3 курс / 2 семестр / Экология ландшафтов / Глазовская_2012

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

УДК 631.4

ГЕОХИМИЯ КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ДОЛИНЫ СРЕДНЕЙ КАТУНИ

С.С. Мешкинова, А.В. Пузанов

Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, e-mail: meshkinova@iwep.asu.ru

БиогеохимияпочвАлтайскойгорнойобластидонастоящеговремениостаетсянедостаточноизученной. Почвы и почвообразующие породы в зоне предполагаемого затопления проектируемых Катунских ГЭС являются основой при формировании донных отложений водохранилищ. В связи с этим необходимо изучить геохимию почв формирующихся в долине.

Объекты исследования: почвы - горно-лесные черноземовидные, черноземы обыкновенные, черноземы южные и каштановые; и почвообразующие породы различных генезисов - элювиальные, делювиальные, аллювиально-делювиальные, аллювиальные отложения; и гранулометрия - щебнисто-песчаные, щебнисто- супесчаные,галечниково-песчаныеигалечниково-супесчаные,атакжехорошосортированныепесчаныеотложения.

Карбонаты обусловливают щелочность почв и ярко выраженный щелочной барьер. Присутствие карбонатов оказывает большое влияние, как прямое, так и косвенное, на поведение в почвах многих загрязняющих веществ. В условиях нейтральной или слабощелочной реакции резко снижается концентрация в почвенных растворах большинства поллютантов, в том числе тяжелых металлов и радионуклидов.

Геохимической особенностью почв и почвообразования в долине Средней Катуни является то, что почвы формируются на мощных карбонатных аккумулятивных корах выветривания, поэтому наблюдается наличиегоризонтовсвысокимсодержаниемкарбонатов(см.табл.1,2).Врассмотренныхпочвенныхразрезах содержание карбонатов в горизонте их максимальной аккумуляции варьирует от 0,8 до 34,2% и в среднем равно 13+1,1 % при коэффициенте вариации 68,7%.

Концентрациикарбонатоввверхнихгоризонтахвисследуемыхпочвахнезначительныиувеличиваются вниз по профилю, что обуславливает изменение щелочнокислотных условий, то есть повышение рН вниз по профилю(см.табл.1).Этосвязановзначительнойстепенисвыщелачиваниемкарбонатовизверхнихгоризонтов иихчастичнойаккумуляциейвнижних.Такжевформированиищелочнойсредыиграютрольпочвообразующие материнские породы. При различных типах почвообразования скорость процесса выщелачивания карбонатов кальция неодинакова, встречаются и осадочно-карбонатные почвы, вскипающие с поверхности. Во всех типах почв наблюдается горизонт максимальной аккумуляции карбонатов, глубина залегания которого обусловливается положением почвы в рельефе и проявлением конкретных почвообразовательных процессов. В этих горизонтах образуется щелочной геохимический барьер на пути радиальных и латеральных потоков при миграции химических элементов в почвенных растворах [1, 2].

Таблица 2

Вариационно-статистические показатели карбонатов в гумусово-аккумулятивном горизонте и почвообразующих породах почв долины Средней Катуни, %

Присутствие мощных карбонатных горизонтов со значительным содержанием карбонатов является фактором, во многом определяющим процессы миграции и аккумуляции элементов группы железа [3].

Наибольшее накопление карбонатов в исследуемых почвенных профилях обнаружено в горизонтах, где они встречаются в форме пропитки, корочек на нижней поверхности щебня, гальки, валунов. В меньшем количестве карбонаты накапливаются в горизонтах, где они находятся в псевдомицелярной форме.

Таким образом, в случае затопления карбонаты карбонатных горизонтов будут являться ведущим фактором, определяющим баланс для ионов бикарбоната в водных экосистемах, а в почвах сопряженных ландшафтов с водохранилищем представлять доминирующий щелочной барьер предотвращающий поступление тяжелых металлов и радионуклидов в водохранилище.

Литература

1.Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000,1999. 768 с.

2.Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимические основы фонового мониторинга природной среды М.:

Наука, 1989. 264 с.

3.Якушевская И.В. Микроэлементы в природных ландшафтах. М.: Изд-во МГУ, 1973. 136 с.

УДК 631.47

ПОИСКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ НА СРЕДНЕМ УРАЛЕ

И.С. Михайлов

Почвенный институт имени В.В. Докучаева, Москва, e-mail: is-mikhaylov@yandex.ru

В течение пяти лет под руководством профессора М.А. Глазовской проводились поисково-разведочные работы с применением ландшафтно-геохимических методов. По рекомендации геологов Уральского

220

Доклады Всероссийской научной конференции

Таблица 1

Внутрипрофильное распределение CaCO3 в почвах долины Средней Катуни и значения рН водной суспензии

221

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

геологического управления для исследования были выделены территории; Верхнелайская в 30 км к северозападу от города Нижний Тагил и Павдинская в 50 км к югу от города Карпинска.

