Содержание к диссертации
Введение
1. Распространение фтора в биосфере 7
1.1. Фтор и его свойства 7
1.2. Физиологическая роль фтора 8
1.3. Содержание фтора в почвообразующих породах и почвах 12
1.4. Содержание фтора в подземных водах 17
2. Природные условия, влияющие на распределение фтора в ландшафтах мордовии 21
2.1. Физико-географическое положение 21
2.2. Характеристика природных условий Мордовии, влияющих на содержание и подвижность фтора в ландшафтах 22
2.2.1. Геологическое строение 22
2.2.2. Рельеф 26
2.2.3. Почвообразующие породы 29
2.2.4, Климатические процессы, влияющие на распределение фтора в ландшафтах 36
2.2.5. Гидрологические условия, влияющие на распределение фтора в ландшафтах 42
2.2.5.1. Поверхностные и подземные воды 42
2.2.5.2. Характеристика грунтовых вод 46
2.2.5.3. Характеристика артезианских вод 48
2.2.6. Особенности почвенного покрова влияющего на распределение фтора в ландшафтах 50
2.2.7. Растительность, как компонент ландшафта, влияющий на распределение фтора 57
2.3. Морфологическая структура ландшафтов 70
3. Объекты и методика исследований 75
4. Фтор в основных компонентах природных ландшафтов мордовии 79
4.1 .Содержание фтора в почвообразующих породах 79
4.2. Закономерности содержания и распределения фтора в почвах 80
4.3. Распределение фтора в растениях 89
4.4. Содержание фтора в водах 93
5. Экологическое состояние лесных насаждений в зоне фторсодержащих промышленных выбросов 142
Заключение 152
- Содержание фтора в почвообразующих породах и почвах
- Характеристика природных условий Мордовии, влияющих на содержание и подвижность фтора в ландшафтах
- Морфологическая структура ландшафтов
- Закономерности содержания и распределения фтора в почвах
Введение к работе
Одной из острейших проблем нашего времени является нарушение и деградация окружающей природной среды. Рост индустриального производства в условиях бурного научно-технического прогресса и активного вовлечения природных ресурсов в хозяйственный оборот, увеличение транспортных единиц и магистралей, урбанизация и многие другие антропогенные факторы оказывают все возрастающее влияние на состояние окружающей природной среды.
Основной принцип решения проблемы взаимодействия природы и общества состоит в проведении профилактических мероприятий, направленных на предотвращение или ослабление антропогенного воздействия на среду обитания человека. Это положение становится все более важным и по мере роста количества и ассортимента химических соединений, используемых в народном хозяйстве.
Важнейшая роль почвы в сохранении биосферы обуславливает необходимость контроля за состоянием почвенного покрова. За последние десятилетия увеличилось поступление в почву химических веществ, большинство которых обладают высокой стойкостью, могут накапливаться в ней и при определенных условиях переходить через воду, воздух в растения, создавая очаги загрязнения, опасные для здоровья человека. Одними из таких соединений являются фториды.
Фтор среди химических элементов занимает особое место. Он характеризуется как одновалентный и самый активный металлоид. Уже при обычной температуре фтор соединяется почти со всеми металлами и большинством металлоидов. Фтор очень ядовит. Ничтожные его количества в воздухе атмосферы, в питьевой воде, в пищевых продуктах опасны для здоровья и жизни людей и животных. Предельно допустимая концентрация (ПДК) фтора в питьевой воде - 1 - 1,5 мг/л, в воздухе 0,05 мг/м3, в почве - 10 мг/кг (воднорастворимого).
Исследованиями, проведенными в различных почвенно-климатических зонах, установлено, что токсические действия фтора у растений ведут к общему расстройству обмена веществ, задерживают рост корней, снижают дыхание листьев и интенсивность фотосинтеза; урожай сельскохозяйственных культур при этом снижается в среднем на 30 %.
Высокие концентрации фтора вносят существенные изменения в химические свойства почв: увеличивается содержание водорастворимого гумуса, снижается окислительно-востановительньтй потенциал и биологическая активность почв, что ведет к снижению плодородия почв. В почвы фтор поступает из атмосферы в виде летучих выбросов предприятий химической и металлургической
промышленности. Однако основным источником поступления фтора в почву являются фторсодержащие фосфорные удобрения.
Республика Мордовия - крупный аграрно-индустриальный регион с развитым зерново-свекловичным сельским хозяйством и мясо-молочным животноводством. Интенсивное использование земельных ресурсов сопровождается применением большого количества удобрений, в том числе фосфорных. Только за 1970-1990 гг. совместно с удобрениями в почвы Мордовии под сельскохозяйственные культуры внесено свыше 1 мл. т. фторсодержащих удобрений. Все это требует проведения комплексных ландшафтно-геохимических и геоэкологических исследований возможных последствий воздействия на окружающую среду фтора.
