Введение к работе
Актуальность темы. В результате техногенной деятельности в окружающую среду поступает широкий спектр токсичных элементов, в том числе и тяжелых металлов, которые в определенных случаях могут выступать в роли ведущего экологического фактора, влияющего на характер и направление изменений компонентов ландшафта.
Пойменные экосистемы, аккумулируя техногенные поступления с водосбора, наиболее чутко фиксируют техногеохимические преобразования в бассейне реки. С точки зрения ландшафтно-геохимических исследований наибольшей информативностью обладает гумусовый горизонт почв, который является чувствительным индикатором техногеного воздействия на окружающую среду и выступает комплексным геохимическим барьером для ряда химических элементов. В этой связи выяснение особенностей рассеяния и аккумуляции технофильных микроэлементов в компонентах пойменных экосистем, и, прежде всего, в аллювиальных почвах, является актуальным.
В изучение закономерностей аллювиального литогенеза и, в частно
сти, пойменных отложений на территории Беларуси большой вклад внесли
Г.И.Горецкий, В.А.Кузнецов, Б.Л.Личков, К.И.Лукашев, А.В.Матвеев, а
также М.А.Вальчик, Л.Н.Вознячук, Э.А.Левков, В.К.Лукашев, В.М.Могуз,
Н.Н.Петухова, В.В.Савченко, М.М.Цапенко, С.Л.Шиманович,
В.М.Широков, О.Ф.Якушко и многие другие исследователи. Основное внимание было уделено изучению и анализу геологических и геохимических процессов и их продуктов в четвертичных аллювиальных комплексах осадков в природных условиях, оценке воздействия техногенеза на литоло-гический, минералогический и геохимический составы современных русловых осадков, выделению и геохимической характеристике русловых и пойменных фаций. Однако многие важные стороны формирования химического состава пойменных почв в природных ^техногенных условиях (фа-циальная дифференциация макро- и микроэлементов, соотношение валовых и подвижных соединений металлов, роль гумусового вещества и его составляющих в накоплении и распределении микроэлементов, трансформации химического состава пойменного разнотравья при возрастании степени химического загрязнения пойменных почв) недостаточно раскрыты. Выполненная работа расширяет представленій по данной проблеме.
Связь работы с научными программами и темами. В основу диссертации положены материалы, полученные автором в ходе выполнения исследований в рамках темы Геоэкосистема 0.3. "Хемотрансформация региональных и локальных геоэкосистем как показатель их эволюции и современного состояния" (1996-2000гг.), № 19962298; заданий ГНТП "Природопользование и охрана окружающей среды": 2.7.1.2.03 "Оценить состояние пойменных почв республики (в пределах влияния промышленно-селитебных центров) по эколого-геохимическим критериям и разработать
рекомендации по их рациональному использованию" (1997-1998гг.), 2.7.1.6. "Провести эколого-геохимическую оценку природных геосистем Березин-ского биосферного заповедника как территории комплексного экологического мониторинга Республики Беларусь"(1997-1998гг.), задания № 62-96 Минского областного комитета природных ресурсов и охраны окружающей среды "Выполнить эколого-геохимическую и санитарно-гигиеническую оценку степени загрязнения тяжелыми металлами пастбищных угодий и сельхозпродукции поймы р. Свислочи" (1996г.).
Объект и предмет исследования. Основными объектами изучения являются пойменные экосистемы рек Центральной Беларуси с различным уровнем техногенной нагрузки. Предметом исследования выступает мик-розлементный состав гумусового горизонта пойменных почв и растительности, а также гумусовых кислот почвы.
Цели н задачи исследований. Целью работы является научно обоснованная эколого-геохимическая оценка пойменных почв и растительности бассейнов рек Центральной Беларуси с учетом закономерностей распределения микроэлементов в основных фациальных частях поймы и специфики накопления металлов гумусовыми кислотами в естественных и техногенных условиях.
Задачи исследования:
-
дать эколого-геохимическую характеристику пойменных ландшафтов р. Березины в пределах Березинского биосферного заповедника как геохимического фона для рек Центральной Беларуси;
-
показать особенности фациальной дифференциации микроэлементов в пойменных почвах в природных и техногенных условиях;
-
оценить особенности геохимического состава пойменных почв городов Центральной Беларуси по сравнению с фоновыми показателями и охарактеризовать побассейновый и региональный геохимический фон, установить ассоциации элементов-загрязнителей для пойменных почв изученных рек; ч
-
выявить закономерности распределения микроэлементов (валовые и подвижные соединения) и степень техногенной трансформации пойменных экосистем в зонах влияния урбанизированных территорий с различным уровнем техногенной нагрузки;
-
раскрыть взаимосвязь между микроэлементным составом и содержанием органического вещества в гумусовом горизонте пойменных почв и выявить роль гуминовых и фульвокислот в накоплении тяжелых металлов;
-
установить биогеохимические особенности аккумуляции металлов пойменным разнотравьем в природных и техногенных условиях.
