3 курс / 2 семестр / Экология ландшафтов / Глазовская_2012

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

бумажном носителе в электронный вариант проведено с помощью программного обеспечения MapInfo Profesional.Процессвизуализациикартысостоитизвыводавотдельномокнепрограммывсехслоевкарты: элементов математической основы, тематического содержания и условных обозначений картографической легенды. При этом использовались возможности создания изображений заданными цветовыми схемами и условными знаками, а также построения компоновок для вывода карт на печать. Проводится работа по созданию карты « Ландшафтно-геохимические барьеры» в атлас «Байкальский регион: природа и общество».

Методика совершенствуется с целью показа непосредственно на карте ассоциаций химических элементов, которые потенциально могут накапливаться или терять скорость миграции на различных барьерах при поступлении в ландшафты атмосферных осадков разного химического состава и реакции среды.

Карты ландшафтно-геохимических барьеров могут быть использованы как при оценке уровней накопленияопределенныхассоциацийхимическихэлементоввкомпонентахгеосистем,находящихсявусловиях загрязнения, так и в целях прогнозирования их развития, а также проведения мероприятий по нормализации условий природной среды и принятия оптимальных решений на стадии ландшафтного планирования.

Литература

1.Глазовская М.А. Теория геохимии ландшафтов в приложении к изучению техногенных потоков рассеяния и анализу способности природных систем к самоочищению // Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. М.: Наука.1981. С. 7-41.

2.Глазовская М.А. Методология эколого-геохимической оценки устойчивости почв как компонента ландшафта // Изв. РАН, серия геогр., 1997. №3. С.18-30.

3.Перельман А.И. Геохимия эпигенетических процессов. М.: Высшая школа. 1961. 331 с.

4.Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа. 1989. 528 с.

5.Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея.1999. 768 с.

6.Давыдова Н.Д. Техногенные потоки и дифференциация веществ в геосистемах // Географические исследования Сибири. Новосибирск: Академическое изд-во «ГЕО». 2007. Т. 2 . C. 261-276.

УДК 631.4

ПЕРВИЧНОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ В МЕСТАХ ВЫХОДОВ МИНЕРАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРЕДБАЙКАЛЬЯ

О.Г. Лопатовская, С.Д. Лазарева

Иркутский государственный университет, Иркутск, e-mail: lopatovs@gmail.com

На территории Приангарья встречаются почвы, формирующиеся около минеральных источников. Сведения о подобных почвах немногочисленны и разрозненны. В последние годы возник интерес к таким самобытным почвам. В связи с этим возникла необходимость изучения почв, выявление их химических свойств, минерализацию воды и содержание солей в почвах около источника, а также их распределение.

Объектамиисследованияявляютсяпочвывзоневлиянияминеральногоисточника«Новонукутский».Для характеристики состава солей и процессов засоления в почвах были выполнены анализы водной вытяжки [1]. Для определения состава минеральных вод были использованы общепринятые гидрохимические методы [2].

Месторождение минеральных вод расположено на юге Иркутской области на левом берегу р. Залари в 3 км восточнее пос. Новонукутск. В 1967 г. на базе минеральных источников была открыта водолечебница при профилактории Заларинского гипсового рудника [3]. В 1994 году профилакторий был реорганизован в окружной реабилитационный центр-санаторий «Нукутская Мацеста» и работает до настоящего времени.

Нукутское месторождение лечебных вод относится к провинции хлоридных натриевых и сульфатных вод и входит в состав Анагро-Ленского Артезианского бассейна. На формирование вод такого типа большое влияние оказали соленосные отложения нижнего и верхнего кембрия [4]. Рассолопроявление исследуемой территорииприуроченокбрекчированнымдоломитамангарскойсвитынижнегокембрия[2].Повыявленному химическому составу вода хлоридная натриевая, с минерализацией 66 г/л. В состав воды входит сероводород, содержаниекоторогодостигает0,28г/л[1].Поклассификации,предложеннойВ.ГТкачукиН.И.Толстихиным воды источника «Новонукутский» относятся к рассолам слабой минерализации (50-100 г/л)

[4].

Почвы формируются в условиях холмисто-равнинного рельефа, в 600 км от берега Братского водохранилища.Наформированиепочвоказываетвлияниезасушливыйклимат,смалымколичествомосадков

ипреобладанием испаряемости над осадками,врезультатечего типводногорежиманепромывной, сменяющийся в сухой сезон года выпотным [4].

Для определения влияния источника на состав и профильное распределение солей были заложены почвенные разрезы на расстоянии 0,5–20–50 м от места выхода источника на дневную поверхность.

Разрез 1 заложен около источника в 50 см. На поверхности почвы выпоты - солей. Растительность отсутствует. Почва вскипает от HCl по всему профилю. В почвенном профиле отмечаются ржавые пятна

ипримазки, перегнившие остатки растений и угольки, раковины моллюсков, новообразования карбонатов кальция и гипса. Гранулометрический состав в основном тяжелосуглинистый. Почва имеет сильный запах сероводорода, поступающего из скважины. Мощность почвенного профиля 50 см.

200

Доклады Всероссийской научной конференции

Почва: луговая солончаковая.