Цель и задачи исследования.
Цель работы - изучение основных особенностей миграции и накопления фтора в различных компонентах природных и антропогенных ландшафтов Мордовии и в зонах загрязнения урбанизированных территорий.
Для этого в работе решались следующие задачи:
Изучить ландшафтно-геохимические условия Республики Мордовии, влияющие на содержание фтора в различных компонентах ландшафта.
Установить уровни концентрации фтора в почвообразующих породах, почвах, растениях и в подземных водах Мордовии.
Выявить миграцию фтора в геохимически сопряженных ландшафтах.
Определить поступление фтора в растения люцерны в условиях севооборота и длительного применения минеральных удобрений.
Изучить содержание фтора в питьевых, оросительных, грунтовых и дренажных водах Мордовии.
Выявить особенности техногенного воздействия фтора на растительность (береза и сосна) г. Саранска и природную среду города и пригородной зоны, в целом.
Защищаемые положения.
Содержание и распределение фтора в природных ландшафтах Мордовии зависит от характера и особенностей различных компонентов этих природных комплексов.
Территория Республики Мордовии относится к биогеохимической провинции с повышенным содержанием фтора в почвах и природных водах.
Значительное влияние на содержание и распределение фтора в природных ландшафтах Мордовии оказывает сельское хозяйство (применение
фосфорных удобрений и орошение артезианскими водами) и промышленное производство с высоким уровнем фторсодержащих выбросов.
4. Экологическое состояние лесных насаждений в зоне фторсодержащих промышленных выбросов характеризуется изменением биохимического состава и ускорением процессов старения.
Научная новизна.
Установлено что территория Республики Мордовии относится к биогеохимической провинции с повышенным содержанием фтора в почвах и природных водах.
Выявлены ландшафтио-геохимические особенности содержания и распределения фтора в природных, антропогенных и техногенных ландшафтах Мордовии.
Установлено влияние фторсодержащих выбросов на биохимический состав растений (береза и сосна) и ускорение процессов старения древесной растительности.
Практическое значение. Полученные в диссертации результаты по изучению содержания и распространения фтора в различных компонентах ландшафтов территории Мордовии имеют большое значение для решения проблем сохранения природной среды и здоровья населения республики.
Полученные данные могут быть использованы для прогнозирования трансформации природных систем в сфере воздействия фторзагрязняющих производств Саранска.
Часть материалов по распространению фтора в ландшафтах Мордовии передана в госсанэпедемстанцию г. Саранска и Комитет по охране окружающей среды Республики Мордовии.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ежегодных межвузовских конференциях молодых ученых в городе Саранске (1998 - 2002гг.), на первой межрегиональной, бассейновой научно-практической конференции «Изучение природы и биоразнообразия Присурья» в г. Чебоксары (1998), на заседаниях отдела Института географии РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.
Объем и структура работы. Диссертация на 163 странице, состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения на 14 страницах, содержит 60 таблиц и 34 рисунков. Список литературы включает 204 наименований, в том числе 53 на иностранных языках.
Автор благодарит. Словами благодарности хочется отметить декана географического факультета Мордовского госуниверситета им. Н.П. Огарева Н.А. Кильдишову к.г.н., профессора кафедры экономической географии, Ю.К. Стульце-
ва к.г.н., доцента кафедры геоэкологии и ландшафтного планирования, А.А. Ямаш-кина д.г.н., профессора кафедры геоэкологии и ландшафтного планирования, зав. кафедрой физической географии и туризма П.И. Меркулова к.г.н., профессора, директора ботанического сада Мордовского госуниверситета СВ. Апарина к.б.н., доцента кафедры ботаники и физиологии растений, зав. кафедры биохимии Р.Е. Киселеву д.б.н., профессора, А.А. Седову к.х.н., доцента кафедры аналитической химии, Л.Л. Щеглову к-сх.н., сотрудников станции химизации п. Ялга и госсанэпидемстанции республики Мордовия и госсанэпидемстанции за оказанную помощь в предоставлении данных и консультций по теме диссертации. Особые слова благодарности хочется сказать, научным руковдителям, Б.И. Кочерову д.г.н., ведущему научному сотруднику РАН Института географии и А.С. Щетининой д.сх.н., профессору кафедры физической географии и туризма.
Содержание фтора в почвообразующих породах и почвах
Широкое распространение фтора в породах земной коры и в почвах обуславливает и наличие его в природных водах. Фтор в форме наиболее растворимых солей поступает в воду рек, озер и грунтовую воду, оказывая влияние на их качественную характеристику. Помимо широко распространенного шпата плавикового, а также залежи апатитов, на что было указано выше, большое значение для обогащения подземных вод фтором имеют залежи фосфоритов. Первые сведения о содержании фтора в воде были получены более ста лет назад. Еще в 1850 году Форхгаммер обнаружил в морской воде близ Коппенгагена фтор в количестве 0,7 мг/л, в 1896 году Карнат в воде Атлантического океана нашел фтор в количестве 0,82 мг/л. Однако широкое исследование питьевой воды на содержание в ней фтора стало проводиться лишь после того, как была обнаружена способность его вызывать эндемический флюороз.
