Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Динамика металлов в ландшафтно-геохимических условиях среднего течения реки Оки

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Динамика металлов в ландшафтно-геохимических условиях среднего течения реки Оки"

МОСКОВСКИЙ ОРДШ ЛЕНИНА И ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ - ПШГ01ИЧЕСЖЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И.ЛЕНИНА

Специализированный совет К 053.01.18

На правах рукописи КОЗАРЕНКО Ольга Михайловна

линашка мет шов в ЛАНДмтш-гаоБдачЕских условиях

СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ОЕИ

II.00.01 - физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

\

Москва - 1991 '.

Работа втащена в Московском ордена Лвшша я ордена Трудового Красного 2.»аменя педагоггческо« государственном университете шгени В.ИДеннна

Научный руководитель! доктор географических наук, профессор ДОБРОШЬСБИЙ В.В.

Официальные оппоненты: доктор географяческзх нау1:, профессор .ДОБРОДЕЕВ О.П.

кандидат географических наук, старппй научный сотрудник УЧМТОВ В.П.

Идущая организация - географический факультет М1У ем. М.В.Логзоносова

Защита состоятся " / " 1991г. в /У час.

на заседания специализированного совета К 053.01.10 по присуждены) ученой степени кандидата наук с Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени педагогическом государственном университете имени В.Я.Ленина по адресу: 12Э243. Москва, ул. Ки<3адьздгча, д. 6, корп. 4, ауд..407.

С диссертацией шнно ознакомиться в библиотеке ШПУ пиана В.И Ленина по адресу: 119243. Москва, Малая Пироговская ул.» д. I.

Автореферат разослан " 3/ » 1991г.

Ученый секретарь специализированного совета !}т педагогических наук

ДЛИНА. И.В.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время особенно актуальной является проблема нейтрализации нарастающего загрязнения окружающей среди разнообраз-шми продуктами техногеяеза и, в частности, тяжелыми металлами. Ьи решения этой задачи необходимо не только установить характер г уровни загрязнения, но и учитывать сезонную динамику природных юнцентрадий металлов в почвах и растениях незагрязненных (фоно-зых) территорий.

Большое внимание научной общественности привлекают вопросы глобального загрязнения окружающей средн. Однако не менее важное значение имеют проблемы локального загрязнения, в частности - эко-юго-геохимическое состояние малых городов.

Дали к задачи исследования.

Основная цель исследований - выявление геохимии и сезонной динамики функционирования ландшафтов среднего течения реки Оки. Параллельно изучались геохимические особенности почв и растений палого города. 1

Для достижения указанных целей были намечены следующие задачи:

I.Установить ур. зни концентраций металлов в почвообразующих породах, почвах и растениях различных элементарных ландшафтов.

2.Определить сезонные изменения некоторых свойств почв и концентраций подвижных форм металлов в почвах.

З.Определить характер сезонной динамики металлов в различных частях и органах растений.

4.Выявить влияние атмосферных выпадений

на формирование химического состава растений. .

5.Определить-основные черты геохимического сопряжения между различными элементарными ландшафтами.

б.Оценить общие черты баланса масс металлов в элювиальных ландшафтах с учетом их поступления из атмосферы и выноса с речным стоком.

7.Установить уровни концентраций металлов и их сезонную динамику в почвах и растениях малого города на примере г.Тарусы.

Объекты и методы исследований.

Полевые исследования проводились в 1979-82гг, 1984-86 и 1988 годах в течение вегетационного периода растений, а в отдельные годы - поздней осенью и зимой.

На двух профилях,пересекающих сопряженный ряд элементарных ландшафтов,было заложено 6 опорных площадок для проведения сезонных наблюдений. Полевые исследования проводились также на левом и правом берегах среднего течения реки Оки и в городе Тарусе.

За период исследований собрано 672 пробы растений, 260 проб почв и почвообразующих пород.

Для изучения сезонной динамики и концентраций химических элементов в различных объектах и их миграции применялись различные методы.Среди них: спектрографический, атомно-абсорбционный,колориметрические и объемные методы определения химических элементов.