Распределение солей по профилю почвы неравномерное. Они сосредоточены в верхнем слое 0–20 см (рис.1), что связано с гидроморфным типом засоления. Почвы засолены нейтральными солями. Химизм засоления сульфатно-хлоридный кальциево-натриевый. Сумма солей максимальна в верхней части профиля (5,39 %) и уменьшается с глубиной (3,48 %). pH изменяется от 7,78 (на глубине) до 7,86 (в слое 0–10 см). Большаядоляхлораинатриявсоставесолейпочвыопределяетсяпостояннойпропиткойводамиминерального источника. Присутствие сульфатов кальция объясняется наличием гипса в материнской породе.

Рис. 1. Солевой профиль луговой солончаковой почвы, 50 см от источника (разрез 1).

Разрез 2 заложен в 20 м от источника. На поверхности почвы видны выпоты солей. Растительность - лугово-овсянницевая с примесью солянок. Почва вскипает от HCl по всему профилю. В почвенном профиле отмечаются черные пятна угольков, ржавые пятна и примазки, белесые стяжения и конкреции карбонатов кальция и гипса. Гранулометрический состав преимущественно легкосуглинистый. Запах сероводорода слабый. Мощность почвенного профиля 52 см.

Почва: дерново-кабонатная типичная солончаковая.

Распределение солей в почвенном профиле относительно равномерное, небольшое увеличение отмечается в слое 0-20 и 30-40 см (рис. 2). Это обусловлено равномерным промачивание почвенного профиля и выпотным типом водного режима, характерным для данной местности. Тип засоления – хлоридносульфатный кальциево-натриевый. Повышенное содержания сульфат-иона связано с влиянием гипсоносных подстилающих пород. Сумма солей изменяется сверху вниз от 1,67 % до 1,47 %. pH меняется неравномерно сверху вниз от 7,97 до 7,86, с максимумом на глубине 20 см (8,25).

Рис. 2. Солевой профиль дерново-карбонатной типичной солончаковой почвы, 20 м от источника (разрез 2).

Разрез 3 расположен на удалении 50 м от источника. Растительность представлена видами типичными для луга (клевер, овсяница, осоки, одуванчик, подорожник). Вскипание от HCl отмечено по всему профилю. В почве обнаружены конкреции, белесые стяжения, псевдомицелий, карбонаты кальция и гипс. Гранулометрический состав преимущественно среднесуглинистый. Мощность почвенного профиля 106 см.

Почва: дерново-карбонатная типичная солончаковая.

Максимальное содержание солей в почвенном профиле приурочено к слою, расположенному на глубине 20 – 50 см (рис. 3). Это указывает на преобладание восходящего тока влаги в профиле почвы. По химизму засоления почва относится к хлоридно-сульфатной кальциево-натриевой. Сумма солей меняется неравномерно, максимум содержания в верхних горизонтах (2,08 %), минимальное – на глубине 100 см (1,6 %). Величина pH – от 8,12 до 8,28.

Рис. 3. Солевой профиль дерново-карбонатной типичной солончаковой почвы, 50 м от источника (разрез 3).

Результаты исследования позволили установить, что почвы, находящиеся в зоне влияния минерального

201

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

источника «Нукутский», как примитивные, так и полноразвитые, засолены. Накопление солей в почве определяют: минерализованные почвенно-грунтовые воды и воды минерального источника, подстилающие засоленные породы нижнего и верхнего кембрия, господствующий на территории исследования выпотной водный режим. Морфологические признаки засоления обнаружены в профилях всех почв: стяжения, новообразования гипса и карбонатов. По химизму засоления почвы относятся к хлоридно-натриевым и хлоридно-сульфатным кальциево-натриевым. Что соответствует химическому составу воды источника и указывает на их генетическую связь. Хлоридно-натриевый состав солей характерен для почв, расположенных на расстоянии 50 см от источника. Хлоридно-сульфатный кальциево-натриевый тип засоления определен у почв, расположенных на удалении 20, 50 м. Это свидетельствует об уменьшении влияния минерального источника на почву и указывает на связь с засоленными подстилающими породами.

Литература

1.Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1970. 487 с.

2.Резникова А.А., Муликовская Е.П., Соколова И.Ю. Методы анализа природных вод. М.: Недра, 1970. 488 с.

3.Ломоносов И.С., Ткачук Ю.И., Пиннекер Е.В. Минеральные воды Прибайкалья. Иркутск: Вост.-Сиб.

кн. Изд-во, 1977. 224 с.

4.Ткачук В.Г., Толстихин Н.И. Минеральные воды южной части Восточной Сибири, Т1. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1961. 346 с.

УДК 911.2:550.461(470.46)

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРНЫЕ ЗОНЫ В АКВАЛЬНЫХ ЛАНДШАФТАХ УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ ВОЛГИ

М.Ю. Лычагин, Н.С. Касимов, А.Н. Ткаченко

Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, e-mail: lychagin@geogr.msu.ru

Бассейны крупных рек, по М.А.Глазовской [1], образуют ландшафтно-геохимические мегаарены. Они включают целый ряд ландшафтных зон и имеют весьма сложную геохимическую структуру. Речные бассейны в целом являются системами концентрации водного и гидрохимического стока. В то же время нижние звенья бассейнов(устьевыеобластирек)представляюткаскадныесистемырассеяния.Ввершинеустьярекиосновное русло нередко делится на рукава, вследствие чего жидкий и твердый сток рассеиваются. В результате часть стока проходит транзитом в приемный водоем, а другая часть аккумулируется в устьевых аквасистемах, которые служат препятствием на пути геохимических потоков веществ.