Содержание фтора в природных водах колеблется в широких пределах (от сотых долей до нескольких десяткой мг/л). Наибольшие концентрации фтора в воде обнаружено в настоящее время в некоторых водоисточников Африки (до 53 мг/л), США (до 27 мг/л), Японии (до 20 мг/л), Мексики (до 17,7 мг/л) и др. (Чолак, 1960). На основании результатов наблюдений и исследований эндемических очагов опубликовано свыше 2 тысяч сообщений. На территории бывшего СССР очаги флюороза выявлены во всех регионах, наиболее высокие концентрации фтора в источниках водоснабжения отмечены в Днепропетровской, Полтавской, Харьковской, Винницкой областях, Казахстане, России (Мордовии, Рязанской, Вологодской, Московской областях и на Урале). Недостаток фтора характерно для открытых водоемов северных территорий, особенно в Архангельской, Ленинградской областях, Республики Коми, а также в Краснодарском крае и Кабардино-Балкарии, где вода из горных рек слабо минерализована (Государственный доклад ... 1991 и последующие годы).
Обширные исследования по содержанию фтора в питьевых водах проведены также и на территории бывшего Советского Союза (Моисеева, 1957; Черкин-ский, Беляев, Габович, 1975; Габович, 1957; Грекалов, 1970; Глазовская, 1988; Ка-бата-Пендиас, Пендиас, 1989 и др.). Высокие концентрации чаще встречаются в водах артезианских скважин, реже в грунтовых водах, а в поверхностных водах содержание фтора незначительно. Содержание фтора в подземных водах различных областей колеблется от 0,1 до 20,0 и более мг/л и находится в зависимости от характера породы образующих водоносный горизонт, о чем свидетельствует таблица 1.4.1. Фтор — постоянный компонент практически всех типов природных вод, среди которых особое значение имеют подземные фтороносные воды, т.е., воды, содержащие более 1,5 мг/л фтора (Государственный доклад ... 1991 и последующие годы). Гидрогеохимические провинции фтороносных вод широко распространены в мире, в том числе на территории России. Указанные воды достаточно активно используются в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Среди фтороносных вод выделяют два основных типа, имеющих региональное распространение и являющихся носителями типичных свойств таких вод (Крайнев, Петрова, 1976; Крайнев, Швец, 1987; Крайнев, Швец, 1992). Первый тип представлен пластовыми водами структур, сложенный осадочными породами. В частности, они известны во многих артезианских бассейнах Русской платформы. Второй тип представлен трещино-жильным гидрокарбонатными натриевыми и сульфатными натриевыми водами зон тектонической активизации в приделах массивов магматических и метаморфических пород. Типичными являются воды раз-ломных зон кристаллических массивов (азотные термальные воды). В этих водах содержание фтора достигает значений до нескольких сотен мг/л.
В общем случае, как показали исследования СР. Крайннова и Н.Г. Петровой (1976), степень концентрирования фтора в подземных водах определяется ли-толого-геохимическими особенностями водовмещающих горных пород. Поскольку содержания этого элемента в водах всегда гораздо меньше его кларковых уровней в породах, то любые водовмещающие толщи служат «неисчерпаемым источником» фтора для подземных вод. При благоприятных гидрогеохимических условиях практически любой существующий в конкретном бассейне тип воды может перейти в категорию фтороносных вод.
Анализ материалов Ю.И. Ворошилова, Э.Я. Жовинского (1957); СР. Край-нова (1976, 1987); В.В. Красинцевой, Н.П. Кузьмина, М.М. Сенявин (1977); Л.В. Пустовалова, Н.М. Страхова, А.Б. Ронова (1978); Т.В. Бохенска, А.К. Бродский, А.Н. Воронов (1996) и других исследователей показывает, что в условиях Русской равнины важнейшими факторами, определяющими вероятность формирования фтороносных подземных вод, являются: 1.наличие пород, особенно среднекарбонового возраста, характеризующихся относительно повышенными, концентрациями фтора; 2.разнообразие форм закрепления этого элемента в породах и присутствие определенных его количеств в легкорастворимых соединениях; 3.миграционные особенности фтора - способность последнего из отложений мигрировать в воду в широком спектре геохимических условий; 4.общая недонасыщенность фтором подземных вод и высокая выщелаче-вающая способность последних в отношении этого галогена; 5.благоприятные гидрогеологические и гидрогеохимические условия, определяемые высокой скоростью водообмена и химическими типами вод; 6.интенсивная эксплуатация подземных вод, что обуславливает активное взаимодействие различных водоносных горизонтов, усиливает скорость водообмена и меняет степень физико-химического взаимодействия в системе «вода-порода».
