Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Трансформация и загрязнение тяжелыми металлами городских ландшафтов (литературныйобзор) 12
1.1 Современная структура и трансформация ландшафтов курской области 12
1.2 Тяжелые металлы в городских почвах 15
1.3 Трансформация и загрязнение тяжелыми металлами почв курской области 19
1.4 Аккумуляция тяжелых металлов городскими растениями 24
1.5 Геохимические особенности загрязения аквальных ландшафтов в зоне воздействия промышленный ареалов курской области 28
ГЛАВА 2. Природные условия и источники загрязнения территории г. льгова. объекты и методы исследования 35
2.1 Литолого-геоморфологические условия 35
2.2 Биоклиматические условия. Ландшафты г. Льгова 41
2.3 Естественные почвы города 51
2.4 Источники загрязнения 55
2.5 Объекты и методы исследования 66
ГЛАВА 3. Эколого-геохимическое состояние почв г. Льгова 70
3.1 Трансформация и загрязнение тяжелыми металлами почв города 70
3.2 Пространственная структура загрязнения тяжелыми металлами городских почв 93
ГЛАВА 4. Радиальная и латеральная дифференциация тяжелых металлов в почвах катен. эколого геохимическое состояние аквальных ландшафтов
4.1 Дифференциация тяжелых металлов в почвенно-геохимических катенах различных функциональных зон города 101
4.2 Загрязнение тяжелыми металлами донных отложений и поверхностных вод 115
ГЛАВА 5. Эколого-геохимическое состояние растительности и ландшафтов г. Льгова . 119
5.1 Трансформация микроэлементного состава древесной растительности 119
5.2 Трансформация микроэлементного состава травянистой растительности 125
5.3 Загрязнение ландшафтов 134
Выводы 139
Список литературы 142
- Трансформация и загрязнение тяжелыми металлами почв курской области
- Геохимические особенности загрязения аквальных ландшафтов в зоне воздействия промышленный ареалов курской области
- Источники загрязнения
- Трансформация микроэлементного состава травянистой растительности
Введение к работе
Актуальность темы. Техногенная трансформация ландшафтов в городах
происходит в результате механических нарушений поверхности, изменения
гидрогеологических условий и геохимического воздействия на компоненты
природной среды. Особенности этой трансформации находятся в сложной
зависимости от характера и состава загрязнителей, длительности их воздействия, ландшафтно-геохимической обстановки. Эколого-геохимическая оценка состояния городских ландшафтов в результате антропогенной деятельности является одним из приоритетных современных направлений геоэкологии. Она приобретает все большую роль для кадастра, мониторинга и охраны городских почв (Экогеохимия…, 1995; Перельман, Касимов, 1999; Экология…, 2004; Кравченко, 2006; Глазовская, 2007; Касимов и др., 2012; Карманов, Булгаков, 2012). При большом количестве и разнообразии источников эмиссии тяжелых металлов (ТМ) и других поллютантов в компонентах городских ландшафтов возникают геохимические аномалии, обусловленные видом использования городской территории, что приводит к появлению зон, крайне неблагоприятных для проживания людей.
В малых городах России за последние десятилетия (постсоветский
период) произошли значительные изменения в хозяйственной и социальной
сфере (Россия…, 2001; Геоэкологические…, 2005; Кайданова и др., 2014;
Регионы и города России…, 2014; Гунько, 2013). Наряду с закрытием одних
предприятий, появились новые промышленные производства, расширились
старые. Это существенно отразилось на структуре городских ландшафтов и
границах техногенно изменённых территорий. Такая ситуация требует
проведения оценки эколого-геохимического состояния ландшафтов малых
городов уже сегодня. До настоящего времени комплексные ландшафтно-
геохимические исследования природной среды в городах Курской области такого ранга (Льгов, Рыльск, Суджа, Фатеж, Щигры и др.) не проводились. Детальное изучение современного экологического состояния почвенно-растительного покрова, донных отложений и поверхностных вод малых городов Курской области в сфере воздействия новых и сохранившихся старых техногенных источников может быть использовано для обоснования и корректировки градостроительных планов, а также разработки мероприятий по оптимизации окружающей среды.