Исследованные территории расположены на восточном склоне Урала в пределах ТагильскоМагнитогорского сиклининория. Верхнелайская территория представляет собой невысокие до 400 м высоты увалы, сложенные основным изверженными породами. Вершины и верхние части слонов увалов покрыты щебнистымищебнисто-суглинистымэлюво-делювием.Нижниечастисклонов–пологиешлейфы,сложенные суглинистыми четвертичными отложениями. Увалы разделяются долинами ручьёв и речек бассейна реки Лаи. На территории преобладают среднетаёжные лиственничные леса, на большей части нарушенные вырубками и заменённые вторичными мелколиственными лесами. На южных склонах увалов встречаются участки степной растительности. По долинам рек урёма: заросли ольхи и осины. В верхней части преобладают примитивные щебнистые почвы. На шлейфах - бурые грубогумусовые почвы с хорошо выраженным гумусовым горизонтом, нейтральной реакцией и насыщенностью основаниями. В долинах рек и на нижних частях шлейфов распространены болотные почвы. Также там встречаются многочисленные родники. На указанную территории составлена карта геохимических ландшафтов в масштабе 1: 50000 с характеристикой геологического строения, четвертичных отложений, растительности и почвенного покрова. На карте были показаны элювиальные, транзитные аккумулятивные, супераквальные ландшафты. Методом ландшафтных профилей было проведено заложение разрезов и описание пород, рыхлых отложений, почв и растительности. В точках описания были отобраны пробы: пород, рыхлых отложений, почвенных горизонтов, грунтовых вод, растительности. Из растительности отбирались стволы, ветви, хвоя или листья деревьев, укосы трав, мхи и лишайники. Эти пробы были подвергнуты спектральному анализу на основные металлы: медь, цинк, свинец, никель, кобальт, марганец, редкие земли. Анализ распределения металлов позволил выделить значительные превышения меди, цинка и других микроэлементов в породах, рыхлых отложениях, почвенных горизонтах на отдельных точках исследования. В наиболее перспективных участках: Волковском и Жеребцовском были проведены детальные исследования масштаба 1:5000. В щебнистом элювии и мелкозёме шлейфа был выявлен хорошо выраженный ореол повышенных содержаний меди, цинка и других металлов. Этот ореол подтверждалсяанализомпробсухихостатковгрунтовыхводизолынекоторыхрастенийвособенностимхови лишайников. Данные ландшафтно-геохимических исследований были переданы Уральскому геологическому управлению. Бурение подтвердило наличие рудного тела. Сейчас на месте работы экспедиции располагаются рудники, горно-обогатительный комбинат и город Горноуральск.

ВторымобъектомисследованиябылаПавдинскаятерритория,рекомендованнаяУральскимгеологическим управлением. Эта территория оказалась разнообразнее, чем предыдущая. Основу её составляют горные кряжи, тянущиеся с севера на юг. Кряжи сложены как основными изверженными породами, так и кислыми. С ними контактируют породы вулканогенно-осадочного комплекса ордовикского периода. Вершины и верхние части склонов кряжей покрыты щебнистым элювием. Нижние части склонов представляют суглинистые шлейфы, но на глубине полутора-двух метров залегает крупно-глыбовый пролювиальный горизонт. Кряжи разделены широкими депрессиями, перекрытыми четвертичными суглинистыми отложениями. На них значительную площадь занимают болота. Кое-где выступают небольшие холмики, сложенные породами вулканогенно-осадочногокомплекса.Этатерриторияотноситсяксевернойчастисреднейтайги.Преобладают лиственнично-сосновыелесасучастиемкедра.Хорошоразвиткустарниковыйподлесокитравянисто-моховый напочвенный покров. На вершинах и верхних частях склонов преобладают щебнистые примитивные почвы (литозёмы), в депрессиях - бурые грубогумусные. Эти почвы содержат меньше гумуса и более кислые, чем на Верхнелайской территории. Значительные площади занимают болотные почвы. Территория дренируется многочисленными реками и ручьями бассейнов рек Ляли и Лобвы. На территорию листа масштаба 1:50000 была составлена ландшафтно-геохимическая карта и проведено опробование по указанной выше методике. С учетом спектрального анализа данных были выделены Елвинский и Кушпайский участки с повышенным содержанием микроэлементов. Елвинский участок занимает небольшую сопку сложенную габбро в контакте с карбонатными породами. Детальные исследования выявили хорошо выраженный ореол рассеивания микроэлементов на склоне сопки, связанный с контактом пород. Выявленный ореол рассеивания по своему характеру был аналогичен ореолу Волковского участка, но из-за труднодоступности не подвергся детальному геологическому изучению.