По данным Т.А. Николаевой (1989) в подземных водах московской области фтора содержится от 0,4 до 5,5 мг/л. С.Н. Черкинский (1983) находили в пробах подземной воды Московской, Рязанской, и Калининской (Тверской) областях от 0,1 до 6 мг/л фтора. Изучая содержание фтора в подземных водах Свердловской области и смежной с ней областей С.К. Черков (1979) обнаружил не более 0,25 мг/л фтора, а в дренажных и болотных водах фтора находил до 0,8 мг/л. По данным Е.Т. Земляницкой (1988) концентрация фтора в питьевых подземных водах Мариэл колеблется от 0,05 до 0,25 мг/л и в Татарстане от 0,1 до 0,6 мг/л. По данным Т.П. Филиповского (1999) концентрация фтора в подземных водах Башкирии колеблется в пределах от 0,2 до 2,25 мг/л. По данным Н.П. Мащенко (1994), вода шахтных колодцев Горьковской области содержит небольшие концентрации фтора (0,55 мг/л). Концентрация фтора в ключах и родниках колеблется в пределах от 0,05 - 0,4 мг/л. Более высокие концентрации фтора обнаружены в воде скважин, при этом максимальная концентрация составляет 2,2 - 2,5 мг/л.
М.И. Грошиков, В.К. Патрикеев (1956) в воде скважин Кировской, Рязанской, Владимировской, Московской областях и г. Саранска Мордовской республики установили, что в водоисточниках населенных пунктов этих областей концентрация фтора колеблется от 0,5 до 4,8 мг/л. По данным многих исследователей высокий уровень фтора встречается главным образом в водах меловых отложений сеноманского яруса бучагского и сарматского горизонтов. Сезонные колебания концентраций фтора в колодцах составляет 0,3 - 0,5 мг/л. В большом числе артезианских скважин отмечено постоянство концентраций фтора. Ф.К. Нюшко и Г.Д, Овруцкий (2000) обнаружили максимальную концентрацию фтора в артезианских водах Днепропетровской области - 5,6 мг/л, в грунтовых - 4,5 мг/л.
Характеристика природных условий Мордовии, влияющих на содержание и подвижность фтора в ландшафтах
Описание геологического строения, влияющего на распределение фтора в ландшафтах Мордовии, приводится по А.А. Ямашкину (1998). Республика Мордовия располагается в пределах восточной части Русской платформы. В геологическом строении территории принимают участие дислоцированные кристаллические породы архейского и нижнепротерозойского возраста, слагающие фундамент платформы и осадочные породы верхнепротерозойского, палеозойского, мезозойского и кайнозойского возрастов. Мощность осадочной толщи изменяется от 1000 м на поднятиях Токмовского свода до 2500 м во впадинах Рязано-Саратовского прогиба. Архейские и протерозойские образования представлены генейсами и гра-нитоидами. Из гнейсов наибольшее распространение имеют биотит-плагиоклазовые, биотит-амфиболовые и биотит-гранитовые типы. Гранитоиды включают плагиоклазовые граниты, грано- и кварцевые диориты. Палеозойские породы включают девонские, каменноугольные и пермские образования. Отложения девона имеют повсеместное распространение. Наиболее полно они выражены в тектонических впадинах. Скважинами вскрыты средне- и верхнедевонские образования. Средней отдел девона представлен живетским ярусом. Породы залегают непосредственно на кристаллическом фундаменте. Они состоят в основном из терригенных отложений: песчаников, алевролитов, аргиллитов; подчиненное положение в разрезе занимают известняки, доломиты и мергели. Отдел верхнего девона разделяется на франский и фаменский ярусы, которые представлены в основном карбонатными и карбонатно-глинистыми породами - доломитами, известняками и глинами с прослоями ангидридов и гипсов. Общая мощность девонских отложений - около 600 м.
Каменноугольные отложения также широко распространены. На поверхность - в долинах рек Мокши, Урката, Сивини - выходят породы только верхнего отдела (Приложение 1). На всей остальной территории каменноугольные отложения перекрыты более молодыми образованиями. Каменноугольные накопления представлены нижним, средним и верхним отделами. Общая мощность отложений - до 226 м. Нижнекаменноугольные отложения (турнейский и визейский ярусы) сложены преимущественно карбонатными породами с прослоями темноцветных и пе-строцветных глин, авлевролитов, песчаников. В среднем отделе карбоната выделяются башкирский и московский ярусы, в основном карбонатного состава — органогенные и органогенно-обломочные известняки, в разной степени перекристаллизованные, с маломощными прослоями глин и мергелей. Верхнекаменноугольные отложения оренбургского и гжельского ярусов залегают севернее широты г. Саранска. В северо-западной Мордовии они выходят на дневную поверхность. Это чаще всего известняки, обычно доломитизированные, и доломиты, в разной степени трещиноватые и кавернозные. Наблюдаются прослои гипсов, ангидритов, глин, аргиллитов и мергелей.