В устьях рек осаждаются органические и минеральные вещества, среди которых наибольшее внимание исследователей привлекают тяжелые металлы (Cu, Zn, Ni, Co, Pb, Cd, Cr и др.). При высоких концентрациях они токсичны и входят в число основных измеряемых параметров при мониторинге окружающей среды. В донных осадках аквальных ландшафтов (АЛ) накопление тяжелых металлов (ТМ) обычно приурочено к участкам водных объектов с контрастными гидродинамическими, физико-химическими, биогеохимическими условиями, т.е. геохимическим барьерам [2] и геохимическим барьерным зонам (ГБЗ) [3].

НаЕвропейскойтерриторииРоссииособоеместозанимаетбарьернаязона“река-море”устьевойобласти Волги.Этогеохимический“фокус”,вкоторомотражаютсяособенностипотоковвеществавкаскаднойсистеме Волжско-Камского бассейна. Для понимания роли и места этой барьерной зоны в каскадных геохимических процессах необходимо оценить геохимическую структуру ее аквальных ландшафтов путем сопряженного анализа поведения химических элементов в компонентах АЛ: воде, взвешенном веществе, макрофитах и донных отложениях.

Для устьевой области Волги характерны исключительно низкие градиенты берегового и подводного склонов [4], сложная гидрографическая сеть и наличие обширного мелководного устьевого взморья (авандельты). Зона смешения речных и морских вод удалена на десятки километров от морского края дельты, вблизи которого формируется особый комплекс аквальных систем, получивший название култучной зоны. Водныеобъектыустьевойобластиразнообразнысточкизренияихморфологии,гидродинамическогорежима, литологии отложений, биоты. Это определяет значительную изменчивость условий миграции химических элементов и широкий спектр обстановок, благоприятных для формирования геохимических барьеров.

Длявыясненияпроцессовтрансформациигеохимическихпотоковэлементов,определенияизменчивости накопления тяжелых металлов в различных аквальных ландшафтах и пространственной локализации геохимических барьерных зон проведено сравнение уровней содержания тяжелых металлов в компонентах аквальных ландшафтов с общим региональным геохимическим фоном (РГФ) дельты. Региональный фон рассчитывался путем усреднения содержаний ТМ в компонентах АЛ всех основных видов водных объектов дельты с учетом сезонной вариабельности [5].

Крупные рукава и протоки являются транзитными по отношению к стоку воды и наносов, и, следовательно, к потоку тяжелых металлов. Содержание элементов в воде характеризуется средними величинами, во взвешенном веществе и донных отложениях – пониженными (табл.). Геохимические барьеры в донных отложениях слабоконтрастны и приурочены к седиментационным ловушкам: затонам, ухвостьям островов и др.

Слабопроточные ерики характеризуются средним для дельты содержанием элементов в воде. Повышенные величины отмечены для биофильных элементов (Mn и Zn), что указывает на значительную роль биогеохимических процессов в формировании данных аквальных ландшафтов. Об этом свидетельствует и

202

Доклады Всероссийской научной конференции

преимущественное накопление металлов во взвешенных, а не в растворенных формах. Наряду с транзитом наблюдается локальная аккумуляция ТМ в донных отложениях, приуроченная главным образом к местам впадения ериков в протоки, где формируются гидродинамические и биогеохимические барьеры.

Устья водотоков у морского края дельты – первая контрастная геохимическая барьерная зона на пути потока элементов в дельте. Вследствие совокупного воздействия гидродинамических, сорбционных, кислородных, биогеохимических барьеров здесь происходит осаждение взвешенных наносов, являющихся носителями ТМ, соосаждение ТМ с гидроксидами Fe и Mn, а также их аккумуляция на тканях макрофитов, образующих здесь густые заросли и выполняющих функции биофильтра. Следствием этого является накопление в донных отложениях устьев водотоков Zn, Mn, Ni и Co. Максимальные содержания металлов в отдельных пробах превышают РГФ в 3 и более раз. Средние содержания растворенных и взвешенных форм ТМ в воде устьев водотоков близки к РГФ.

Самыетонкие фракции взвешенных наносов проходят транзитом через устья водотоков в прилегающие к ним култуки и далее на устьевое взморье. Взвешенные наносы култуков существенно обогащены Zn, Cu, Pb и Cd по сравнению с РГФ. Накопление ТМ в донных отложениях этих водоемов относительно слабое, что объясняется их легким гранулометрическим составом.

На устьевом взморье миграция химических элементов обусловлена осаждением взвешенных частиц при выходе на взморье в связи с уменьшением скорости течения потока, фильтрующей ролью водной растительности, ветро-волновым взмучиванием донных осадков, перераспределением взвешенных и растворенных форм элементов и др.

Таблица 1

Региональный геохимический фон и геохимическая специализация водных объектов устьевой области Волги

На отмелое устьевое взморье поступает основная масса тонкодисперсного взвешенного материала, выносимого дельтовыми водотоками. Вследствие этого содержание ТМ во взвешенных наносах взморья существенно выше, чем в других районах устьевой области Волги. По величине коэффициентов накопления

относительно РГФ металлы образуют следующий ряд: Cr20 – Zn5.5 – Ni,Cu4 – Co, Cd, Mn, Pb3.5. В пределах отмелого взморья аккумулируется около половины взвешенных загрязняющих веществ, поступающих с

волжским стоком. В то же время среднее содержание ТМ в донных отложениях мало отличается от РГФ. Это объясняется огромной площадью устьевого взморья и пестротой гранулометрического состава донных осадков. Аккумуляция взвешенных наносов, обогащенных ТМ, приурочена к зонам резкого замедления скоростистоковоготечения,седиментационнымловушкам,обычнорасположеннымнасевернойоконечности островов, зарослям лотоса и других макрофитов. В этих условиях формируются глинистые илы, содержание ТМ в которых может в несколько раз превышать РГФ. Особенно контрастное накопление ТМ наблюдается в зоне смешения речных и морских вод, характеризующихся сочетанием процессов детритогенеза и сульфидогенеза.