Выбранный для ландшафтно-геохимических исследований г. Льгов относится к зоне интенсивного градостроительного освоения и, согласно Схеме территориального планирования Курской области (до 2019 г.), должен играть роль своеобразной «точки роста качества организации жилой, рекреационной среды и роста экономики области».
Цель работы – установить закономерности техногенной трансформации компонентов ландшафтов г. Льгова и оценить их эколого-геохимическое состояние.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Установить основные источники загрязнения ТМ городских ландшафтов и определить их геохимическую специализацию.
-
Выявить тренды техногенной трансформации почв в функциональных зонах г. Льгова и особенности внутрипрофильной дифференциации ТМ.
-
Проанализировать пространственную структуру загрязнения ТМ почв, древесных и травянистых растений.
-
Выявить влияние различных техногенных источников г. Льгова на загрязнение ТМ аквальных ландшафтов в бассейне р. Сейм.
5. Оценить современное эколого-геохимическое состояние городских
ландшафтов на основе данных о содержании ТМ в депонирующих и транзитных
компонентах.
Объектом исследования являются ландшафты г. Льгова.
Предмет исследования – компоненты ландшафтов (почвы,
растительность, донные отложения и поверхностные воды) г. Льгова.
Область исследования соответствует паспорту специальности ВАК, шифр 25.00.36 – Геоэкология (Науки о Земле) по пунктам: 1.8. Природная среда и геоиндикаторы ее изменения под влиянием урбанизации и хозяйственной деятельности человека: химическое и радиоактивное загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод и сокращение их ресурсов, наведенные физические поля, изменение криолитозоны; 1.9. Оценка состояния, изменений и управление современными ландшафтами; 1.17. Геоэкологическая оценка территорий. Современные методы геоэкологического картирования, информационные системы в геоэкологии. Разработка научных основ государственной экологической экспертизы и контроля.
Исходные материалы. Основой для написания диссертации послужили
материалы, собранные в ходе нескольких летних (2012, 2013 и 2014 гг.) и
зимнего (2013 г.) полевых сезонов в Льговском районе Курской области.
Полевые исследования включали морфологические описания полнопрофильных
опорных разрезов почв, заложенных в основных функциональных зонах г.
Льгова. Параллельно проводилось поверхностное опробование снега, почв,
растений, донных отложений и поверхностных вод. Региональным фоном
послужили почвы и растительность Курской биосферной станции Института
географии РАН и
Центрально-Черноземного заповедника им. проф. В. В. Алехина,
расположенные в 90 км восточнее г. Льгова (Медвенский район); аквальные
ландшафты р. Сейм вблизи населенных пунктов Лебяжье и Золотухино,
находящиеся выше основных промышленных источников воздействия. Для
определения геохимических особенностей источников загрязнения
проанализированы образцы каменных углей – основной вид топлива домов частного сектора в 70–80-х гг. прошлого столетия и действующих сегодня котельных, а также отходов Железногорского ГОКа, которые используются при ремонте и строительстве дорожной сети. Полученные данные обрабатывались с
применением современных геохимических, статистических и картографических методов.
Личный вклад соискателя. Диссертант принимал непосредственное
участие во всех летних полевых этапах исследований, сборе и подготовке
образцов, проведении статистической обработки, обобщении полевых и
химико-аналитических данных, анализе литературы и фондовых материалов.
Автором самостоятельно проведено функциональное районирование и
ландшафтно-геохимическое картографирование г. Льгова, подготовлен
иллюстративный и табличный материал.
Научная новизна работы. Выявлены закономерности техногенной
трансформации компонентов ландшафта (почв, растительности, донных
отложений, поверхностных вод) на территории типичного представителя малых
городов Центрального Черноземья – г. Льгова Курской области. Установлены
основные виды техногенных трансформаций компонентов для различных
временных эпох (XVII–XVIII в.в., 1987 и 2012–2016 гг.) и выявлены их
основные тренды: агротехногенный турбационно-аккумулятивный (агропочвы),
постагрогенный природоподобный (постагрогенные почвы),
урбоседиментационный хемогенный (урбопочвы и урбаноземы),
техноседиментационный (стратоземы), запечатывание (экраноземы).