Пермские отложения представлены ассельским ярусом мощностью 31 — 60 м, перекрывающим породы верхнего карбона. Они картируются в северной Мордовии (см, Приложение 1). В строении яруса принимают участие желтовато-серые и серые доломиты с прослоями доломитизированных, органогенно-обломочньгх известняков, ангидрита и гипса. Мезозойские отложения на территории Мордовии имеют почти повсеместное распространения и залегают на размытой, участками сильно закарстованной поверхности палеозойских пород. Выделяются юрская и меловая системы (рис. 1). Юрские отложения представлены верхним и средним отделами. Средний отдел включает байосский и батский ярусы. Байосский ярус слагают серые и темно-серые глины мощностью до 10 м. Батский представлен глинистыми песками с прослоями и линзами песчаников, алевролитов и темно-серых и темных плотных глин. В среднем течении Мокши развиты светло-серые и желтовато-серые, мелко-и тонкозернистые пески с прослоями и линзами черных плотных глин, вероятно, относящиеся к образованиям древней крупной реки. Общая мощность байосского и батского ярусов достигает 60 м.
Верхнеюрские образования включают в себя келловейский, оксфордский, кимериджский и волжский ярусы. Келловейский ярус на большей части территории сложен темными песчанистыми глинами с прослоями слюдистых песков и песчаников, содержащих конкреции фосфоритов и пирита. Мощность яруса — до 58 м. Оксфордский ярус толщиной 8 - 15 м сложен в основном глинами - серыми и темно-серыми, известковистыми, с гнездами и конкрециями серого мергеля и желваками фосфоритов. Отложения кимериджа (10 — 34 м) включают глины - серые и темно-серые, известковистые, слюдистые с линзовидными прослойками глауконитового песка, наименьшие мощности (0,7 -11м) имеют волжские отложения. Они представлены известковистыми глинами, местами переслаивающимися с горючими и битуминозными сланцами. Общая мощность верхнеюрских пород - до 110м. На поверхность они выходят по склонам долин крупным рек Мокши, Алатыря, Ин-сара. Меловые отложения слагают междуречные пространства Мордовии. На севере республики развиты только нижнемеловые образования, а на юге и верхнемеловые. Нижнемеловая толща разделяется на валанжинский, готеривский, баррем-ский, аптский и альбский ярусы. Общая мощность нижнемеловых отложений — до 170 м. К валанжинскому ярусу относится небольшая толща (3,5 м) глауконитовых зеленоватых и темно-серых песков с многочисленными фосфоритовыми желваками. Готеривские и барремские отложения (37 - 85 м) сложены темно-серыми, иногда почти черными песчанистыми глинами, ожелезненными, слюдистыми, с конкрециями пирита участками, по простиранию часто замещающимися алевролитами, алевритами и песками. Пески светло-серые, желтые и коричневые, мелкозернистые, глинистые, кварцевые, местами уплотненные до песчаников. Аптские отложения в нижней части представлены толщей песчанистых темно-серых глин с прослоями песков, глинистых сланцев и бтуминозного сланцеватого мергелистого песчаника и песчаного мергеля - «аптская плита». Верхняя часть аптских отложений сложена глинами с тонкими прослоями алевритов и песков. Общая мощность апта изменяется от 7 до 36 м. Толща альба мощностью до 6 м в нижней части образована грубозернистыми, сильноожелезненными песчаниками, в средней - глинами темно-серыми и зеленовато-серыми с прослоями песков, глауконитовых и фосфоритовых желваков, в верхней содержатся прослои оппок.
Верхнемеловые породы Мордовии сформировались в сеноманский, турон-ский, коньякский, сантонский, компанский и маастрихтский века. Сеноманские отложения мощностью до 10 м представлены песками с прослоями песчаников и включениями конкреций фосфоритов. Туронский и коньякский ярусы мощностью до 55 м сложены карбонатными породами, главным образом светло-серыми трещиноватыми мергелями с глауконитовыми песками с конкрециями фосфоритов. В сантонских отложениях (10 - 20 м) преобладают светлосерые опоки, в нижней части - пески с конкрециями фосфоритов. Компанский и маастрихтский ярусы, имеющие мощность до 45 м, состоят из белого, серого мела с включениями мелоподобного мергеля и кремня. Кайнозойские отложения подразделяются на породы палеогенового, неогенового и четвертичного возрастов. Палеогеновые образования распространены преимущественно в южной и юго-восточной Мордовии (см. рис. 1). Они формируют останцово-водораздельные массы. Сызранская свита палеогеновых отложений имеет мощность 80 — 120 м и сложена сильнокремнистыми желтовато-белыми опоками, в верхней части толщи залегают кварцево-глауконитовые песчаники.
