сила и направление ветра, твердый сток и нагрузки -нормы внесения пестицидов (за определенные годы) и степень их токсичности.
В итоге данная карта является комплексной. На ней учитываются разнообразные почвенные и ландшафтные условия миграции, разложения и накопления пестицидов; представленные на ней факторы даны в виде отдельных слоев информации. Их синтез осуществляется непосредственно на карте путем наложения характеристик с использованием разных способов изображения и сложных индексов. Данную карту можно отнести к констатационным картам, на которых отражаются условия, но нет еще прогноза поведения загрязнителей.
Карта «Условия сорбции и детоксикации пестицидов»
Данная карта (М.И. Герасимова, И.П. Гаврилова, М.Д. Богданова, Л.Ф. Январева, масштаб 1:4 млн, 1992) была составлена по заказу Роскомзема и трансформирована для Экологического атласа России, где она опубликована под названием «Пестициды в почвах» (масштаб 1:20 млн, 2002). Содержание карты отражает экспертную оценку условий миграции и прогноз поведения пестицидов в почвах. Ведущие процессы, обусловливающие интенсивность миграции и аккумуляции - сорбция и детоксикация - связаны с рядом свойств и режимов почв (Богданова, Герасимова, 1995).
Основное внимание уделено оценке интенсивности процессов сорбции, для чего были обобщены литературные данные по содержанию гумуса и физической глины в верхних горизонтах почв земледельческих районов России. По интенсивности сорбции почвы были оценены в баллах, причем сорбции был придан больший вес (от 4 до 12 баллов) по сравнению с другими факторами, поскольку сорбция в наибольшей степени "удерживает" пестициды в почвенных горизонтах и она определяется несколькими факторами (Моложанова, 1985). Эти показатели характеризуют возможность сохранения малоподвижных и долгоживущих пестицидов в верхнем горизонте почв. Возможности освобождение почв от пестицидов и продуктов их разложения определяются почвенными гидротермическими режимами. Промывной водный режим обеспечивает возможность миграции пестицидов за пределы корнеобитаемого слоя, тогда как закрепление в нем или локальное перераспределение связано, соответственно, с непромывном и периодически промывным режимами. Большое значение для консервации пестицидов имеет вечная мерзлота. Фактору водного режима был придан относительно небольшой вес (2-6 баллов), так как исследования поведения различных пестицидов свидетельствуют (Моложанова, 1985) о том, что большинство пестицидов слабо мигрируют в почвенном профиле и задерживаются в корнеобитаемом слое. По этим признакам - сорбции и водному режиму - почвы были оценены в баллах и размещены в ячейках матрицы, содержащей суммарную оценку условий накопления (табл. 3.13; рис. 3.3).
Карта внутрипочвенных радиальных барьеров
Особое значение радиальных геохимических барьеров при анализе условий миграции и аккумуляции веществ в почвах вызвали необходимость их картографирования как самостоятельного почвенно-геохимического явления. На основе имеющегося опыта почвенно-геохимического картографирования автором (совместно с И.П. Гавриловой) были составлены специальные карты радиальных геохимических барьеров, как информативной характеристики условий радиальной миграции. Карты радиальных геохимических барьеров представляют определенный интерес, как дополнение к базовой почвенно-геохимической карте, более подробно отражающие важный аспект условий миграции и аккумуляции веществ в профиле почв, и одновременно они имеют самостоятельное значение в ряду почвенно-геохимических карт.
На базовых почвенно-геохимических картах (глава 2) отражаются общие, универсальные характеристики условий миграции химических элементов в почвах в целом, не разделенные на радиальную и латеральную составляющие. Большая часть параметров характеризует преимущественно радиальную миграцию в пределах почвенного профиля. Однако на базовых картах по причине их повышенной информационной насыщенности нет возможности отразить с достаточной полнотой разнообразные аспекты условий миграции. Вместе с тем некоторые дополнительные почвенно-геохимические характеристики имеют самостоятельное значение для более глубокого анализа потенциальных условий миграции и аккумуляции веществ. Особенности условий радиальной миграции наиболее информативно мот т быть отражены типами радиальных геохимических барьеров, их сочетанием и емкостью.