Установлены закономерности и факторы накопления ТМ в почвах и почвенно-геохимических катенах различных функциональных зон. На основе данных о содержании ТМ и соотношения Fe/Mn в растениях выявлены наиболее информативные биоиндикаторы загрязнения ландшафтов: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), дуб черешчатый (Quercus robur), недотрога обыкновенная (Im-patiens noli-tangere L.), полынь горькая (Artemisia absinthium L.) и одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale). Составлены карты функционального зонирования территории г. Льгова и оценки загрязнения депонирующих сред ТМ. Оценено современное эколого-геохимическое состояние ландшафтов города и даны рекомендации по его улучшению.
Защищаемые положения:
1. На территории г. Льгова формируются техногенно-трансформированные
почвы (агропочвы, постагрогенные почвы, урбопочвы, урбаноземы и экраноземы)
с качественно новыми по сравнению с природными аналогами свойствами и
особенностями внутрипрофильной дифференциации ТМ. Различия в содержании
ТМ определяются главным образом генезисом и морфологическим строением
почв, их физико-химическими свойствами, функциональным использованием
территории на разных исторических этапах развития города. Повышенное
содержание ТМ в городских почвах связано в: а) постпромышленной зоне с
выбросами предприятий (арматурного завода) в 70–80-е годы прошлого столетия;
б) общественно-деловой зоне с «древними» (XVII–XVIII вв.) источниками
поступления поллютантов; в) селитебной и транспортно-промышленной зонах с
современными выбросами промышленных производств, отопительных систем и транспорта.
-
Геохимическая трансформация аквальных ландшафтов сопровождается формированием локальных техногенных зон загрязнения ТМ (Ni, Pb и Zn) в водах и донных отложениях р. Сейм и Апока, что объясняется как влиянием предприятий пищевой промышленности, так и поступлением в них ливнесточных вод с территории города.
-
Биоиндикаторами загрязнения городской среды ТМ являются сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) и дуб черешчатый (Quercus robur) из древесных видов, недотрога обыкновенная (Impatiens noli-tangere L.), полынь горькая (Artemisia absinthium L.) и одуванчик лекарственный (Taraxacum offici-nale) из травянистых видов. Для всех этих растений типично накопление ТМ и высокие значения отношения Fe/Mn вблизи промышленных объектов и автодорог, свидетельствующие об ухудшении условий произрастания.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 14 статей, из них 6
в журналах списка ВАК. Основные положения диссертации обсуждались на
заседаниях и семинарах кафедры почвоведения, экологии и природопользования
ФГБОУ ВО ГУЗ, на всесоюзных и международных конференциях: «Актуальные
проблемы экологии и природопользования» (РУДН, Москва, 2012, 2013, 2014),
«Геополитика и экодинамика регионов» (Симферополь, 2014), IX Международная
биогеохимическая школа «Биогеохимия техногенеза и современные проблемы
геохимической экологии» (Барнаул 2015), V съезд почвоведов и агрохимиков
Беларуси (Минск, 2015), Всероссийская научная конференция «Геохимия
ландшафтов» (к 100-летию А.И. Перельмана, Москва, 2016).
Практическое значение. Работа содержит фактические данные о
современной экологической ситуации в г. Льгове, научное объяснение
распределения ТМ в почвенно-растительном покрове, донных отложениях и
поверхностных водах. Полученные данные имеют практическое значение для
экологического обоснования схем территориального развития малых городов, а
также для разработки природоохранных мероприятий и мониторинга в зоне
воздействия предприятий пищевой промышленности и топливно-
энергетических объектов, проводимых различными министерствами и
ведомствами. Результаты исследования используются в курсах «Охрана
окружающей среды» и «Биосфера и техногенез» в ФГБОУ ВО
«Государственный университет по землеустройству».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов, изложенных на 170 страницах печатного текста, содержит 63 рисунка, 29 таблиц. Список литературы насчитывает 245 наименований, в том числе 20 на иностранных языках.