Кушпайскийучасток располагалсявдепрессии,большуючастькоторогозанималоболото,окружённое небольшимигрядками,сложенныхальбитофирами,доломитамиидругимипородамивулканогенно-осадочного комплекса. Детальные исследования выявили значительное повышение содержания микроэлементов в особенности меди по периферии болота в зоне изменения окислительно-восстановительного потенциала. Это накопление рудных элементов, вероятно, можно отнести к ложным геохимическим аномалиям. [3]

В целом работа ландшафтно-геохимической экспедиции кафедры геохимии ландшафтов и географии почв Географического факультета МГУ имела позитивный результат. Участие в открытии Горноуральского медно-цинкового месторождения показало высокую эффективность ландшафтно-геохимического метода, разработанного М.А. Глазовской и осуществлённого ее учениками: Михайловой Р.П., Солнцевой Н.П. и автором настоящей статьи [1,2,4,5].

Литература

1.Глазовская М.А., Макунина А.А. и др. Геохимия Ландшафтов и поиски полезных испопаемыз на Южном Урале. М., Изд. МГУ, 1961.

2.Глазовская М.А. Принципы ландшафтно-геохимического районирования для целей поисков

222

Доклады Всероссийской научной конференции

полезных ископаемых. Вестник МГУ, серия географическая, № 6, 1962.

3.Глазовская М.А. «Ложные» геохимические аномалии, их генезис и принципы диагностики. М.-Л. Изд. ВИТР, 1963.

4.Михайлов И.С., Михайлова Р.П. и Солнцева Н.П. Опыт составления крупномасштабной ландшафтно-геохимической карты горно-таёжных районов для целей поиска полезных ископаемых. География почв и геохимия ландшафтов, М., Изд. МГУ,1967.135-167

5.Михайлова Р.П. Закономерности распределения микроэлементов в почвах таёжной зоны Урала в связи с геохимическими поисками. Почвенно-географические и ландшафтно-геохимические исследования. М,. Изд. МГУ, 1964. 65-83.

УДК 504.5 + 542.81

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЧВЫ КАК СОРБЦИОННОГО БАРЬЕРА В ОТНОШЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛЛЮТАНТОВ

Г.С. Морозов, И.П. Бреус

Казанский федеральный университет имени В.И. Ульянова-Ленина, Казань, e-mail: ibreus@ksu.ru

Загрязнение почв органическими поллютантами является глобальной экологической проблемой, для решения которой необходимо знание факторов и механизмов, контролирующих связывание поллютантов почвенной средой. Почва представляет собой сложный сорбент, состоящий из твердой минеральной основы и фазы почвенного органического вещества, являющегося смесью растительных и животных остатков, а также гумуса – смеси гуминовых и фульвокислот, липидов, углеводов и др. [1].

Результаты современных исследований показывают, что сорбционная активность почвы не является результатомаддитивногодействиясовокупностикомпонентов,входящихвеесостав.Приэтомвсухихусловиях основную роль в сорбции гидрофобных поллютантов играют минеральные поверхности, а в увлажненных и влажных условиях - физические характеристики органической фазы, отражающие ее плотность и степень структурной организации.

Непостоянство состава почв затрудняет установление закономерностей распределения в них органическихполлютантовивыявлениедетальныхмолекулярныхмеханизмовиэнергетическиххарактеристик их сорбционного связывания почвенными компонентами.

Одинизпутейрешенияэтойпроблемызаключаетсявисследованиисорбцииорганическихполлютантов органоминеральными сорбентами. Последние представляют собой частицы минерала, покрытые слоем органического модификатора, и при определенных допущениях могут рассматриваться в качестве модельных аналогов почв. При этом плотность покрытия минерала органическими молекулами оказывается тесно связанной со степенью его модифицирования [2].

Описанный метод экспериментального моделирования почвенных сред позволяет количественно характеризовать доступность и активность почвенных сорбционных сайтов в отношении органических поллютантов,выявлятьиописыватьосновныемеханизмыихсорбциивпочвах,атакжеоцениватьструктурные

иэнергетические характеристики образующихся сорбционных комплексов. Перспективность использования органомодифицированных минералов в качестве модельных почвенных сорбентов обусловлена не только близостью их состава и структуры аналогичным характеристикам почвы. Кроме того, состав и структурные особенности таких сорбентов можно строго контролировать и варьировать в широком диапазоне.

Вданной работе для моделирования почвенной среды в качестве минерала-основы был выбран монтмориллонит, относящийся к группе набухающих слоисто-ленточных силикатов, структура которых хорошо изучена [3]. В качестве органического модификатора использован четвертичный аммонийный катион, входящий в состав катионного поверхностно-активного вещества – бензил-додецил-диметил- аммоний хлорида. Для варьирования фактора плотности органической фазы создавали различную степень модифицирования минерала:17, 34 и 100% от его катионообменной емкости.

Вкачестве сорбатов были исследованы гидрофобные углеводороды (ароматический бензол и алифатический н-гексан) и гидрофильный алифатический спирт (метанол).

Модифицирование монтмориллонита проводили методом ионного обмена; степень и полноту модифицирования контролировали методом УФ-спектрометрии.

Для оценки влияния влажности на сорбционную активность модельного сорбента исследования проводиливусловияхтрехвлажностей:абсолютно-сухой,воздушно-сухойидляпредельногидратированного сорбента (насыщение влагой при RH 100%). Экспериментальные изотермы сорбции были получены при использовании метода анализа равновесного пара на основе газового хроматографа Кристаллюкс-М 4000.

