Введение к работе
Актуальность темы. Развитие промышленности, автотранспорта, рост народонаселения во второй половине XX века привели к резкому ухудшению окружающей среды. Одним из проявлений усиливающегося техногенного воздействия на окружающую среду является загрязнение почв тяжёлыми металлами (ТМ), что отрицательно сказывается на жизни растений, животных и человека.
В условиях современного техногенеза особую значимость приобретают исследования поведения тяжёлых металлов в почвах различных ландшафтов. Такие исследования раскрывают не только содержание ТМ в почвах различных типов, но и особенности их аккумуляции и миграции.
Весьма важную роль в поведении ТМ в ландшафтах играет древесная растительность, которая, как известно, трансформирует биологический круговорот, ускоряет и расширяет его в результате охвата большего объёма почвы корнями древесной растительности (Погребняк, 1968). Для прогноза изменений биогеохимических циклов элементов при воздействии древесной растительности недостаточно деление её на хвойные и лиственные. Необходимо иметь более точное представление о влиянии отдельных пород на эти процессы (Меняйло, 2009).
С экологической точки зрения одной из важнейших задач геохимии микроэлементов является определение содержания их соединений, указывающих на прочность связи с различными компонентами почвы.
Анализ фракционно-группового состава соединений ТМ позволяет выявить генетические особенности почв, оценить воздействие на них природных и техногенных факторов.
Несмотря на значительное количество работ по содержанию ТМ в почвах Центрального Черноземья, исследований по анализу накопления, внутрипрофильного распределения и фракционно-групповому составу ТМ в почвах различных типов и под различными древесными насаждениями очень мало.
Цель исследования. Изучить особенности содержания, внутрипрофильного распределения и фракционно-групповой состав различных соединений микроэлементов (Mn, Zn, Cr, Ni, Pb, Си, Cd) в почвах разных типов и под насаждениями различных древесных пород для характеристики процессов аккумуляции и миграции ТМ в ландшафтах.
Задачи.
1.Изучить особенности почвообразования и характер почвенного покрова территории Каменной степи.
2.Провести полевые исследования морфогенетических свойств различных типов почв сопряжённых ландшафтов и почв под различными древесными породами.
3.Исследовать состав и свойства почв.
4.Изучить содержание и особенности профильного распределения различных соединений микроэлементов (Mn, Zn, Cr, Ni, Pb, Си, Cd) в почвах сопряжённого ряда и под различными древесными породами.
5.Исследовать фракционно-групповой состав микроэлементов под различными древесными породами.
Научная новизна. Впервые на территории Каменной степи исследовано
содержание и особенности профильного распределения различных соединений
тяжёлых металлов (валовых, кислоторастворимых и подвижных) в генетически
сопряжённом ряду почв (катене), в почвах под различными древесными
породами и выявлен их фракционно-групповой состав. Установлено, что
характер гидрологического режима почв определяет не только общее
содержание, но и тип распределения ТМ в профиле. С нарастанием
гидроморфизма наблюдается однонаправленное увеличение валового
содержания и кислоторастворимых соединений Mn, Zn, Pb, Си, Cr, Ni, Cd. В
профиле всех исследуемых почв эти соединения распределяются по
аккумулятивному типу. При этом в зависимости от степени гидроморфизма
профильное распределение валового содержания и кислоторастворимых
соединений характеризуется различными подтипами: равномерно-
аккумулятивным, прогрессивно-аккумулятивным и регрессивно-
аккумулятивным.
Установлено, что в почвах под всеми древесными породами отмечается биогенное накопление валового содержания и кислоторастворимых соединений Mn, Zn, Pb, Си, Cr, Ni, Cd. Максимальное количество почти всех микроэлементов наблюдается в почвах под лиственницей, далее по убыванию следуют почвы под клёном, берёзой, сосной и пашней. Выявлено, что основная доля валового содержания микроэлементов приходится на прочно связанные соединения ТМ, которые фиксируются и удерживаются органо-минеральными соединениями, илистой фракцией и силикатами.
Защищаемые положения:
1. Содержание и профильное распределение ТМ в почвах определяется степенью их гидроморфизма, содержанием и распределением гумуса, илистой фракции и величиной рН.
2.В почвах под древесными породами наблюдается биогенная аккумуляция микроэлементов (Mn, Zn, Pb, Си, Cr, Ni, Cd) при максимальном накоплении их в почвах под лиственницей, далее по убыванию - под клёном, берёзой, сосной и пашней.
3.Основная часть валового содержания ТМ в почвах находится в прочно связанном состоянии.
Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при анализе загрязнения ТМ различных типов почв, учёте различных компонентов и их миграции и аккумуляции и служить основой оценки экологического состояния и мониторинга почв. Полученные данные служат теоретической основой оценки биологически доступных микроэлементов для конкретных экосистем, определяемых параллельно в почвах и растениях. Материалы, полученные в работе, могут быть использованы в учебном процессе на биолого-почвенном факультете Воронежского государственного университета при чтении общих курсов «Почвоведение», «Агрохимия», «Биогеохимия почв», а также при написании курсовых и дипломных работ.
Апробация диссертационной работы. Результаты работы докладывались на научных сессиях Воронежского государственного университета в 2011 и 2012 гг., на международной молодёжной научной школе «Воспроизводство,
мониторинг и охрана природных, природно-антропогенных и антропогенных ландшафтов» (Воронеж, 2012) , Международной научной конференции по проблеме «Теоретические и технологические основы воспроизводства плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур», посвященных 100-летию первого в России Длительного полевого опыта РГАУ -МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, 2012), на IX Всероссийской научной конференции с международным участием «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель» (Екатеринбург, 2012), на VI съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Москва - Петрозаводск 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 174 страницах, содержит 8 рисунков, 13 таблиц и состоит из введения, 7 глав, выводов и приложения. Список литературы включает 144 наименований, в том числе 9 иностранных.
Благодарность. Выражаю огромную признательность научному руководителю Д. И. Щеглову за неоценимый вклад в формирование теоретической основы работы, Горбуновой Н.С. за ценные советы и консультации по теме исследования. Особую благодарность выражаю Семёновой Л.А. за помощь в работе и начальнику химико-аналитического отдела ФГБУ ГЦАС «Воронежский» Романюк В.Н. за возможность проведения экспериментальной части в лаборатории отдела.