Трансформация и загрязнение тяжелыми металлами почв курской области
Механические трансформации в городах приводят к замене почв грунтами и техногенными поверхностными образованиями (ТПО), к появлению слаборазвитых почв, а также перекрытых техногенным и/или природным материалом – техно-почв при меньших нагрузках [93, 94, 111]. В большинстве почв и ТПО наряду с механическими нарушениями фиксируется накопление ТМ и их соединений, выраженное в разной степени. Техногенная трансформация городских почв ведет к изменению их буферности, увеличению поглотительной способности, т.е. к уменьшению миграционной способности многих поллютантов, прежде всего ТМ. Загрязнение городских почв ТМ сопровождается трансформацией почвенно-геохимической структуры территории. Это приводит к резкому возрастанию радильной геохимической дифференциации почвенного профиля за счет накопления поллютантов в верхних горизонтах.
Пространственное распределение химических элементов обусловлено главным образом источниками их поступления в почвы. В зоне воздействия Железногорского промышленного ареала загрязнение ландшафтов и почв связано с пылением от карьеров, хвостохранилищ, отвалов, складов готовой продукции (аэральный тип техногенеза), отходами добычи и переработки руд, выбросами и стоками Михайловского горно-обогатительного комбината (горнопромышленный тип техногенеза; [54-56, 146, 167]. В пыли, поступающей от хвостохранилища Михайловского ГОКа, преобладает Fe (168500 мг/кг) и присутствует широкий спектр микроэлементов, концентрации которых превышают фоновые значения для зональных почв. Так содержание Cu (мг/кг) в пыли составляет 70, Mn – 750, Pb - 60, Ni – 60, Cr - 110, Co – 20, Zn - 350. С каждого гектара техногенного массива хвостохранилища, сложенного из пород легкого механического состава, ежегодно выносится от 1000 до 1200 т пылеватой фракции. Ореол рассеяния Fe в местах разработки железорудных месторождений в Курской области прослеживается на расстоянии до 7-15 км от источников загрязнения. В этих условиях достаточно эффективным ландшафтно-геохимическим барьером являются почвы и растительность, которые закрепляют основную часть металлов, поступающих аэральным путем, и снижают потенциальную возможность их поступления в речные воды и донные отложения. Дополнительный источник загрязнения среды и почв – дробильно-обогатительные комплексы. В составе пыли от дробильно-сортировочных производств и фабрик окомкования по переработке железистых кварцитов Михайловского ГОКа содержится большое количество токсичных элементов (мг/кг): 0,7 - 1,7 (Cd), 12,2 - 20,3 (Pb), 12,5 - 26,6 (Co), 3,8 - 17,9 (Ni), 0,5 - 1,1 (Mo), 9,4 - 11,9 (Cu), 2,6 - 9,9 (Sb), 10,6 - 16,1 (Cr). Концентрация Fe в пыли очень значительна и варьирует от 1100 до 4400 мг /кг. Наиболее опасными в экологическом отношении, по-видимому, являются Co и Sb, содержание которых в железорудном сырье и продуктах его переработки превышает фоновые значения для почв в несколько раз, а в ряде случаев в 10-14 раз.
В Курске главными источниками поступления ТМ в природную среду являются предприятия машиностроения и металлообработки, производственные процессы которых связаны с использованием этих микроэлементов [64, 71-76, 86, 94, 136, 188]. В почвах транспортно-промышленных зон Курска (урбаноземах, черноземах и серых лесных почвах и др.) накапливается широкий спектр элементов-загрязнителей: Cr, As, Ni, Pb, Cd, Hg, Be, Sb, W и др. Накоплению ТМ на биогеохимических барьерах в поверхностных гумусовых горизонтах почв импактных зон предприятий благоприятствует слабая подвижность большинства их соединений в щелочной среде, создаваемой пылевыми выбросами. В ряде случаев загрязнение почвенных профилей прослеживается до глубин 30-50 см, а ТМ концентрируются на сорбционных геохимических барьерах. Ореолы рассеяния ТМ в почвах характеризуются постепенным уменьшением их концентрации от центра (источника загрязнения) к периферии. Так, например, загрязнение почв ТМ в зоне влияния Курского аккумуляторного завода прослеживается в радиусе 2,5 км, а иногда и больше (по разным данным до 5-7 км) в направлении преобладающих ветров. Уровень высокого загрязнения ТМ почв автономных ландшафтов в импактной зоне завода сохраняется на протяжении последних 30-ти лет. Резкое снижение содержания ТМ может произойти или в случае разрушения почвенных горизонтов, особенно поверхностных гумусовых, или при проведении специальных мероприятий по их санации.