Научная новизна.

В результате проведенных комплексных исследований на основании многолетних данных выявлены особенности сезонной динамика металлов в системе биологического круговорота (с учетом атмосферной составляющей).Определена пространственная (в различных элементарных ландшафтах) и временная (по сезонам года) динамика масс металлов. Дана количественная оценка поступления и выноса химических элементов в элювиальном ландшафте. Выявлена степень загрязнения почв и растений в условиях малого города.

Практическая ценность.

Полученные результаты использованы в материалах Института экспериментальной метеорологии (2 акта о внедрении).

Данные по естественной динамике металлов в системе вочва^-рао теняе неизученном районе необходимо учитывать при проведении природоохранных мероприятий на территориях с близкими ландшафтно-геохимическими условиями. Полученный материал по особенностям концентрации металлов в отдельных органах и частях различных видов растений и их сезонной динамике может быть использован при биогеохимических исследованиях в санитарно-гигиенических целях, а также при биогеохимических поисках рудных месторождений.

Апробация работц. й

Материалы диссертация неоднократно докладывались на комиссия геохимии ландшафта Московского филиала Географического общества бсср (1982, 1989г), на Всесоюзном научном симпозиуме "Ме-

тода исследования антропогенных ландшафтов" в г. Ленинграде (1982 на X Всесоюзной конференции "Микроэлементы в биологии и их применение в медицине и сельском хозяйстваГв гЛебоксары (1986), на Всесоюзном семинаре "Еиогеохимические методы изучения окружающей среды1' в г .Ленинграда (1988), на Всесоюзной конференции "Экогео-

химия городов" в г, Москва (1989), на XI Всесоюзной конференции "Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельской хозяйстве и медицине" в г.Самарканде (1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ общим объемом 1,2 печатных листа.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов на 131 странице и приложения на 74 страницах, содержит 91 таблицу, 30 рисунков. Список литературы включает 107наименований.

Автор выражает глубокую благодарность за всестороннюю помэщь в работе и внимание научному руководителю, заслуженному деятелю наука РОЗСР,доктору географических наук, профессору В.В.Добровольскому. Автор искренне благодарен за постоянную помощь в работе доценту, кандидату географических наук Л.В.Алещукину, а также благодарит весь коллектив лаборатория геохимии ландшафта при кафедре геологии и геохимии ландшафта МОГУ им. В.И.Леюша.

Методика ролевых и лабораторию: исследований. '

Полевые исследования проводились в 1979-82гг и в 1984-88гг. Детальные исследования велись на шести-опорных площадках в 4-5 км. от г.Таруса Калужской области, заложенных в различных элемен- ' тарных ландшафтах. Такте была заложено 14 опорных площадок для дополнительных исследований на правобережье реки Оки. Для оценки влияния малого города на почвенко-растительный покров, исследования проводились в центре г »Таруса и на окраине. Общая протяженность ландшафтно-геохямаческих профилей - 10,7км. Исследования велись на территории более 100км2.

Отбор образцов почв и растений проводился в начале вегетационного периода в мае, во время наиболее активного функционирования ландшафтов в ше и в конце вегетационного периода в сентябре. Кроме того в отдельные годы образцы отбирались в ноябре, январе и апреле.

Доя изучения сезонных процессов отбор почв осуществлялся из верхних горизонтов, исходя из того, что с глубиной выраженность этих процессов затухает. У растений отбирались все части л органы.Бралась смешанная проба из 5-7 образцов одного и того же вида растения.

• Аналитическая,обработка растений заключалась в следующем. Свежие листья в течение 2-х минут отмывались-дистиллированной водой для получения смыва с поверхности листа согласно известным. •

методикам (Аржанова,Елпатьавский,1978; Мвльчаков,1985 * дд) .Водо-и кислоторастворимая форма металлов в смыве определялись атомно-абсорбционным методом.Железо и алюминии в золе растений определялись колориметрическими методами, кальций и магний - объемными, а рассеянные элементы - атомно-абсорбцдонным методом. Химический оостав почв определялся по стандартным методикам (Аринушкина, 1970).В почвах и почвообразующих породах валовые концентрации металлов определялись спектральным эмиссионным методом, а извлекаемые ацетатно-аммэнийной и I.Oh.HCI вытяжкой - атомно-абсорбцио-вным методом.