Таким образом, устьевая область Волги в целом представляет собой сложную аквально-ландшафтную геохимическую систему, включающую области транзита и аккумуляции ТМ. При благоприятном сочетании факторов в ее пределах формируются механические, биогеохимические, сорбционные, а местами и сероводородные барьеры, образующие 3 комплексные геохимические барьерные зоны, где осаждается основная масса металлов, приносимых речным стоком.

Работа основана на результатах многолетних эколого-геохимических исследований устьевой области

203

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

Волги, проводившихся по проектам РФФИ, Нидерландского научного фонда, ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Литература

1.Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988. 328 с.

2.Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Географгиз, 1961. 496 с.

3.Емельянов Е.М. Барьерные зоны в океане. Осадко- и рудообразование, геоэкология. Калининград: Янтарный сказ, 1998. 416 с.

4.Kroonenberg S.B., Rusakov G.V., SvitochA.A. The wandering of the Volga delta: a response to rapid Caspian sea level change // Sedimentary Geology, 1997. 107. P.189-209.

5.Лычагин М.Ю., Касимов Н.С., Курьякова А.Н., Крооненберг С.Б. Геохимические особенности аквальных ландшафтов дельты Волги// Известия РАН. Серия географическая, 2011, № 1. С. 100-113.

УДК 631.10

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ПОЧВ С ПОЗИЦИЙ УЧЕНИЯ О БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ РОЛИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА

А.О. Макеев

Институт экологического почвоведения МГУ, Москва, e-mail: makeevao@gmail.com

Бурное развитие палеопочвоведения позволяет полнее раскрыть ключевую роль почвообразования в становлении и развитии биогеосферных циклов с позиций учения о биогеохимической роли живого вещеcтва [1, 2, 3, 4]. В поле зрения палеопочвоведения попадают не только профили и горизонты собственно палеопочв (погребенных, поверхностных и ре-экспонированных), но и продукты их вовлечения в геологический круговорот. Для всей совокупности этих объектов М.А. Глазовская [2] предложила понятие педолитосфера. Именно педолитосфера становится предметом исследований палеопочвоведения.

В отличие от палеоландшафтных реконструкций, основанных на изучении разрозненных находок палеопочв,биогеохимическаязапись,представленнаявпедолитосфере,позволяетвоспроизвестипрактически непрерывную картину эволюции ландшафтной оболочки Земли. Это своего рода периодическая система,

вклеточки которой предсказанным образом вкладываются находки вновь открываемых палеопочв. В педолитосфере отражаются все наиболее значимые события в эволюции ландшафтной оболочки. Становится очевидно, что почвообразование – постоянное звено геологического круговорота, представленное уже в самом начале геологической записи. Обитание (признаки жизни) и обитаемость (мелкоземистые субстраты с признаками почвообразования) на суше возникли одновременно. Наиболее древние палеопочвы обнаружены

враннем докембрии. Их мощные профили позволяют пересмотреть представления о функциональных возможностях древнейших сообществ микроорганизмов. Почвообразование определяло и становление глобальных биогеосферных циклов. Главные этапы становления педосферы связаны с формированием кислородной атмосферы, завоеванием суши высшими растениями, развитием травянистых экосистем.

Палеопочвы – важнейший архив палеогеографической информации с присущими ему пространственными и временными разрешениями. Так, четвертичные палеопочвы составляют основу палеогеографических записей в наземных архивах. Будучи законсервированной средой обитания для большинства наземных ископаемых организмов, палеопочвы позволяют реконструировать экосистемы в целом, включая разнообразные функциональные связи, причем как на качественном, так и на количественном уровне. Однако палеопочвенная запись представлена не только собственно в палеопочвах (инситных биокосных образованиях), но и в других компонентах педолитосферы (педолитах, инситных и перемещенных корах выветривания, терригенных осадочных, а часто и метаморфических породах, и пр.). Поэтому осадочная экзогенная память это в значительной мере почвенная память, так как она включает и информацию о предшествующих циклах почвообразования.

Одним из постоянно идущих процессов в педолитосфере является экзогенез (гипергенез), определяющий общую направленность почвообразования и седиментации в пределах седиментационных бассейнов. Это соответствие обусловлено климатической сенсорностью, присущей не только почвам, но и осадочным породам. Например, гумидному/аридному типу седиментации соответствует гимидный/аридный тип почвообразования; кроме того, в педолитосфере почвы и осадки смешиваются в повторяющихся циклах почвообразования, эрозии и седиментации. Важным вкладом палеопочвоведения в генетическое почвоведениеявляетсяобоснованиетогопредставления,чтосубстратамидлясовременногопочвообразования

взначительной степени являются продукты предшествующих (часто многократных) биогеосферных циклов. Многие свойства почв в значительной степени унаследованы от биосфер прошлого. Четвертичное почвообразование в значительной степени реализуется на продуктах теплых дочетвертичных биосфер прошедших многократное переотложение. Ярким примером служат лёссы и морены – продукты ледникового ресайклинга. На протяжении геологической истории экзогенез приводит к увеличению мелкоземистой базы почвообразования (накоплению в педолитосфере глинисто-пылеватыых частиц).