Основным загрязнителем урбаноземов г. Курска является Zn, его валовое содержание в поверхностных горизонтах 3 парковых и 3 промышленных зон города («Счетмаш», Курский кожзавод», Курская городская типография») - от 266 до 2777 мг/кг [188]. Уровень загрязнения урбаноземов оценивается как опасный (Zc=53-110) и чрезвычайно опасный (Zc=173-265).
В селитебной зоне городов, как правило, концентрируются Zn и Pb, аномалии которых здесь сформировались под влиянием автотранспорта и свалок бытового мусора. Высокие концентрации ТМ (Zn, Cu, Sn, Ag, Pb, Cr) также содержатся в почвогрунтах (ТПО) территорий специального назначения - свалок промышленных отходов и ТБО. Наглядный пример – сильное загрязнение пологих склонов балки, в которую на протяжении многих лет складировались промышленные отходы Курского аккумуляторного завода.
Сельскохозяйственные земли на территории городов и пригородных зон Курской области в результате высокой интенсивности антропогенного воздействия в советское время нередко загрязнены Pb, Zn, Cu, As и другими соединениями, содержащимися в пестицидах, минеральных и органических удобрениях [52, 86, 88, 90]. Наиболее высокие уровни пестицидной нагрузки (более 100 г/га) отмечены в Конышевском, Льговском, Рыльском и Солнцевском районах области (рисунок 3).
Геохимические особенности загрязения аквальных ландшафтов в зоне воздействия промышленный ареалов курской области
В различных картографических источниках исследуемая территория неоднократно мигрировала из черноземной зоны в зону серых лесных почв, начиная со времен В.В. Докучаева вплоть до настоящего времени. В наиболее подробной карте В.И. Чаславского 1879 г. граница черноземной полосы проходила на 50 верст северо-западнее г. Льгова. В.В. Докучаев [77] включал исследуемый район в черноземную зону, проводя ее границу, по сравнению с картой В.И. Чаславского, еще дальше на запад. На современных картах [178] граница темно-серых лесных почв и черноземов проходит в районе г. Льгова по долине р. Сейм.
Почвенный покров на территории г. Льгова в его современных границах весьма дифференцирован, что зависит в первую очередь от характера рельефа и почвообразующих пород. Дополнительный фактор пестроты почвенного покрова - длительные агрогенные, постагрогенные, урбогенные и техногенные трансформации почв, существенно меняющие генетический профиль почв и ее свойства. Вследствие этого и почвенный покров характеризуется как сложная структура разных уровней организации.
С одной стороны, структура почвенного покрова (СПП) обусловлена расчлененным рельефом, широтным простиранием долины р. Сейм и овражно-балочной сети. Такие геоморфологические условия создают высотно-экспозиционную пестроту почвенного покрова с доминированием на склонах северной экспозиции и водоразделах серых лесных почв (серых типичных и серых со вторым гумусовым горизонтом [124]) на лессовидных суглинках (мощность отложений от 2,0 до 6,5 м) с выраженной дифференциацией профиля по элювиально-иллювиальному типу.
С другой стороны, СПП обусловлена чисто литологическими факторами. К выходам на дневную поверхность по склонам мергелей и известняков приурочены остаточно-карбонатные черноземы (черноземы миграционно-мицелярные [124], которые в комбинации с другими почвами формируют литолого-эрозионную мезоструктуру почвенного покрова [62, 63, 88, 153, 203, 220]. Большинство черноземов в верхней части профиля имеют в разной степени выраженные признаки урбогенного и агрогенного преобразования.
В супераквальных ландшафтах долины Сейма и его притоков формируются неоднородные в литологическом отношении аллювиальные дерновые, дерново-глееватые, серые лесные глееватые и «лугово-черноземные» почвы [93, 94, 123, 153, 212].