Полученные результаты обрабатывались методами математичео-кой статистики (Лакин, 1980; Беуо и др., 1976; Инструкция..., 1983 и др.).Рассчитывались средние арифметические величины (М ), средние квадратические отклонения ( б" ),коэффициенты вариации(У), асимметрии { к ), эксцессы (Е).При сравнении показателей за различные сезоны года рассчитывалась величины критериев достоверности разности по Стыоденту ltd,), средние арифметические ошибки (т ] При определении связей между различными варьирующими величинами рассчитывались коэффициенты корреляции (Ъ ) и коэффициенты ранговой корреляции (Ts ).Для определения минимально-аномальных концентраций металлов-загрязнителей строились вариационные кривые и графики накопленных частот.

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ Сезонная динамика рН водной суспензии и обменных Форм кадьши и магния. Для светло-серых лесных я дерновых слабоподзодио-тых почв в большинстве случаев характерно летнее подкисленив верхних горизонтов (гумусового, AjA^ А2В) и значительное подще-лачивание их в сентябре. Величины рН в гумусовом горизонте для светло-серой лесной почвы в мае олеблются от 5,32 до 5,87, в ше от 5,24до 6,55, а в сентябре от 5,65 до 6,80. В горизонте AgB светло-серой лесной почвы сезонные колебания рЫ вйражены слабо. В мае величины рН за годы наблюдений колебались от 5,27 до 5,65, в июле - от 5,27 до 5,92,в сентябре - от 5,58 до 6,48.

Сезонная динамика рН в пойменнсидуговой почве (разрез 1-2) выражена слабо и изменяется от слабокислой до щелочной. Так рН ^горизонта 23.05.1985г. составляла 6,87; 17.07.1985 - 7,00; 26.09.1985 - 7;'10. Горизонт В имеет слабощелочную и щелочную реакцию. Разброс значений рН по годам наиболее сильно выражен в

светло-серых лесных почвах, наименее - в поймекно-луговых.

Сезонная динамика обменных форы кальция в целом характеризуется понижением летних концентраций этого металла в верхних горизонтах светло-серой лесной и дерново-слабоподзолистой почвы (разрезы 1-1 и 1-3). Уменьшение количества активных фор* кальция в середине лета может быть связано с интенсивным поглощением этого металла растительностью в результате усиления транспирации. По мере увеличения скорости транспирации, поглощение растениями кальция возрастает.

В пойменяо-луговой почве _(р. 1-2) отмечается повышение летних концентраций обменного кальция за года наблюдений, возможно, за счет поднятия карбонатов по капиллярам.

Для обменных форм магния характерен летний максимум концентраций в верхних горизонтах светло-серой лесной и дерновой слабоподзолистой почвы, а для пойменно-лутовой - летний минимум.

Сезонная динамика металлов, извлекаемых сожщоюгедой и ане-татно-аммонийной вытяжками. Изучение форм металлов,переходящих в солянокислую вытяжку показало, что сезонные колебания концентраций металлов, имеющие однотипный характер за годы наблюдений, свойственны всем верхним горизонтам почвенных разрезов. Пойменно-луговые почвы отличаются пониженными концентрациями металлов в осенний период. Увеличение летних концентраций свинца и их уменьшение в сентябре прослеживается в различной степени для всех изученных типов почв.

Максимальные концентрации в июле отмечены дан меди и в ряде случаев - марганца. В сезонной динамике кобальта намечается летний минимум в июле для светло-серых лесных и дерново-подзолистых почв, а для дойменно-луговых - осенний минимум. Динамика никеля и цинка имеет разнонаправленный характер.