Научная новизна. На основе системного подхода дана комплексная геохимическая характеристика пойменных экосистем на примере рек Цен-тральной Беларуси (Березины, Свислочи, Плисы, Бобра, Вилии, Уши, Немана, Случи), позволяющая оценить их эколого-геохимическое состояние.
Получены новые данные, которые существенно расширяют представления о геохимических особенностях заповедной территории (Березинский биосферный заповедник) и крупного географического региона (Центральной Беларуси) по широкому спектру химических элементов (валовые и подвижные формы). Статистически охарактеризованы среднепойменный показатель содержания микроэлементов в почвах заповедной Березины с учетом фациалыюй структуры поймы, а также побассейновый и региональный фон для пойменных почв Центральной Беларуси. Установлена специфика распределения микроэлементов по пойменным фациям в естественных и техногенных условиях, в основе которой лежит взаимосвязь между степенью техногеохимической нагрузки и уровнем фациальной контрастности содержания микроэлементов. Выявлены ассоциации элементов-заірязнителей для пойменных почв рек исследуемого региона. Охарактеризована роль гумусовых кислот в аккумуляции тяжелых металлов в пойменных почвах как индикатора техногенеза.
Практическая значимость.
Представленные в работе материапы использованы при разработке "Рекомендаций по организации и ведению геохимических наблюдений на стационарах комплексного экологического мониторинга фонового ранга" (Утверждены Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды, приказ № 407, 30 декабря 1998 г.) и "Рекомендаций по оценке состояния пойменных почв республики и их рациональному использованию в пределах влияния промышленно-селитебных центров (на примере Минской области)" (Утверждены Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды, приказ № 67, 23 марта 1999 г.).
Основные защищаемые положения:
-
Сравнительный анализ микроэлементного состава гумусовых горизонтов пойменных почв рек Центральной Беларуси с различным уровнем техногенной нагрузки позволил выделить в качестве эталона естественного состояния пойменных экосистем участок р. Березины в границах Березинского биосферного заповедника и обосновать необходимость использования регион&тьного, побассейнового и естественного фонов для геохимического мониторинга пойменных экосистем.
-
Выявленные особенности фациалыюй дифференциации микроэлементов в пойменных лочвах в естественных и техногенных условиях, проявляющиеся в возрастании геохимической неоднородности пойменных экосистем при загрязнении, позволяют выделить наиболее представительные пойменные фации для целей геохимического контроля и мониторинга - центральную пойму и субфацию пойменного наилка.
-
Специфика воздействия городов на микроэлементный состав пойменных почв проявляется в:
- формировании индивидуальных ассоциаций элементов-загрязнителей и полиэлементных потоков рассеяния;
концентрировании элементов-загрязнителей в гумусовом горизонте пойменных почв на участках ниже городов;
опережающем росте подвижных форм техногенных металлов по сравнению с их валовыми концентрациями.
4. Возрастание роли гумусовых кислот пойменных почв в аккумуляции тяжелых металлов при загрязнении сопровождается увеличением значения фульвокислот в накоплении металлов-загрязнителей.
Личный вклад соискателя: заключается в разработке плана и основной идеи научной проблемы, выборе методов и реализации методических подходов в достижении поставленных задач и целей, получении и отборе фактического полевого материала, анализе и обобщении аналитических результатов, формировании защищаемых положений и выводов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих научных форумах: Международной конференции "Белорусское село: прошлое, настоящее, будущее" (Горки, 1996), Международном симпозиуме по прикладной геохимии (Москва, 1997), конференции по результатам выполнения Государственной научно-технической программы "Природопользование и охрана окружающей среды" (Минск, 1998), Второй Российской школе Теохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы" (Москва, 1999), Международной конференции "Европа - наш общий дом" (Минск, 1999). Участвовала в написании четырех отчетов.
Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 3 статьи, 8 тезисов докладов на международных конференциях, в том числе 4 публикации без соавторов, 4 статьи сданы в печать.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав и заключения, содержит 84 страницы текста, 48 таблиц, 24 рисунка. Список литературы включает 196 наименований.
Автор выражает искреннюю признательность за неоценимую помощь и содействие в написании работы научным руководителям академику НАН Беларуси Н.Н.Бамбалову и доктору географических наук В.Б.Кадацкому, за ценные советы и замечания члену-корреспонденту НАН Беларуси В.А.Кузнецову, искреннюю благодарность кандидату сельскохозяйственных наук С.Е.Головатому, а также всем консультантам, аналитикам и коллегам, оказавших помощь в проведении полевых и камеральных исследований.