Нами были детально изучены пять опорных разреза естественных почв городской территории: 1. Серая (р. 7-ИЗ) и серая со вторым гумусовым горизонтом почва (р. 2-ИЗ). Серая со вторым гумусовым горизонтом почва вскрыта в верхней части полого склона под березовым лесом 60–70 летнего возраста с обильным подлеском из широколиственных пород (рябина, дуб и др.) и хорошо развитым злаково-разнотравным напочвенным покровом. Описанный профиль серых лесных почв характеризуется присутствием в пределах гумусово-элювиального горизонта фрагментарного «второго гумусового горизонта» реликтовой природы. От современного гумусового горизонта он отличается более темным цветом и наличием обильных светлых скелетан на поверхности структурных отдельностей. 2. чернозем миграционно-мицелярный (р. 11-ИЗ), занимающий верхнюю часть склона южной экспозиции в правобережной части г. Льгова в пределах садово-огородного участка, необрабатываемого в течение 40 лет. 3. Аллювиальная темногусовая на погребенной темноцветной почве (11-ИЗ) и аллювиальная темногумусовая глееватая почва (р. 6-ИЗ) в пойме р. Сейм, вблизи старицы (озера) под злаково-разнотравным лугом с признаками деградации. Серая и серая со вторым гумусовым горизонтом почва имеют выраженную дифференциацию профиля по элювиально-иллювиальному типу, нейтральную реакцию среды и низкое содержание гумуса (таблица 4). Чернозем миграционно-мицелярный и аллювиальная темногумусовая глееватая почва отличаются от серых почв более тяжелым гранулометрическим составом, высоким и средним содержанием гумуса, щелочной реакцией среды, связанной с наличием карбонатов в подстилающих мергелях и почвообразующих пойменных отложениях (таблица 4).
Источники загрязнения
Основанный на морфолого-аналитических данных анализ показал широкое разнообразие трендов (направлений) техногенного преобразования почв на разных исторических этапах развития г. Льгова, что дало основание выделить среди них пять основных [90, 92, 95, 97, 139].
1. Агротехногенный турбационно-аккумулятивный тренд наиболее широко распространен в контурах формирования преимущественно агросерых почв на покровных лёссовидных суглинках, в условиях водоразделов и пологих склонов (привершинных частей, склонов северной экспозиции, а также незначительных массивов вдоль балок и оврагов) [97]. Ниже на примере описания опорного разреза 5-ИЗ рассмотрим основные морфологические особенности агросерой типичной почвы зоны сельскохозяйственного назначения в северо-восточной части г. Льгова. Разрез 5-ИЗ. Средняя часть полого склона северной экспозиции, h=207, пашня. P 0-10(12) см - темно-серый, свежий, среднесуглинистый, комковатый, признаки глыбистой структуры, тонкие корни, постепенный переход. AEL 10(12)-20(23) см - светлее предыдущего, свежий, комковатый, среднесуглинистый, плотный, тонкие корни трав. ELBT1 20(23)-30(32) см - неоднородно окрашенный, желто-бурый, свежий, прокрашен гумусом, среднесуглинистый, плотноватый, ореховатый, тонкие корни трав. BT1El 30(32)-45 см - бурый с желтоватым оттенком, свежий, среднесуглинистый/тяжелосуглинистый, плотноватый, ореховатая структура. BT1 45-65 см - желто-бурый, свежий, с единичными корнями, белесая присыпка, тяжелосуглинистый, плотный, ореховатая структура, переход постепенный. BT2 65-70 см - темно-бурый с коричневатым оттенком, свежий, тяжелосуглинистый, плотный, ореховатая структура.
В агросерых типичных почвах отмечается снижение содержания гумуса, утяжеление гранулометрического состава. Для них характерно осветление пахотного слоя и трансформация пылевато-ореховато-комковатой структуры в глыбистую. Тонкие глинистые частицы вымываются в подпахотный слой, кольматируют его поры, способствуя образованию уплотненного горизонта – плужной подошвы [24]. При этом по обеспеченности агропочв подвижными формами калия и фосфора наблюдается значительное варьирование. Среднее содержание подвижных форм калия и фосфора в выборке из 25 проб составляет 10(7–12) и 15(12–18) мг/100 г соответственно. Содержание фосфора в валовой форме очень низкое и варьирует от 0,093 до 0,187% [97].
Одним из диагностических признаков деградации почв является снижение содержания гумуса. В.В. Докучаев [77] выделил на территории Курской области с запада на восток три меридиональные зоны с содержанием гумуса в 2–4, 4–7 и 7–10%. Своеобразными орографическими барьерами или водоразделами–границами между ними служат Фатеж-Льговская и Тимско Щигровская гряды, разделяющие фоновые массивы серых лесных почв, черноземов выщелоченных и черноземов типичных [123]. Ареал исследованных агросерых почв Льговского района попадает в диапазон с содержанием гумуса 2–4% [97].