Морфологическая структура ландшафтов
Морфологическая структура ландшафтов дана по материалам А.А. Ямаш-кина, 1998г. Согласно одной из первых схем физико-географического районирования России Ф. Н. Милькова (1950), вся Мордовия относится к лесостепной зоне. Лесостепь Русской равнины им делится на два ландшафтных сектора: западный (Днепровский) и восточный (Волжский). Граница между секторами проводится по границе Приволжской возвышенности с Окско-Донской низменностью. В соответствии с этим на территории Мордовии выделяются две провинции: лесостепь Окско-Донской низменности (западный сектор) и лесостепь Приволжской возвышенности. В схеме из монографии „Физико-географического районирования СССР" (1968) под редакцией Н.А. Гвоздецкого северный и западный регионы Мордовии относятся к лесной зоне (Мещерская и Северо-Приволжская провинции), а основная часть республики входит в Приволжскую провинцию лесостепной зоны. В обобщенной схеме физико-географического районирования Русской равнины Ф. Н.
Мильков и Н. А. Гвоздецкий (1986) большую часть Мордовии включают в лесостепь Приволжской возвышенности, а северо-западную и западную части — в провинцию смешанных лесов Мещеры. В схеме физико-географического районирования А. А. Макуниной (1985), выполненной в мелком масштабе, территория Мордовии входит в среднюю область Русской равнины. Таким образом, по мнению ведущих ландшафтоведов России, вся Мордовия (или большая ее часть) относится к ландшафтам лесостепи. Различие в схемах определяется, на наш взгляд, в разных оценках степени проявления зональных условий в типах литогенной основы ландшафтов. Обобщенная схема мелкомасштабного физико-географического районирования приведена в приложении 11. В схемах физико-географического районирования Мордовии, разработанных Ф. В. Тарасовым (1955 - 1956), В. И. Торцевым (1958) и В. П. Нарежным (1983), несмотря на некоторые различия, много общего. Предлагаемая нами схема физико-географического районирования территории Мордовии основывается на среднемасштабном ландшафтном картографировании А.А. Ямашкин (1985). На территории Мордовии выделены типологические природные комплексы: ландшафты, местности, урочища.
Тип ландшафта — система геокомплексов сходных по: генезису, физико-географическим процессам, характеризующимся определенным соотношением тепла и влаги, соответствующими типами почв, растительности и особенностям функционирования и развития. Тип местности — наиболее крупная морфологическая часть ландшафта, отличающаяся однородностью сочетания литологофациальных комплексов отложений, степени и характера расчлененности рельефа, дренированности, особенностями почвенно-растительного покрова и относительной равноценностью в хозяйственном отношении земель.Род урочища — часть местности, обособленная в связи с генетическими особенностями рельефа и слагающих их отложений.
Типологические комплексы с целью выделения региональных закономерностей природной дифференциации группируются в ландшафты. В работе мы придерживаемся определения, предложенного Н. А. Солнцевым (1948), согласно которому географическим ландшафтом следует называть такую систематически однородную территорию, на которой наблюдается закономерное и типическое повторение одних и тех же взаимосвязанных сочетаний: геологического строения, форм рельефа, поверхностных и подземных вод, микроклиматов, почвенных разностей, фито- и зооценозов. Развитие ландшафта сопровождается перемещением вещества и энергии, что обусловливает обособление отдельных его участков, образующих закономерные повторяющиеся сочетания. Перераспределение тепла и влаги и внутригодовой режим тепло- и влаго-обеспеченности определяют функционирование сформировавшихся в разных геолого-геоморфологических условиях ландшафтов смешанных лесов водно-ледниковых равнин (Заалатырский, Мокша-Алатырский, Мокша-Сивинский, Варма-Кивчейский, Шокшинский, Вадский); широколиственных лесов и лесостепей вторичных моренных равнин (Прируднинский, Инсаро-Нуйский, Игнатово-Алатырский, Исса-Инсарский, Мокша-Иссинский, Мокша-Сивинский, Мокша-Вад-ский); широколиственных лесов и лесостепей эрозионно-денудационных равнин (Сарка-Инсарский, Присурский, Меня-Игнатовский); долинные ландшафты (Сур-ский, Инсарский, Алатырский, Руднинский, Иссинский, Мокшанский, Вадский, Верхнесивинский, Вышанский) (Приложение 11). Краткая характеристика ландшафтов Мордовии Современное перераспределение тепла, влаги, внутригодовой режим тепло-и влагообеспеченности определяют функционирование сформировавшихся в разных геолого-геоморфологических условиях ландшафтов смешанных лесов водно-ледниковых равнин, широколиственных лесов и лесостепей вторичных моренных и эрозионных равнин, а также долинных ландшафтов (Приложение 12). Ландшафты смешанных лесов водноледниковых равнин Ск - тип местности плоских междуречных пространств с западными формами рельефа, сложенных флювиоглянциальными отложениями, залегающими на карбонатных породах каменноугольного возраста с дерново-слабосуглинистыми почвами под смашанными лесами, ограниченно распаханными. Местности типа Ск распространены в Мокша-Алатырском ландшафте.