Экологическиефункциипочвпалеопочвреализуютсянафонебиологическойэволюции.Экологическая роль палеопочв раскрывается с позиций экосистемной теории эволюции, когда граничные рамки эволюции отдельных биологических видов задаются биогеоценозом. На протяжении геологической истории Земли наблюдается коэволюция палеопочв и биоты. Можно говорить о новой отрасли знаний – учении об экологии палеопочв. Экологическая роль палеопочв проявляется во всех компонентах древних ландшафтных оболочек.

204

Доклады Всероссийской научной конференции

Так, формирование педосферы современного типа в среднем палеозое определило изменение атмосферного гидрологического цикла, характера эрозионных и эоловых процессов и архитектуры речных долин.

Современное палеопочвоведение тесно переплетается с такими областями знаний как планетарные науки, геология и геоморфология, палеогеография и палеоклиматология, палеонтология и эволюционная биология,палеогеохимия,геоархеология,озероведениеидр.Нарядусэтим,возникаютновыеотраслизнаний, основанных на изучении педолитосфер. Так, произошла интеграция палеопочвоведения и бактериальной палеонтологии в рамках геомикробиологии. Анализ функциональных возможностей древних сообществ микроорганизмов связан с изучением палеопочв. В значительной степени вопросы биосферы докембрия относятся к области палеопочвоведения. Расширение идей коэволюции привело к формированию новой комплексной дисциплины, изучающей коэволюцию живых организмов и условий среды – биогеоморфологии. В активно развивающихся в настоящее время представлениях о почвах как о расширенном (внешнем) фенотипе явно прослеживается перекличка с учением Вернадского о биокосных телах. Палеопочвенные исследования оказываются в центре таких комплексных проблем, как происхождение наземной жизни, глобальные изменения климата, эволюция биосферы, функционирование криобиосферы. Именно благодаря бурному развитию исследований педолитосферы почвоведение становится зрелой исторической наукой.

Литература

1.Вернадский В.И. Об участии живого вещества в создании почв // Труды по биогеохимии и геохимии почв. М., Наука. 1992. 300 с.

2.Глазовская М.А. Педолитогенез и континентальные циклы углерода. М., 2009. 330 с.

3.Ковда В.А. Основы учения о почвах, т.1. М., 1973, 447 с.

4.Полынов Б.Б. Избранные труды. М., АН СССР. 1956. 425 c.

УДК 911.2(550.3+550.4):504.54

СИСТЕМНО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ДЕТЕРМИНАЦИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ И ЛАНДШАФТОВ

Г.С. Макунина

МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, e-mail: gmakunina@yandex.ru

Понятие«устойчивостьприродногокомплекса/ландшафта»дополняетпредставлениеогеографической целостностиландшафта(ГЦЛ)иегоустойчивомразвитии.Всовременномпредставленииосновуцелостности ландшафта образует вещественно-энергетический обмен между его компонентами. Общепринятая за основу аксиома целостности ландшафта не раскрывает структуру механизма формирования этого феномена

имеханизма обратной связи, вызывающей дестабилизацию природной системы при антропогенных воздействиях. Соответственно, теоретически не обоснован механизм процесса самовосстановления целостности природного комплекса. Этот теоретический тупик порождает проблему различения соседних ландшафтовпоинтенсивноститранспортировкивеществисенсорнойреакциинаантропогенныевоздействия. Аксиома целостности ландшафта и, соответственно, раскрытие механизма воспроизводства природной устойчивости природного комплекса превратились в теоретическую проблему, которая требует решения.

Вещественно-геофизическая организация природного комплекса/ландшафта позволяет выделять в нём три типа структуры: геофизическую, компонентную и геохимическую. Геофизическая структура ландшафта или,иначе,геофизическаясистемаландшафта(ГФСЛ)[5]характеризуетсяконкретнымэколого-энергетическим потенциалом,которыйсоответствуетпараметрамэнергетическихфакторов,действующихвусловияхгеологогеоморфологического местоположения (ГГМ) ландшафта. ГФСЛ является системообразующим механизмом, тем энергетическим каркасом природного и антропогенного ландшафта, который организует и структурирует массоэнергопотоки – основа формирования компонентной и геохимической структур. Геофизические факторы формирования миграционной и геохимической структуры почв и ландшафтов, а также ландшафтногеохимических катен и арен – это основа учения ландшафтно-геохимической школы М.А.Глазовской. Особое место в теории эколого-геохимической устойчивости почв и ландшафтов также отводится геофизическим факторам [1-3, 6].