Полученные изотермы показали, что при сорбции паров органических поллютантов на чистом сухом минерале (в условиях абсолютно сухого и воздушно-сухого немодифицированного сорбента) связывание паров бензола и гексана, в отличие от метанола, происходило исключительно на центрах, расположенных на внешней поверхности минерала.

Модифицирование монтмориллонита до 5 масс.% не оказало влияния на величины сорбции бензола

игексана в условиях низкой влажности (абсолютно-сухой и воздушно-сухой сорбент), в то время как в условиях предельной гидратации оно вызвало значительный прирост величин сорбции углеводородов (до 50 мкл/г при Р/Ро 0,4) в сравнении с немодифицированным минералом. Это указывало на конкуренцию паров углеводородов за сорбционные центры с парами воды и преобладание механизма распределения в фазе органического модификатора в условиях высокой влажности.

223

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

Рис. 1. Величины сорбции бензола на 0% (-■-), 5% (-●-), 10% (-▲-) - модифицированном БДДМА монтмориллоните.

Приувлажнениисорбентадовоздушно-сухогосостояниясорбцияметанолаувеличиваласьна25%,вто время как сорбция углеводородов оставалась постоянной. Это свидетельствовало о том, что гигроскопическая влага занимала недоступные для углеводородов сорбционные центры, не блокируя их связывание на поверхности.

Рис. 2. Величины сорбции гексана на 0% (-■-), 5% (-●-), 10% (-▲-) - модифицированном БДДМА монтмориллоните.

Сдругойстороны,модифицированиеповерхностиминераладо5масс.%снизилосорбциюгидрофильного метанолапривсехзначенияхвлажности.Причинойэтогоявлялосьблокированиегидрофильныхсорбционных центров минерала слоем органического вещества, образованным модификатором.

Рис. 3. Величины сорбции метанола на 0% (-■-), 5% (-●-), 10% (-▲-) - модифицированном БДДМА монтмориллоните.

Дальнейшее увеличение степени модифицирования монтмориллонита (до 10 масс.%) снижало величинысорбциигидрофобныхуглеводородовпривсехвлажностях.Этотэффектнебылсвязан сизменением ориентации молекул модификатора относительно поверхности минерала, поскольку формирование монослоя модификатора было еще не завершено (степени модифицирования 5 и 10% масс.% составляют 17 и 34% катионообменной емкости монтмориллонита). Причина снижения заключалась в увеличении плотности органическойфазыивозникавшихвследствиеэтогопрепятствийдлядиффузиимолекулуглеводородоввфазу органического модификатора.

224

Доклады Всероссийской научной конференции

Величины сорбции гидрофильного метанола, как и в случае образца со степенью модифицирования 5 масс.%, оставались пониженными по сравнению с таковыми на не модифицированном сорбенте.

Таким образом, показано, что появление органической фазы на поверхности минерала усложняет механизм сорбции на нем, как гидрофобных, так и гидрофильных сорбатов - в зависимости от влажности среды и плотности покрытия поверхности минерала (плотности органической фазы модификатора). На органоминеральных моделяхколичественно оцененовлияниеорганическойфазынасвязываниеорганических поллютантов с различным соотношением гидрофобности/гидрофильности в зависимости от структурной плотности и влажности среды.

Литература

1.Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая

2.школа. 1988. 324 с.

3.Valentine P.,Alvarez J.J. Chemistry and microbiology of permeable reactive barriers for in situ groundwater clean up // Critical Reviews in Microbiology. – 2000. – V. 26. - N 4. – P. 223-231.

4.Куковский Е.Г. Особенности строения и физико-химические свойства глинистых минералов. Киев: Изд-во “Наукова думка”, 1985. – С. 5-123.

УДК 631.47

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Д.В. Московченко

ИПОС СО РАН, Тюмень, e-mail: land@ipdn.ru

В условиях интенсивного промышленного освоения севера Западной Сибири особое значение приобретает анализ структуры и динамики ландшафтно-геохимических комплексов. Под ландшафтногеохимической структурой понимается чередование зон выщелачивания и обогащения, их соотношение

впространстве, вещественный состав, форма и размеры [1]. Обобщение результатов изучения состава почвообразующихпородипочвтаежнойзоныЗападнойСибирипозволиловыделитьосновныезакономерности процессов миграции и аккумуляции вещества.