С1 — местность слабоволнистых междуречных пространств, сложенных мощной толщей флювиогляциальных отложений, залегающих на днепровской морене с дерново-средне- и сильноподзолистыми почвами под смешанными лесами, ограничено распаханных. Этот тип распространен в В адском (23,6 %) и Варма-Кивчейском (39 %) ландшафтах. С2 - плоские, изредка слабоволнистые междуречные пространства, сложенные флювиогляциальными отложениями на моренных и коренных суглинках и глинах с дерново-пдзолистыми и светло-серыми лесными почвами под смешанными лесами, выборочно распаханные. СЗ - плоские, слабоволнистые междуречные пространства, сложенные флювиогляциальными отложениями на моренных и коренных суглинках и глинах с дерново-слабоподзолистыми и серыми лесными почвами под смешанными лесами, выборочно распаханные. Ландшафты широколиственных лесов и лесостепей вторичных моренных равнин Вп — останцово-водораздельные массивы, сложенные кремнисто-карбонатными породами и элювием морен с серыми лесными щебнистыми почвами под широколиственными лесами. Вм — волнистые поверхности средних участков склонов, сложенные карбонатными породами верхнего мела и элювиально-делювиальными отложениями морен с серыми лесными почвами и оподзоленными черноземами под широколиственными лесами. Местности выборочно распаханы. ВЗм — волнистые поверхности придолинных склонов, сложенные делювием карбонатных пород верхнего мела с выщелоченными и луговыми черноземами под лугами и луговыми степями, преимущественно распаханные. 81- волнистые и пологоволнистые поверхности водораздельных про странств, сложенные гляциальными отложениями со светло-серыми и серыми лес ными почвами под широколиственными лесами, выборочно распаханные. 82- волнистые поверхности средних участков склонов, сложенные моренными и делювиальными суглинками с темно-серыми лесными почвами и оподзоленными черноземами под широколиственными лесами, преимущественно распаханные. 83— волнистые поверхности долинных склонов, сложенных делювиальными суглинками с выщелоченными и луговыми черноземами под луговыми степями, преимущественно распаханные.
Закономерности содержания и распределения фтора в почвах
По имеющимся данным (Виноградов, 1957; Taylor, 1964), содержание фтора в почвах примерно в 3 раза меньше, чем в литосфере. Различные формы фтора во всех исследованных типах почв содержатся в количествах, не превышающих двухсот мг/кг сухого вещества (табл. 4.2.1.). Учитывая то, что исследований по содержанию фтора в почвах Мордовии длительное время не проводилось. Нами была поставлена задача, определить содержание и распределение (радиальное и латеральное) фтора в наиболее распространенных почвах ландшафтов Мордовии (выщелоченные и оподзоленные черноземы, серые лесные, дерново-подзолистые и пойменные почвы). Образцы для анализов брали по всему почвенному профилю (130 разрезов). Определение фтора проводились нами ионометрическим методом на базе кафедры аналитической химии Мордовского госуниверситета им. Н.П. Огарева и станции химизации п. Ялга. Результаты исследований подтверждают ранее полученные данные, что наибольшее содержание фтора в исследованных нами почвах Мордовии составляет 200 мг/кг (0,02 %), наименьшее содержание его составляет 10-20 мг/кг (0,001 -0,002 %) почвы (табл. 4.2Л.). Содержание фтора в разных типах почв и на разной глубине почвенного профиля неодинаково. Нами была выявлена закономерность в распределении фтора по почвенному профилю. В таблице 4.2.1. приводим некоторые данные по содержанию фтора в почвах республики. Из таблицы 4,2.1. видно, что самое высокое содержание фтора отмечается в пойменных почвах. В верхнем - горизонте А дерновой тяжелосуглинистой почвы поймы реки Мокши фтора содержится до 162 мг/кг. Вниз по профилю количество его уменьшается и составляет 118 - 122 мг/кг. В почвообразующей породе С наблюдается повышенное содержание фтора 131 мг/кг по сравнению с горизонтом В. В пойменных почвах количество фтора с глубиной убывает и снова возрастает его количество в почвообразующей породе, повидимому это связано с количеством фракции физической глины и изменением рН среды в почвенных горизонтах.