Интенсивность и ёмкость массоэнергопотоков в ландшафте определяется структурой и параметрами его геофизической системы. Структура ГФСЛ представлена двумя группами (или подсистемами) энергетических факторов, которые определяют два энергетических уровня (ведущий и ведомый или генерируемый) организации ГЦЛ. Каждому из них свойственна определённая функция. Основная энергетическая функция системы факторов первого уровня – организация теплообмена между атмосферой

иземной поверхностью в соответствии с ГГМ данного природного комплекса, а также трансформация метеорологических элементов в гидрологические. В этих процессах соучаствуют инсоляция (солнечная энергия),атмосфернаяциркуляция(адвекциятепла),отражательнаяфункцияземнойповерхности(альбедо), потенциальная и кинетическая энергия рельефа, функция перераспределения тепла рельефом и породами по высоте и экспозиции, а также сила Кориолиса и энергия приливов – отливов. На втором энергетическом уровнеформированияГЦЛпроцесстеплообменагенерируетвлагооборот.Вландшафтеегосоставляющими являются сток и биогеофизический (радиальный) влагообмен между атмосферой и земной поверхностью, дополненный воздухообменом почв и пород с атмосферой. Интенсивность влагооборота в ландшафте определяют геофизические свойства почв и пород: их тепло-влагоёмкость, тепло-влагопроводность,

205

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

минеральный и гранулометрический состав (инфильтрация влаги, набухание – усыхание и т.д.), а также рельеф в функции перераспределения влаги.

Биогеофизический влагооборот охватывает растительность и почву, насыщенную микроорганизмами, которыеиграютважнейшуюрольвпочвообразованииивобеспечениипитаниемкорневойсистемы.Почвенная микробиота меняет свой видовой состав, численность и характер распределения по почвенному профилю в зависимости от физико-химических свойств и тепло-влагообеспеченности почв и грунтов. Экологическое единство системы «почва−микроорганизмы−растительность» обусловливает восприятие её как целостного, а значит устойчивого во времени образования – педобиострома, который является экологическим ядром ландшафта и индикатором его состояния и устойчивости.

Энергетический потенциал педобиострома и его эколого-геохимическая устойчивость, предопределены ГФСЛ. Её гидротермический инвариант (система атмосферные осадки−сток−валовое увлажнение: осадки минус испаряемость) при квазистационарности рельефа и пород даёт представление об интенсивности влагопереноса веществ. Изменения в параметрах ГФСЛ, обусловленные климатическим фактором или антропогенными воздействиями ведут к дестабилизации структуры и функционирования педобиострома. Системно-геофизический механизм формирования педобиострома даёт ключ к пониманию механизма антропогенной деградации почвообразующих процессов через нарушение биогеофизического звена тепловлагооборота. Для каждого ландшафта, в силу параметрических различий их геофизических систем, характерны свои особенности педобиострома. Энергетическая нетождественность геофизических систем ландшафтов обусловливает их отличие по интенсивности миграционных процессов, а также комплексность почв. Анализ предшествующих палеогеофизических систем ландшафтов подтверждает геофизическую обусловленность распространения геохимических реликтов в почвах и палеокриогенных почвенных структур.

Распространение в современных ландшафтах деструктивных (геоэкологических) процессов (подтопление, заболачивание, обезлесивание, опустынивание, физическая, биологическая и химическая деградация почв) вызвано антропогенным нарушением ГФСЛ. Антропогенная деградация природных комплексов прежде всего отражается на физических, биологических и химических свойствах гумусового геохимическогобарьера[4].Поэтомуоценкаэколого-геохимическойустойчивостиландшафтовисоставление соответствующих карт должны проводиться в контексте как системно-геофизической организации географической целостности природных ландшафтов, так и с учетом распространения и интенсивности развития природно-антропогенных (геоэкологических) процессов. Этот аспект рассматривается нами на примере сибирского ключа.

Концепция системно-геофизической организации географической целостности ландшафтов [5] и повышенная сенсорность на внешние воздействия педобиострома позволяют рассматривать географический ландшафт в качестве технобиогеомов – прогнозных эколого-геохимических единиц наименьшего регионального уровня.

Таким образом, 1) целостность природных комплексов и их устойчивость имеют системногеофизическое происхождение; 2) фундаментальность понятия геолого-географического местоположения ландшафта заключается в параметрической конкретности эколого-энергетического потенциала его геофизической системы; 3) ландшафтная структура территорий обусловлена разнообразием геофизических систем ландшафтов; 4) в пространственном размещении ландшафтов существует геофизическая закономерность, которую нельзя игнорировать в оценочных и прогнозных исследованиях; 5) визуальное сходство развития процессов, в том числе деструктивной направленности, в соседних ландшафтах не может служить доказательством их тождества по интенсивности мобилизации и транспортировки веществ, а значит и устойчивости к антропогенным воздействиям.

На территориях с широким развитием гидроморфизма и многолетнемерзлых пород процесс влагопереноса веществ подчиняется другим гидродинамическим закономерностям. Поэтому гидроморфные и мерзлотные ландшафты должны быть отнесены к иной категории геофизических систем.

Литература

1.Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов. – Смоленск: Ойкумена, 2002. – 288 с.

2.Глазовская М.А. Биогеохимическая организованность экологического пространства в природных и антропогенных ландшафтах как критерий устойчивости //Известия РАН. Серия географическая. 1992. №5. С. 5-12.

3.Глазовская М.А. Методология эколого-геохимической оценки устойчивости почв как компонента ландшафта //Известия РАН. Серия географическая. 1997. № 3. С. 18 – 29.

4.Макунина Г.С. Географические факторы гумусообразования и дегумификации почв //География и природные ресурсы. 1987. № 4. С.97-103.

5.Макунина Г.С. Геофизические системы ландшафтов //География и природные ресурсы. 2011. № 4. С. 5-12 / Geography and Natural resourses. 2011. Vol. 32. No 4 «Pleiades Publishing. Ltd.», 2011.