По отношению к кларку литосферы в почвообразующих породах четко выделяются две группы элементов: содержание халькофильных (Cu, Zn, Pb) понижено, а сидерофильных (Ti, V, Cr, Ni, Co) напротив, повышено. Генезис почвообразующих пород отражается в их химическом составе. Содержание титана максимально в ледниковых отложениях, где вдвое превышает кларк, в то время как флювиогляциальные и озерно-аллювиальныеотложениясодержатсниженныеконцентрацииэтогоэлемента.Отмеченоповсеместное обогащение почв цирконием, максимальное количество которого выявлено в современных аллювиальных отложениях. Соотношение Ti/Zr максимально для ледниковых отложений возвышенности Белогорский материк, что свидетельствует о слабой гипергенной трансформации пород в это районе. Ледниковые и аллювиальные отложения различного возраста отличаются высоким содержанием марганца. Повышенное содержаниеникеляотмеченовозерно-аллювиальныхотложенияхОбь-Иртышскогомеждуречья.Концентрация меди в отложениях различного генезиса снижена по отношению к кларку в 2-2,5 раза. Содержание цинка в ледниковых отложениях близко к кларку, а в озерно-аллювиальных и аллювиальных - в 1,9-2,2 раза ниже.

Физико-химические свойства таежных почв благоприятствуют активной миграции большинства микроэлементов. Почвы характеризуются кислой реакцией среды, преобладанием фульвокислот, ненасыщенностью основаниями, часто содержат достаточные для развития растений количества подвижного фосфора, но обеднены соединениями азота. Для многих почв характерна восстановительная обстановка, которая благоприятствует интенсивному выносу железа и марганца. Довольно высок уровень содержания

впочвах титана и циркония. Из халькофильных элементов выделяется свинец, концентрация которого превышает уровень почвенного кларка. Концентрация цинка находится на уровне околокларковых величин

вландшафтно-геохимических округах с преобладанием суглинистых почвообразующих пород, и уступает им при доминировании песчаных водно-ледниковых отложений. Незначительно ниже кларка содержание меди. В породах, почвах и донных отложениях предгорий Приполярного и Северного Урала в содержание микроэлементов выше, чем на равнинных территориях, где наиболее богатым микроэлементным составом характеризуются почвы, сформировавшиеся на ледниковых отложениях Белогорского материка. Почвы участков с доминированием флювиогляциальных отложений обеднены большинством микроэлементов. Неблагоприятная биогеохимическая ситуация выявлена в Сургутском ландшафтно-геохимическом округе, где содержание микроэлементов в почвах как правило, значительно ниже почвенного кларка (таблица). В пространственном распределении показателей микроэлементного состава прослеживается своеобразная ступенчатость: относительное обогащение ландшафтно-геохимических комплексов макроповышений (увалов) и обеденение прилегающих к ним плоских заболоченных равнин, затем - вновь обогащение почв пойм и надпойменных террас крупных рек (Оби и Иртыша).

На состав почв значительное влияние оказывают влияние процессы биологического накопления, что приводит к аккумуляции Pb, Mn, Zn в поверхностных горизонтах. В почвах, сформировавшихся на песчаных породах, вертикальное распределение элементов свидетельствует о доминировании процессов биогенной аккумуляцииприслабойвыраженностиландшафтно-геохимическихбарьеров.В вертикальномпрофилепочв распределение микроэлементов зависит от их геохимических свойств. Выделяются две группы химических элементов: накапливающиеся в органогенных горизонтах (цинк, медь, свинец и кадмий) и мигрирующие

225

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

из них (железо, кобальт, никель, хром). Таким образом, в минеральной толще преобладают сидерофильные элементы, а в органогенных горизонтах – халькофильные. Для сидерофильных элементов фактором обеднения почв является относительно высокая подвижность в водной среде, в то время как халькофильные накапливаются в почве из-за относительно невысокой водомиграционной активности и закрепления на биогеохимических барьерах.

Таблица 1

Средние показатели регионального фона микроэлементов в почвах таежной зоны Западной Сибири (северная и средняя тайга)

содержание, знаменателькоэффициент вариации, %

Для болотных верховых почв характерно низкое содержание элементов минерального питания растений. Главными особенностями состава торфа верховых болот Западной Сибири являются высокое содержание железа, марганца, хрома, малые концентрации кадмия. Несколько выше средних значений концентрации меди.

Геохимическая трансформация ландшафтов на участках нефтедобычи представляет собой комплекс процессов, связанных как с поступлением веществ - загрязнителей, так и с нарушением природных биогеохимических циклов. Геохимическая ассоциация загрязнителей определяется особенностями применяемых технологий, составом буровых растворов, пластовых вод, степенью механических нарушений. Участки с удаленным органогенным горизонтом почв, образование которых связано с буровыми работами, внедорожным движением транспорта, характеризуются снижением содержания марганца, цинка, фосфора, меди. Радиальная и латеральная миграция является причиной интенсивного поступления загрязнителей в соподчиненные элементы сопряженного миграционного ряда ландшафтов. Нарушение условий миграции веществ приводит к ослаблению биологического круговорота, вследствие этого возрастает миграционная активность многих микроэлементов, что находит отражение в увеличении концентраций в донных отложениях.Исключениесоставляютникельихром–элементыснизкимикоэффициентамиводноймиграции. В особенности заметно увеличение при техногенезе содержания в донных осадках элементов, отличающихся интенсивным биологическим накоплением – Zn, Cu, Mn. Отмечено, что повышенной концентрацией цинка и свинца отличаются воды озер, расположенных в непосредственной близости от пробуренных скважин. При несоблюдении природоохранных технологий происходит формирование гидрохимических хлориднонатриевых аномалий.

