Введение к работе
Актуальность. В современный период антропогенные нагрузки на лесопарки заметно усилились, а мобильные формы экотоксикантов активно включатся в биогенный и абиотический потоки миграции (Фокин и др., 1986, 1989; Федорец и др., 2009). При этом существенно нарушаются безопасность, качество жизни биоты и человеческой популяции. В известной мере такая ситуация связана с вырубками и ветровалами. Они способствуют динамике свойств почв, изменению их водного режима и трансформации почвенно-геохимических барьеров миграции. В последние годы эти процессы активизируются на вырубках в лесопарках крупных городов, например, Петрозаводска и Москвы (Яшин и др., 2006, 2011; Савич и др., 2008). Изучение указанных процессов неразрывно связано с разработкой концепции об экологических функциях почв (Добровольский и др., 1993, 1996, 2006) и становлении таких научных направлений, как экология почв (Карпачевский, 2002, 2009) и экогеохимия ландшафтов (Яшин, Карпачевский, 2010).
Напомним, учение о почвенно-геохимических барьерах было разработано А.И. Перельманом (1961, 1975) на основании идей Б.Б. Полынова (1956). В дальнейшем оно было усовершенствовано В.А. Алексеенко (2000). Вместе с тем изучение локальной трансформации почвенных барьеров миграции в лесопарковых фациях (на вырубках, вывалах деревьев, в микропонижениях рельефа) проводится недостаточно.
В этой связи необходимы, с одной стороны, мониторинг состояния почвенно-геохимических барьеров миграции почв, а с другой - прогноз развития экологической ситуации в лесопарках при антропогенных нагрузках.
Цель и задачи исследований. Основная цель работы заключалась в исследовании состояния и трансформации почвенно-геохимических барьеров лесопарковых почв Петрозаводска и Москвы. Для достижения этой цели были поставлены и выполнены следующие задачи исследований:
Изучение динамики морфологических свойств подзолов на вырубках;
Изучение динамики химических свойств подзолов на вырубках;
3. Определение масштаба абиогенной миграции водорастворимых
органических веществ (ВОВ), как одной из движущих сил перераспределения
химических элементов в профилях подзолов на вырубках лесопарковых
фаций;
4. Изучение форм и масштаба водной миграции ряда элементов (Li, К, Mg,
Са, Sr, Mn, Fe, Ni, Си, Zn, Cd, Pb) и их аккумуляции на почвенно-
геохимических барьерах.
5. Сравнительная оценка динамики трансформации почвенно-геохимических барьеров в почвенной катене и прогноз развития экологической ситуации в лесопарках Петрозаводска и Москвы.
Научная новизна. В антропогенно трансформируемых фациях лесопарков г. Петрозаводска и Лесной опытной дачи (ЛОД, РГАУ-МСХА, г. Москва) - на вырубках - установлены особенности трансформации сорбционных барьеров миграции - иллювиального (Bf горизонта), глеевого и органогенного.
С помощью современных методов физико-химического анализа изучены химические свойства барьеров миграции и выявлено перераспределение оксидов Si, Al, Fe в профилях почв вырубок в сравнении с условно фоновыми на стационарной площадке «Петрозаводская».
Впервые охарактеризованы масштаб миграции, коэффициенты мобилизации кмоб и водной миграции кмиГ, а также градиент барьера миграции (Li, К, Mg, Са, Sr, Mn, Fe, Ni, Си, Zn, Cd, Pb), которые свидетельствуют об усилении процесса трансформации веществ в подзолах на вырубках, формировании коллоидных и органо-минеральных форм мобильных химических элементов, способных к латеральной и внутрипрофильной миграции в пределах почвенной катены. Отмечено, что оксид алюминия в колонках нельзя использовать для оценки миграции ионов ТМ: ионы Na мешают их аналитическому определению.
Установлено, основная масса микроэлементов и ТМ в подзолах на вырубках сосредотачивается в моховом очесе (горизонт Ао, 0-2 см). Здесь накапливаются (в мг/кг): Си (48), Zn (88), Cd (0,43), Hg (0,322), Pb (135). Такая аккумуляция отражает антропогенное поступление химических элементов в почвы и ландшафты Петрозаводска с пылью и аэрозолями. Легко летучая Hg обнаружена также в оторфованных подстилках болотно-подзолистых почв заповедника «Кивач»; ее источником может быть деятельность целлюлозно-бумажного комбината г. Кондопоги. В качестве фонового стационара также некорректно использовать фации на острове «Кижи» в Онежском озере, дерновые почвы которого развиты на шунгитах (высокоуглеродистых сланцах) и обогащены ТМ.
Изучены формы и масштаб миграции Li, К, Mg, Са, Sr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb в трансформированных подзолах на вырубках при сезонной активизации процесса оглеения по всему профилю. При этом подзолы на вырубках в ландшафтах средней тайги постепенно приобретают свойства болотно-подзолистых почв, а не лугово-дерновых, что весьма актуально при организации агрохимических и мелиоративных работ на освободившихся от леса территориях.
Практическая значимость. Полученные результаты исследований можно применять при проведении почвенно-геохимической оценки лесопарковых ландшафтов и почв, развитых на двучленных породах, а также при лесовозобновительной и хозяйственной деятельности: закладке питомников, создании кормовых угодий, осуществлении мелиоративных и рекреационных работ после сведения лесных массивов и т.д.
Авторские результаты изысканий имеют и теоретическое значение: они углубляют традиционные представления о трансформации профилей почв подзолистого типа на вырубках, выявлении важной роли в этих процессах оглеения, водной миграции с участием компонентов ВОВ кислотной природы. Уточняют направленность трансформации сорбционных почвенно-геохимических барьеров на вырубках (и в западинах) в лесопарках подзон южной и средней тайги. Раскрывают своеобразную и активную роль компонентов ВОВ кислотной природы в мобилизации и водной миграции как типоморфных элементов - продуктов почвообразования, так и ионов тяжелых металлов (антропогенных соединений) в почвах тайги, развитых на двучленных бескарбонатных почвообразующих породах. Устанавливают сукцесии растительных сообществ: в средиетаежной подзоне на вырубках формируются олиготрофные, а не луговые сообщества растений: при этом подзолы приобретают свойства болотно-подзолистых почв с интенсивным оглеением и очень сильным уплотнением профилей. В подзоне южной тайги на вырубках формируются травянистые сообщества и вторичные леса, а на вырубках также происходит трансформация почвенных барьеров.
Полученные автором сведения используются при преподавании учебной дисциплины «Экогеохимия ландшафтов» в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на III Международной конференции по лесному почвоведению «Продуктивность и устойчивость лесных почв» 7-11.09. 2009 г. в г. Петрозаводске (Ин-т Леса КарНЦ РАН), на конференции «География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов: к 100-летию профессора Н.И. Базилевич» 19-22. 04. 2010 г. в г. Пущино в ИБиФХП, на III Международной конференции «Геоэкологические проблемы современности» 23-25. 09. 2010 г. в г. Владимир (ВГГУ), а также на заседаниях кафедры экологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в 2008-2010 гг.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, и библиографии. Изложена на 152 страницах, содержит 28 таблиц, 29 рисунков и фотографий.