6.Солнцева Н.П. Геохимическая устойчивость природных ландшафтов к техногенным нагрузкам (принципы и методы изучения, критерии прогноза) //Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. – М.: Наука, 1982. 181-216 с.

206

Доклады Всероссийской научной конференции

УДК 631.4

МЕТАЛЛЫ В ГУМИНОВЫХ КИСЛОТАХ ГОРОДСКИХ ПОЧВ

В.Г. Мамонтов, Ю.А. Озеров, С.Н. Смарыгин

РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, e-mail: mshapochv@mail.ru

Одной из характерных особенностей гумусовых кислот является наличие большого набора функциональных групп. Благодаря этому гумусовые кислоты активно взаимодействуют с различными минеральными компонентами почвы и минеральными компонентами, поступающими в почву из вне. Продуктами этого взаимодействия являются органо-минеральные производные разнообразные по своей природе, составу, соотношению органической и минеральной составляющих, степени подвижности, устойчивости и функциям. Как отмечала Л.Н. Александрова [1], формирование органо-минеральных производных – обязательное звено любого типа почвообразовательного процесса. Ею была предложена группировка органо-минеральных соединений почвы. Эта группировка была использована М.А. Глазовской [2] при разработке представлений о гуматогенезе и хелатогенезе.

По М.А. Глазовской [2], гуматогенез – образование и накопление в ландшафтах наименее подвижных, устойчивыхоргано-минеральныхпроизводныхгумусовыхвеществ–гуматовкальция,насыщенныхкальцием комплексных гетерополярных соединений и насыщенных кальцием адсорбционных комплексов. Гуматогенез

– геохимический процесс, свойственный ландшафтам кальциевого класса водной миграции. Хелатогенез – образование и накопление в ландшафтах ненасыщенных комплексных алюмо- и железогумусовых кислот, их солей и адсорбционных комплексов. Хелатогенез присущ ландшафтам кислого и кислого глеевого классов водной миграции.

Городские почвы в пределах таежно-лесной зоны характеризуются существенными изменениями в групповомифракционномсоставегумусапосравнениюсзональнымиподзолистымиидерново-подзолистыми почвами. Если для зональных почв типичны величины отношения Сгк/Сфк на уровне 0,5-0,7, то для верхнего горизонта городских почв характерными являются величины отношения Сгк/Сфк в пределах 1,0-1,7. При этом для городских почв типично низкое содержание свободных гуминовых и фульвокислот, преобладание фракций гумусовых кислот, связанных с кальцием [3].

Согласно нашим данным, урбаноземы и реплантоземы характеризуются фульватно-гуматным и даже гуматным типом гумуса с повышенным содержанием фракции гуминовых кислот связанных с кальцием. Содержание общего гумуса составляет 2,5-7,9 %, а доля фульвокислот «агрессивной» фракции Iа – 2-5 % от общего углерода почвы [4]. Таким образом, в условиях таежно-лесной зоны городские ландшафты представляют собой локальные ареалы проявления гуматогенеза в то время как зональным геохимическим процессом является хелатогенез.

Органическое вещество является геохимическим барьером для загрязняющих веществ поступающих на поверхность почвы. В верхних горизонтах городских почв, кроме почв крупных лесопарков, отмечается повышенное содержание Cu, Zn, Pb, Cd и других металлов, что обусловлено связыванием их, в том числе и органическими веществами почвы, в малоподвижные соединения [5].

ВсвязисэтимнамибылоизученосодержаниеMn,Cu,Zn,Pb,Cdвгуминовыхкислотах(ГК)городскихпочв. Объектами наших исследований служили почвы различных ценозов в пределах Северного и Северо-западного административных округов г. Москвы. На участке смешанного леса, находящегося в пределах города (Лесная опытная дача), почвенный покров представлен мало измененными под влиянием антропогенеза дерново-подзолистыми почвами. Почвы парка, сквера, газонов бульвара и междомовой территории представлены урбаноземами и реплантоземами. Почвенные образцы отбирали в начале, середине и в конце каждого объекта в 3-кратной повторности. Получение препаратов гуминовых кислот проводили из смешанных образцов согласно принятой методике [6]. Содержание металлов определяли на атомноабсорбционном спектрофотометре AAS-30 после предварительного мокрого озоления навески гуминовой

кислоты. Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание металлов в гуминовых кислотах городских почв, мг/100 г абсолютно сухого вещества

В наибольшей мере ГК исследованных почв обогащены медью. Больше всего Cu содержат ГК дерново- подзолистойпочвыЛеснойопытнойдачи–227мг/100гиГКреплантоземапоулицеНародногоОполчения–340 мг/100 г. Меньше всего Cu содержится в ГК урбанозема парка Дубки и реплантозема междомовой территории

207

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

– 40-46 мг/100 г. ГК урбаноземов бульвара Генерала Карбышева и сквера на Большой Академической улице занимают промежуточное положение, здесь количество меди, связанной с ГК, составило 92-114 мг/100 г.

Вторым по значимости элементом является цинк, при этом связано его с ГК значительно меньше по сравнению с медью. Самое высокое количество Zn обнаружено в ГК урбаноземов сквера на Большой Академической улице и бульвара Генерала Карбышева – 17-20 мг/100 г. В остальных почвах его количество находится в пределах 3-9 мг/100 г ГК.