Литература

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

2.Краткий справочник по геохимии. М.: Недра, 1977. 184 с.

3.Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. Новосибирск:Изд-во СО РАН, 2007. 275 с.

226

Доклады Всероссийской научной конференции

УДК 631.47

РОЛЬ ПОЧВ В ФОРМИРОВАНИИ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛАНДШАФТОВ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Г.В. Мотузова

МГУ имени М.В.Ломоносова, факультет почвоведения, Москва, e-mail: motuzova@mail.ru

В современных условиях растущей антропогенной нагрузки на биосферу происходят нарушения состояния экосистем на разных уровнях их организации. К началу второго десятилетия ХХ1 века накоплены обширные сведения о негативном влиянии человеческой деятельности на состояние живых организмов (включая человека) и на состояние ландшафта. Размеры этих нарушений зависят от техногенной нагрузки, а последствия – от экологической устойчивости ландшафта. Почти вековая история развития учения об экологической устойчивости ландшафта к внешним воздействиям имеет глубокие российские корни. Фундаментэтогоучения–основныеположениягеохимииибиогеохимии,сформулированныеВ.И.Вернадским. Обобщив многолетний опыт собственных исследований, В.И. Вернадский разработал основы современного учения о биосфере Земли (1926). Он доказал, что появление жизни на планете Земля, взаимодействие живого вещества с неорганической материей под влиянием энергии Солнца привели к созданию биосферы, что изменило коренным образом химическое состояние земной поверхности, все превращения и круговорот химических элементов. На следующем этапе формирования состояния планеты проявилось решающее значение деятельности человека, что знаменовало превращение биосферы в ноосферу. Эти выводы В.И. Вернадского, безусловно, ставят его в ряд основателей экологии, значение которой было осознано обществом почти 50 лет спустя.

Значительным вкладом в дальнейшее развитие наук о Земле явилось учение Б.Б. Полынова о геохимии ландшафта (1948-1956). А.И. Перельман вскрыл законы формирования геохимического облика ландшафта на основе законов миграции в ландшафте химических элементов и на основе учения о биогеохимических барьерах (1961-1975). Развитие этого учения поставило на повестку дня вопрос об эколого-геохимической устойчивости почв и ландшафта к техногенным воздействиям в целом и, прежде всего, к химическому загрязнению. Ответы на этот вопрос должны были послужить основой для выявления границ безопасного функционирования ландшафта и ограничения техногенных нагрузок на него.

М.А. Глазовская является основателем учения об эколого-геохимической устойчивости почв и ландшафтов в целом (1968-1997). Она разработала понятийный аппарат учения об устойчивости почв и природных систем, о чувствительности почв к химическому воздействию, о нормализации состояния почв и ландшафтов. М.А. Глазовская расширила понятия о роли геохимических барьеров и процессов трансформации и миграции микроэлементов в почвах в ограничении их подвижности в ландшафте, выявила специфические механизмы поведения загрязняющих веществ разной природы. Она разработала классификацию микроэлементов на основе их способности к накоплению на геохимических барьерах и к миграции. Выявленные закономерности поведения загрязняющих веществ в почвах явились основой для классификации почв страны по их устойчивости к различным видам загрязняющих веществ. Результаты экспериментальных и теоретических исследований М.А. Глазовской охватили широчайший спектр аспектов проблемы эколого-геохимической устойчивости почв и ландшафтов к химическому загрязнению.

Начатые в 70-годы более чем 30-летние исследования М.А. Глазовской обеспечили в значительной мере вклад отечественной науки в развитие этого научного направления в мире [1-4]. Международными природоохранными организациями только в 80-е годы были предложены основы концепции устойчивого развития общества как гармоничного единства трех сфер: экономической, социальной и экологической. В нашей стране их развитие знаменуется Указом Президента РФ 1996 года «Об утверждении концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию». Однако последующие годы свидетельствуют о слабых успехах в обеспечении устойчивости почв к разным видам техногенного воздействия. Повышение эффективности практических методов прогноза, контроля и повышения устойчивости почв к загрязнению различными поллютантами требует совершенствования и дальнейшего развития теоретических основ экологической устойчивости почв к загрязнению, в том числе к загрязнению тяжелыми металлами. Практическое значение могут иметь следующие современные результаты развития учения М.А.Глазовской о эколого-геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами, касающиеся понятийного аппарата, механизмов устойчивости почв к загрязнению и их проявлению в природных условиях, показателей устойчивости почв, влияющих факторов и пр.

1)Загрязнение почв – поступление в почвы химических веществ техногенного происхождения в количествах, превышающих природный уровень их поступления. Экологическая опасность загрязнения почв состоит в ослаблении (вплоть до утраты) способности их выполнять уникальные экологические функции. Безопасный уровень содержания химических веществ в почвах – уровень их содержания, при котором почва, контактирующие с нею вода и воздух безопасны для живых организмов всех звеньев трофических цепей.