Скорости и потенциал развития деградационных процессов на фоне в целом близких агрогенных факторов (вида и длительности землепользования, почвозащитной способности сельскохозяйственных культур и применяемых агротехнологий) сильно варьируют в зависимости от локальных сочетаний литолого-геоморфологических и почвенных факторов. К ним, как правило, относятся положение почвы в рельефе, генетический подтип (или род) почв, гранулометрический состав и мощность гумусового профиля [30, 97, 101, 127, 219].
Данные таблиц 9 и 10 демонстрируют значимое снижение мощности пахотного горизонта и содержания гумуса в агросерых почвах по сравнению с серыми. Увеличение в агросерых почвах в горизонте Р содержания ила и физической глины связано с агролессиважем, а показателей твердости в горизонте AEL – с подплужной подошвой. Не значимые различия отмечаются только для рНвод, при этом в агросерых почвах выражена тенденция к подщелачиванию.
Горизонт, Глубина Гумус, рН 0.001 0.01 Плот- Твердость, Кд глубина, см, отбора, см % вод. мм мм ность, г/см3 мм Серая типичная, разр. 2-ИЗ AY, 0–10 0-10 2.43 6.8 8.8 23.4 Не опр. 12-14 Не опр. AEL, 10-31 10-20 1.50 6.5 6.7 21.7 » 15-18 » ELB, 31-60 40-50 Не опр. 6.5 17.1 30.0 Не опр. BТ1, 60-70 60-70 » 6.3 20.2 32.2 » BТ2, 70-98 80-90 » 6.3 18.5 29.5 » Агросерая типичная, разр. 5-ИЗ Р, 0–10(12) 0-10 2.00 7.3 19.4 34.1 1.15 18-21 2 АEL, 10(12)– 10-20 1.95 7.0 19.7 34.0 1.30 33 4-5 20(23) ELBT1, 20(23)- 20-30 1.86 6.9 20. 7 34.5 Не опр. 30(32) BT1EL, 30(32)-45 30-40 1.01 6.9 24.0 39.2 » Кд – коэффициент дисперсности. Таблица 10 – Статистические показатели свойств серых и агросерых типичных почв при агротехногенном турбационно-аккумулятивном тренде развития [97] Параметр Мощность Гумус, рН 0.001 0.01мм Кд Твердость, мм гор. AY+АEL и % вод мм 0–10 см 0-10 10- 0-10 10-20 Р+АEL, см 20 Серые типичные почвы (выборка из 8 разрезов) М 30.8 2.42 6.60 9.6 21.8 Не опр. 12 17 2.1 0.23 0.15 1.7 4.9 » 1.6 2.1 V, % 6.9 9.50 2.3 17.7 22.5 13 Агросерые типичные почвы (выборка из 15 разрезов) М 20.1 1.96 6.9 20.3 35.9 2 4 16 28 2.0 0.41 0.21 4.5 3.6 1 1 8.5 3.1 V, % 10.0 20.9 3.0 22.2 10.0 50 25 53 11 Серийный + + + + Не опр. + + критерий Примечание. М - среднее арифметическое, - стандартное отклонение, V – коэффициент вариации; сравнение выборок по свойствам серых и агросерых типичных почв с помощью непараметрических критериев (серийного и Вилкоксона); знак “=” означает, что нулевая гипотеза подтверждается (почвы не различаются по данному свойству), знак “+” фиксирует наличие значимых различий между сравниваемыми выборками.
Одновременно с качественным изменением свойств в агропочвах меняется распределение элементов-загрязнителей. В агросерых почвах, имеющих преимущественно нейтральную среду, агротурбации и техногенная аккумуляция ТМ «затушевывают» фоновую элювиально-иллювиальную дифференциацию (рисунок 35).