Гуминовыми кислотами исследованных почв связано очень незначительное количество свинца, кадмия и марганца. Меньше всего этих металлов – 0,5-3,7 ∙ 10-2 мг/100 г содержится в ГК дерново-подзолистой почвы Лесной опытной дачи, в большей степени ими обогащеныГК урбаноземовскверана Большой Академической улице (12,7-15,5 ∙ 10-2 мг/100 г) и бульвара Генерала Карбышева (11,1-25,1 ∙ 10-2 мг/100 г).

Исходя из полученных данных, можно предположить, что гуминовые кислоты городских почв не являются эффективными сорбентами металлов, загрязняющих окружающую среду, которые в большей мере связываются другими компонентами органической части почвы. Однако нельзя исключить, что какая-то часть металлов была десорбирована из ГК в процессе получения препаратов, и для достоверного суждения о способности ГК связывать металлы, требуется система более мягких методов их экстрагирования и очистки.

Литература

1.Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Ленинград.: Наука. 1980. 288 с.

2.Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа. 1988. 328 с.

3.Савич В.И., Федорин Ю.В., Химина Е.Г. и др. Почвы мегаполисов, их экологическая оценка, использование и создание (на примере г. Москвы). М.: Агробизнесцентр. 2007. 660 с.

4.Мамонтов В.Г., Озеров Ю.А., Родионова Л.П. Состав гумуса почв г. Москвы (на примере САО и СЗАО) //Известия ТСХА. 2011. Выпуск 5. С.8-12.

5.Строганова М.Н., Агаркова М.Г., Мягкова А.Д. Почвы и почвенный покров г. Москвы //Почвы, город, экология. М.: Фонд «За экономическую грамотность». 1997. С. 179-289.

6.Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. М.: МГУ. 1981. 272 с.

УДК 631.4

АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ СЛОИСТЫЕ ПОЧВЫ КРУПНЫХ РЕК ЗЕЙСКО-СЕЛЕМДЖИНСКОЙ РАВНИНЫ

А. В. Мартынов

Институт геологии и природопользования ДВО РАН, Благовещенск, e-mail: lexx_1981@list.ru

Аллювиальные слоистые почвы по современной классификации относятся к слаборазвитым почвам и посуществуявляютсяначальнойстадиейформированияаллювиальныхпочв[1].Нонаихсвойстваоказывают значительное влияние химический состав воды, интенсивность процесса гидрогенной аккумуляции, состав аллювия и др., что порождает индивидуальные, для каждого региона, особенности [2].

Для оценки своеобразия аллювиальных почв крупных рек Зейско-Селемджинской равнины были изучены почвы пойменных массивов среднего течения р. Зея и нижнего течения р. Селемджа. Исследован пойменный мезорельеф, характер растительности, заложены почвенные разрезы, в которых выполнено морфологическое описание самих почв и подстилающей породы, определены физико-химические свойства (таб. 1).

Разрез №1 Аллювиальная слоистая почва на суглинистом аллювии левобережного пойменного массива р.Селемджа.Склонбереговоговала,слабонаклоннаяповерхность,экспозицияюго-восточная.Растительность: горошек приятный, герань Максимовича, клевер люпиновидный, вейник Лангсдорфа, осока Шмидта, очиток живучий, береза кустарниковая.

Разрез №2 Аллювиальная слоистая почва на песчаном аллювии правобережного пойменного массива р. Селемджа. Вершина берегового вала, слабонаклонная поверхность, экспозиция северо-западная. Растительность: герань Максимовича, хвощ луговой, вейник Лангсдорфа, осока Шмидта, шиповник иглистый и др.

208

Разрез №3 Аллювиальная слоистая почва на песчаном аллювии правобережного пойменного массива р. Зея. Подножье берегового вала, сильнонаклонная поверхность, экспозиция западная. Растительность: хвощ луговой, осока Шмидта, горошек приятный, сосна обыкновенная.

Разрез № 4 Аллювиальная слоистая почва на песчаном аллювии левобережного пойменного массива р. Зея. Подножье берегового вала, сильнонаклонная поверхность, экспозиция восточная. Растительность: хвощ луговой, осока Шмидта, горошек приятный, полынь суходольная, шиповник иглистый, береза кустарниковая, вейник Лангсдорфа и др.

Таблица 1

Физико-химические свойства аллювиальных слоистых почв крупных рек Зейско-Селемджинской равнины

Полученные результаты, часть которых приведена выше, показывают, что для аллювиальных слоистых почв исследуемой территории характерен песчаный-супесчаный гранулометрический состав. Мощность почвенного профиля от 30 до 80 см, в которой выделяется небольшая по мощности дернина (до 10 см.) и морфологическиоднороднаяминеральнаятолща.Формируютсяаллювиальныеслоистыепочвычащевсегона песчаном-супесчаномаллювии,хотяизредкамогутперекрыватьиболеетяжелыеотложения.Морфологически данные почвы приурочены к прирусловой пойме, занимая территорию от бечевника до берегового вала, и к низким островам. Растительность представлена сухими разнотравными лугами с редкой порослью кустарниковых и древесных пород. Характерная особенность аллювиальных слоистых почв что, несмотря на свою молодость и слабое участие в их генезисе зональных процессов почвообразования слоистость в почвенном профиле слабо выражена, свидетельствуя о редких, но очень продолжительных воздействиях

209