Первый опыт картографирования радиальных геохимических барьеров был осуществлен, как отмечалось, на карте «Условий миграции микроэлементов в почвах Срединного региона» (1979), в легенде которой представлены виды барьеров, характерные для каждого семейства почв - картографических единиц карты. В дальнейшем этот опыт был использован при составлении Почвенно-геохимической карты СССР (1992), где радиальные барьеры явились одним из элементов содержания. В легенде карты были отражены типы геохимических барьеров и оценена их емкость для каждой группы почв. Однако на самих картах информация о барьерах отсутствует. Впервые радиальные геохимические барьеры были показаны самостоятельным слоем информации на карте «Потенциальная опасность загрязнения почв токсичными микроэлементами» масштаба 1:80 млн (Глазовская, Resources and Environment World Atlas, 1998). Сведения о сочетаниях геохимических барьеров и их емкости приведены в отдельной матрице легенды и отражены на карте определенным способом.
Воспользовавшись имеющимся опытом почвенно-геохимического картографирования были составлены две самостоятельные обзорные карты: «Поверхностно-почвенные барьеры» и «Внутрипочвенные физико-химические барьеры» в масштабе 1:30 млн (Гаврилова, Богданова, 2000). На них представлены закономерности пространственного распространения радиальных геохимических барьеров в почвах России.
Информация о пространственном распространении радиальных барьеров имеет также практическое значение. Известно, что верхние горизонты почв в первую очередь подвергаются воздействию при техногенном загрязнении. Именно в барьерах верхних корнеобитаемых почвенных горизонтах аккумулируются многие опасные загрязнители, создавая экологическую угрозу для сельского хозяйства. От наличия и емкости радиальных барьеров в средней части почвенного профиля зависит степень воздействия поллютантов на минеральные горизонты почв и на грунтовые воды.
Методология выявления радиальных геохимических барьеров в почвенном профиле, основанная на классификации геохимических барьеров А.И. Перель-мана (1966) с дополнениями М.А. Глазовской (1981, 1992), рассмотрена в главе 2. Прежде всего барьеры были подразделены на биогеохимические - то есть по 99 верхностно-почвенные и физико-химические — внутрипочвенные. Поверхностно-почвенные в свою очередь делятся на два типа: органические и органо-минеральные (Глазовская, 1981). Среди физико-химических барьеров выделяются: щелочной (карбонатный), глеевый, сорбционный, испарительный и мерзлотный. Сорбционные барьеры разделены на хемосорбционные и сорбционно-седиментационные. Хемосорбционные связаны главным образом с аморфными гидроксидами Fe, Мп и А1, сорбционно-седиментационные обусловлены наличием в профиле почв текстурных горизонтов.
В качестве содержательной и картографической основы карт геохимических барьеров была использована почвенная карта (масштаба 1:20 млн), составленная для Экологического атласа России (2002).
Спектры геохимических барьеров для основных типов почв известны (Глазовская, 1981), однако этих сведений не достаточно, поскольку почвенными единицами на карте не всегда служат типы почв, но и подтипы и роды. Для выявления геохимических барьеров в почвах были проанализированы с почвенно-геохимических позиций генетические профили почв всех выделов почвенной карты. Генетический профиль почв чаще всего характеризуется системой радиальных геохимических барьеров — поверхностно-почвенных и внутрипочвенных, причем один и тот же почвенный горизонт может выполнять функции разных геохимических барьеров. Все органогенные почвенные горизонты обладают сложными барьерными функциями: помимо основных - биогеохимических, они часто являются сорбционными и кислыми (в случае торфяных) барьерами (Глазовская, 1987). Горизонт Btg (текстурный глеевый) подзолисто-болотных почв является по отношению к миграционным потокам веществ комплексным геохимическим барьером - сорбционно-седиментационным и одновременно восстановительным, а в солончаках горизонт As (солончаковый) можно оценить как сочетание испарительного, окислительного и часто сульфидного барьеров.
Кроме определения сочетаний геохимических барьеров в радиальном профиле почв, на качественном уровне была оценена их емкость (Глазовская, 1992, 1997). Она определялась по мощности горизонтов (например, гумусового), глу 100 бине залегания (карбонатного) или по содержанию каких-либо компонентов (поглощенного Na+ для солонцового горизонта).