Трансформация микроэлементного состава травянистой растительности
Исследуемые серые почвы водоразделов, как пахотные, так и старопахотные, характеризуются пониженным содержанием гумуса в поверхностном горизонте ( 2,5 %), что свидетельствует о деградации его запасов (таблица 20). В этих почвах также отмечается тенденция к уплотнению рыхлого верхнего слоя (плотность - 1,3-1,4 г/см3, твердость -30-33 мм). Это, в свою очередь, благоприятствует развитию эрозионных процессов, которые способствуют удалению той или иной части верхних горизонтов почвенного профиля. Аллювиальная темногумусовая почва в поверхностных гумусовых горизонтах имеет среднее содержание гумуса, аллювиальная серогумусовая глееватая – низкое (таблица 20).
Анализ данных валовых содержаний элементов в почвах, показывает, что все исследуемые почвы различаются как по валовому содержанию микроэлементов, так и по их распределению по профилю.
Внутрипрофильное накопление ТМ в агросерых почвах водоразделов и склонов обусловлено элювиально-иллювиальной дифференциацией, которая в той или иной степени нарушена агротехногенными воздействиями (таблица 21). Установлено, что во всех изученных случаях содержание и внутрипрофильное распределение большей части микроэлементов в этих почвах имеет два максимума, приуроченных к агрогумусовому горизонту А1 (биогеохимический барьер) и более тяжелым по гранулометрическому составу горизонтам ВТ1 (сорбционный барьер). Распределение валовых форм Pb и Sr по профилю имеет недифференцированный (малоконтрастный) характер. Одной из основных причин равномерного распределения свинца по профилю лесостепных почв большинство исследователей обычно называют его малую подвижность по сравнению с другими ТМ.
В аллювиальной темногумусовой почве высокой поймы Ni, Cu и Zn, Rb, Zr и Y аккумулируются в поверхностных гумусовых горизонтах (биогеохимический барьер), и их содержание равномерно уменьшается от горизонта AU1 к АU3 (таблица 21). Эти почвы отличает яркая выраженность дернового процесса и гумусообразования (таблица 20), а также высокая активность мезофауны, что способствует накоплению микроэлементов в гумусовых горизонтах. Валовые формы Pb, Sr и Nb распределены в профиле до глубины 35 см (далее залегает погребенная почва) равномерно (малоконтрастно).
В вертикальном профиле аллювиальной серогумусовой глееватой наблюдается существенная дифференциация содержаний микроэлементов, за исключением валовых форм Y и Nb (таблица 21). Она связана с литологической неоднородностью аллювиальных отложений, а также периодическим затоплением и привносом свежего органоминерального материала во время паводков. В поверхностном гумусовом горизонте (биогеохимический и сорбционный барьеры) накопление обнаруживают Sr и Zr. Переходные глееватые горизонты (сорбционный и глеевый барьеры) выступают в качестве концентраторов Ni и Pb. Анализ литературных данных показывает, что в поверхностном горизонте почв гидроморфного ряда содержание свинца чаще всего оказывается наиболее высоким. В промышленных и горнодобывающих районах это происходит главным образом за счёт техногенного воздействия: выпадения из атмосферы и речного стока [65].
Как уже отмечалось выше (и хорошо известно), основными носителями ТМ являются тонкодисперсные гранулометрические фракции. Результаты корреляционного анализа между показателями физико-химических свойств изучаемых почв и содержанием ТМ свидетельствуют о высокой степени (r=+0,7-0,9) их прямой зависимости в отношении фракций ила и физической глины. Обнаруживается также положительная и тесная корреляционная связь содержания органического вещества в верхней части профилей и микроэлементов, особенно, в аллювиальной дерновой и дерново-глееватой почвах пойм.
Имеющиеся публикации по уровням содержания и особенностям распределения микроэлементов в серых лесных почвах водоразделов и в аллювиальных луговых и дерновых почвах речных долин [13, 14, 52, 58, 65, 148, 186, 212] подтверждают указанные закономерности.
Латеральная дифференциация ТМ в почвах катены 2 выражена слабо, за исключением распределения Pb, что хорошо демонстрируют коэффициенты местной миграции (таблица 22). Различия в содержании Pb в почвах элювиальных и супераквальных ландшафтов (Км=2,8) могут быть связаны как с литологической неоднородностью аллювиальных отложений, так и периодическим затоплением, и поступлением свежего органоминерального материала во время паводков [52, 58, 65, 186].