2)Концепция экологической устойчивости ландшафта к загрязнению имеет биотическую направленность,всоответствиисчемэтофундаментальноесвойстволандшафтапонимается,какнеотъемлемая внутренняя способность его обеспечивать сохранение жизни на планете в условиях ее растущего загрязнения. Она обусловлена преимущественно экологической устойчивостью к этим воздействиям почвы, вследствие значимости прямых и обратных связей почвы со всеми компонентами ландшафта и ее уникальных функций. Из числа загрязняющих веществ заслуживают особого внимания тяжелые металлы (микроэлементы антропогенногопроисхождения,поступающиевокружающуюсредуизтехногенныхисточниковвколичествах,

227

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

превышающих природный уровень их поступления), т.к. их оптимальные количества в окружающей среде необходимы для живых организмов, а избыточные количества – губительны для них.

3)Основойэкологическойустойчивостипочвпоотношениюктяжелымметалламявляетсяспособность почвенных компонентов поглощать и прочно удерживать тяжелые металлы, ограничивая их миграцию в ландшафте и ослабляя негативное влияние на живые организмы.

4)Экологическая устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами обусловлена системной организацией потоков металлов в ландшафте, которые формируют состав почвенных соединений металлов. Потоки эти имеют иерархическую организацию и различаются массами перераспределяющихся веществ, скоростью и дальностью их переноса между взаимно связанными компонентами почвы и ландшафта в целом. Они обеспечивают образование, структуру и функционирование биогеохимических барьеров различных уровней организации природной системы. Зонами ограничения миграции металлов на вещественно-фазовом уровнемногоуровневойприроднойсистемыявляютсятвердофазныеорганическиеиминеральныекомпоненты почв, поглощающие и прочно удерживающие металлы, поступившие в почву. Сорбционные характеристики почвенного материала отдельных горизонтов (емкость поглощения металлов, прочность их удерживания) служат мерой экологической устойчивости почв к загрязнению их металлами на вещественно-фазовом уровнеорганизациисистемыпочвенныхсоединенийметаллов.Напочвенно-профильнымуровнетакоймерой являются коэффициенты профильной дифференциации металлов в почвах, отражающие их накопление в отдельных почвенных горизонтах. Соответственно на ландшафтно-геохимическом уровне названной системы эту функцию выполняют коэффициенты местной миграции металлов, отражающие ограничение рассеивания металлов вследствие их накопления в почвах аккумулятивных ландшафтов.

5)Анализ системы соединений металлов на вещественно-фазовом уровне ее организации свидетельствует о том, что органические и минеральные почвенные компоненты обладают способностью к удерживанию поглощенных ими металлов (природного и техногенного происхождения) с разной прочностью связи.Загрязнениепочвметалламисопровождаетсянетолькоувеличением(посравнениюснезагрязненными почвами) общего содержания в них этих металлов, но и изменением соотношения количеств их различных соединений. Доля непрочно удерживаемых соединений металлов в загрязненных почвах увеличивается, что свидетельствует об ухудшении эколого-токсикологической ситуации в них, что проявляется двояко: а) в повышении опасности для экосистемы загрязненных металлами почв, б) в снижении экологической устойчивости почв по мере их загрязнения металлами.

6)Загрязнение почв металлами сопровождается не только ухудшением эколого-токсикологической ситуации, но и изменением важнейших химических свойств почв (состояния гумуса и глинистых минералов, кислотно-основных, ионно-обменных свойств), отрицательно влияющих на выполнение почвами их экологических функций. Оценка устойчивости этих свойств почв к воздействию металлов не разработана.

7)Эффективность нормирования содержания металлов в почвах, подверженных загрязнению, может быть обеспечена дифференцированным подходом к почвам и ландшафтам в целом с учетом экологической устойчивости почв и ландшафтов к воздействию металлов.

Литература

1.Глазовская М.А. Принципы классификации почв по их устойчивости к химическому загрязнению. «Земельные ресурсы мира, их использование и охрана.» М. 1978, с. 85-99.

2.М.А. Глазовская. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа. 1988. 324 с.

3.Глазовская М.А. Опыт классификации почв по устойчивости к техногенному воздействию. Почвоведение, 1990, № 9, с.82-96.

4.Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М., МГУ, 1997, 102 с.

УДК 631.46

ЭКОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ ПОСТОЯННОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Е.В. Напрасникова

Институт географии им. В.Б. Сочавы, Иркутск, e-mail: napev@ irigs.irk.ru

На протяжении ряда лет нами проводятся комплексные исследования почв экологически проблемных территорий Восточной Сибири. Некоторые результаты изучения антропогенно-измененных почв, в том числе городских, в рамках современных проблем, освещены в печати ранее [1, 2].

Основнаяцельнастоящейэкспериментальнойработы–изучениесовременногоэколого-биохимического потенциала антропогенно-измененных почв в модуле постоянного техногенного воздействия на примере критических объектов городской среды – автозаправочных станций (АЗС).