В горизонте А дерновой среднесуглинистой почвы поймы реки Суры содержание фтора 85 мг/кг. В ниже лежащем горизонте В отмечается равномерное распределение фтора в пределах 40 - 45 мг/кг почвы. В горизонте (С) наблюдается повышенное содержание фтора (83 мг/кг) по сравнению с горизонтом В. Здесь мы наблюдаем туже закономерность, что и в предыдущем случае. Следовательно, мы можем сделать вывод, что в пойменных почвах количество фтора с глубиной убывает и только в почвообразующей породе его концентрация возрастает. В верхней части горизонта А дерновой пылевато-супесчаной почвы поймы реки Мокша содержание фтора составляет 28 - 36 мг/кг. В ниже лежащем горизонте В отмечается увеличение концентрации фтора до величин 40-43 мг/кг и равномерное распределение его по горизонту. В почвообразующей горизонте отмечается пониженное содержание фтора по сравнению с верхними горизонтами почвы (20 -22 мг/кг).
В лугово-черноземных тяжелосуглинистых почвах (гумусовый горизонт) содержание фтора составляет 86 мг/кг почвы, в средней части профиля (В) 124 -127 мг/кг, в нижележащих горизонтах (В2 - С) 158 - 200 мг/кг почвы. Из анализа видно, что концентрация фтора с глубиной возрастает. В лугово-черноземных среднесуглинистых почвах (верхний гумусовый горизонт) содержание фтора составляет 68 мг/кг почвы, в средней части профиля от 72 до 116 мг/кг, в нижележащем горизонте 120 мг/кг почвы. Из вышеприведенных данных видно, что достаточно равномерно обеднено по сравнению с почвообразующей породой за исключением нижней части горизонта А (или В), где фтор равен 116 мг/кг, что вероятно связано с увеличением физической глины в этом горизонте. В луговых оглеенных почвах рек Мокши и Суры самое высокое содержание фтора отмечается в горизонте С на глубине 100 - 160 см от поверхности и составляет 154 - 162 мг/кг, в верхних слоях горизонта - А 118 - 110 мг/кг, в средних — 90-134 мг/кг почвы. Мы наблюдаем количество фтора с глубиной возрастает и только в горизонте В] его количество падает, из таблицы 4.2.1. видим, что это связано с уменьшение количества фракции физической глины до 40 % и рН до 5,8. В выщелоченных и оподзоленных черноземах, серых лесных и дерново-подзолистых почвах фтора содержится несколько меньше по сравнению с вышеописанными почвами. Так, в пахотном слое горизонта А выщелоченных и оподзоленных черноземах содержание фтора колеблется от 10 до 20 мг/кг почвы, в иллювиальном горизонте В 25 - 50 мг/кг, в почвообразующей породе С до 120 мг/кг почвы. В этих почвах мы наблюдаем, рост количества фтора с глубиной, это связано с высоким содержанием гумуса в горизонте А и увеличение содержания фракции физической глины вниз по почвенному профилю.
В оподзоленных горизонтах серых лесных и дерново-подзолистых почвах фтора содержится, как правило, меньше по сравнению с пахотным слоем и ниже лежащем горизонтом. Содержание фтора в почвах определяется его концентрацией в материнских породах, что же касается особенностей его распределения в почвенном профиле, то они зависят от почвообразующих процессов, из которых наибольшее значение имеют интенсивность выветривания и содержание глинистых частиц. Очевидно, фтор выносится из верхних горизонтов большинства почв (табл. 4.3.1.), что отчасти свидетельствует о его инертности к органическому веществу. Например, концентрации фтора в органическом веществе верхних горизонтов почв были низкими, что согласуется с литературными данными (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). В латеральном распределении фтора в почвах автономных и подчиненных ландшафтов Мордовии наблюдается ряд закономерностей (табл. 4.3.2). В почвах ландшафтов смешанных лесов водно-ледниковых равнин концентрация фтора в горизонте А колеблется от 10 мг/кг (в автономном ландшафте) до 60 мг/кг (в подчиненном ландшафте). Что касается радиального распределения фтора в горизонтах, то наблюдается закономерность увеличения его в понижениях рельефа (рис. 10, табл. 4.3.2).
В почвах ландшафтов широколиственных лесов и лесостепей вторичных моренных равнин концентрация фтора в автономном ландшафте колеблется в пределах 10-43 мг/кг в зависимости от почвенного горизонта. В почвах подчиненных ландшафтов наблюдается закономерность в росте концентрации фтора, в понижениях рельефа до 210 мг/кг в горизонте (С) (рис. 11, табл. 4.3.2).