ГородИркутскпредставляетсобойкрупныйобластнойиндустриальныйцентр.Еговозрастнасчитывает 350 лет. Вследствие размещения в городе крупных промышленных производств, их технологического несовершенства, включая низкую эффективность очистного оборудования, входит в группу городов с неблагоприятнойэкологическойобстановкой.Ландшафтныеусловия,вкоторыхнаходитсягород,следующие: равнинные подтаежные сосновые травяно-злаковые леса, таежные сосновые и сосново-лиственничные травяные леса на серых лесных и дерново-подзолистых почвах.

228

Доклады Всероссийской научной конференции

Объектом детальных исследований явились почвы, занимаемых территорий АЗС в черте города и сопредельных, расположенных в различных функциональных зонах (природно-рекреационных, селитебных, промышленных). Наряду с зонами промышленных предприятий, транзитными автомагистралями, перекресткамидорогусветофоровидорогамиобщегородскогозначения,гдевысокаяинтенсивностьдвижения транспорта и плотность автомобильного потока, АЗС являются в экологическом смысле критическими объектами. На фоне общего хронического загрязнения урбаноземов промышленного города, почвенный покров территории АЗС испытывает сверхнормативное воздействие. Его специфика очевидна – локальное автотранспортное загрязнение, при котором постоянно присутствуют горюче смазочные материалы, пыль и выхлопные газы. Последние содержат около 200 веществ, большинство из которых высокотоксичные [3].

Растительный покров территорий АЗС, с различным сроком эксплуатации, разнородный. Проективное покрытие варьирует в широких пределах (от 50 до 90 %). Почва в большинстве случаев уплотненная и захламленная. Значения рН изменяются под растительностью от 6,4 до 8,4 , а без нее – от 5,6 до 8,5 единиц, Показатели уровня биохимической активности почв, связанной с трансформацией органического азота,

ввидескоростиразложениямодельноговеществакарбамида,представленынарисунке1.Надиаграммевидно, что значения активности почв под растительностью на всех АЗС несколько выше, чем без нее. Зависимость биологической активности от возраста эксплуатации АЗС не выявлена. Установлено три совокупности данных: с высокой скоростью разложения модельного вещества (2-3 часа), средней (4-7) и продолжительной (более 7 часов). Следует считать, что наибольшей биологической активности почв соответствует наименьшее количество часов трансформации карбамида до конечных продуктов распада. Сравнивая с контрольными образцами, отмечаем, что только на трех АЗС (5, 11, 17) зарегистрирован относительно высокий уровень активности исследуемых почв. Уровень фосфатазной активности, которая имеет большое значение в мобилизации фосфора в почве, определяется щелочной фосфатазой, как доминирующей на всех изучаемых АЗС.Суммарнаяактивностьизменяетсяот0,35до0,7мг.Приэтомвконтрольнойпочвеактивностьнесколько выше и составляет 1,1 мг отщепленного фенолфталеина, что в два раза превышает среднее значение для всего массива данных.

Кроме гидролитических определена активность ферментов из класса оксидоредуктаз. Окислительновосстановительныеферментывсегдаявлялисьобъектомвниманияисследователейвсвязисихбольшойролью

впочвообразовательных процессах. Активность этой группы ферментов служит индикатором напряженности процессов окисления и гумификации органических веществ, а также считается наиболее чувствительным показателем при изучении экологического состояния почв, под влиянием нефтепродуктов. Результаты определения активности полифенолоксидазы (ПФО) и пероксидазы (ПО) показали, что преобладающее большинство почв характеризуется меньшей активностью ПФО, чем ПО. В контрольном варианте почвы активность данных ферметов в два и три раза выше соответственно, чем на АЗС.

Рис. 1. Биохимическая активность почв на АЗС.

Примечание: темноокрашенные диаграммы – значения под растительностью, светлоокрашенные – без неё.

В связи с проблемами прямого определения всех токсических веществ в познании активаторноингибиторной функции техногенной почвы, полезно использовать косвенные методы. Речь идет об оценке степени фитотоксичности по семенам высших растений.

Результатыэтихопределенийвлабораторныхусловияхпозволиливыявить,чтопреобладающееколичество почвтерриторийАЗСингибируютпрорастаниесемянна20-60%.Приэтомустановлено,чтовпочвах,взятыхпод растительностью, степень угнетения энергии прорастания семян гораздо меньше, чем без растительности.

Таким образом, выявленные эколого-биохимические особенности почв при локальном, но сверхнормативном загрязнении можно оценить как близкие к негативным. Результаты имеют значение для дальнейшего понимания силы влияния выбросов автотранспорта и степени трансформации свойств почв. Эти материалы в известной мере можно считать прогностическими в силу того, что со временем почвы всех функциональных зон города будут испытывать всё большие нагрузки, особенно от автотранспорта.

Литература

1.Напрасникова Е.В., Снытко В.А. Щелочно-кислотные условия и биохимическая активность как показатели антропогенной изменчивости почв Прибайкалья // География природ. ресурсы. – 2001. –

229