. Максимальные концентрации Си, И>, Ш.извлекаемые ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8, обнаружены в почвах в июле по сравнению с маем и сентябрем, что может быть связано с летним под- • кислением почв. Однонаправленный характер изменений концентраций марганца в течение года отмечен для светло-серой лесной и дерново-слабоподзолистой почвы с понижением концентраций в иоле и ноябре. Динамика Мп в пойменно-луговой почве имеет обратный характер.

ОБЩЕ ЧЕРТЫ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ

Сезонная динамика металлов в растениях. Анализ сезонной дина-

мики зольности обнаружил, что для опадающих частей растений в основном характерно увеличение этого показателя от весны к осени. Зольность же ветвей и корки в течение вегетационного периода изменяется мало.

Установлены следующие особенности динамики металлов в растениях в течение вегетационного периода. Содержание кальция и алюминия в опадающих частях растений может возрастать к концу вегетационного периода в 1,5-3,0 раза, что связано с постепенной концентрацией элементов в листьях, как конечных пунктах накопления. Для сезонной динамики Са в ветвях прослеживается закономерное уменьшение концентраций к сентябрю. Изменения концентраций магния в ветвях носят разнонаправленный характер.

Концентрация магния в опадающих частях древесных и кустарниковых растений достигает максимума в период юс активной жизнедеятельности в мае-июле с минимумом в сентябре. Следует напомнить, что магний - элемент, входящий в состав молекул хлорофилла.

Никель, цинк,кобальт,свинец, в меньшей степени марганец,обнару живают достаточно четкий характер временных изменений концентраций на протяжении вегетационного периода. Сезонная динамика меди в листьях древесных пород разнонаправлена.

Для Ре , 2п , n1 , в ряде случаев рь иСи в течение вегетационного периода характерен летний минимум концентраций по сравнению с началом и концом вегетационного периода.При этом возможно, что высокие майские концентрации Та , 2п , Си в листьях связаны с высоко!! потребностью в них растений в начальный период вегетации. Накопление тяжелых металлов в листьях в осенний период очевидно отражает стремление растений к освобождению от них. Полученные факты согласуются с выводами В.С.Аржановой (1988) о том, что сезонная динамик концентраций металлов определяется в основном изменением метаболических процессов.

Для марганца характерно увеличение концентраций в листьях к концу вегетационного периода. Аналогичная тенденция прослеживается и для кобальта, а за отдельные годы - для свинца.

Сезонная динамика тяжелых металлов в ветвях 3-х летнего возра< та древесных и кустарниковых растений имеет следующие особенности. Для Си , Со , в ряде случаев гп обнаружено возрастание концентрацй к концу вегетационного периода, Ып и ¿>ъ характеризуются понижениями летними концентрациями по сравнению с весной и осенью.Никель, в ряде случаев цинк,максимальные концентрации обнаруживают в июле.

Закономерных изменений концентраций изученных металлов в корке и древесине древесных растений не установлено.

Сопоставление данных по концентрациям металлов в растениях и вытяжках из почв (ацетатно-аммонийный буфер и 1,0н.НС1) свидетельствуют об отсутствии прямой зависимости между ними.

Общие черты геохимии металлов в смывах с листьев я сезонная динамика их концентраций. Установлено, что дистиллированная вода смывает с поверхности листьев в течение 2-х »жнут 0,п -п % их массы. Содержание водорастворимого вещества в смывах с листьев всех изученных растений нижа кислоторастворимого. Общее количество вещества смыва увеличивается к осени от 0,п до п%. Своеобразие сезонной динамики водорастворимого вещества смыва выражается в уменьшении его концентрации от весны к лету и увеличение к осени, т.е. обратно динамике осадков. Количество кислоторастворимого вещества смыва увеличивается к концу вегетационного периода.

В составе вещества смыва преобладают водорастворимые формы Са и Ыз и кислоторастворимые А1 и Fe , что может свидетельствовать ' о выделении Са и Mgiia поверхность листа в составе легкорастворимых солей в отличие ^г железа и алюминия. Кроме того соединения кальция и магния в большей степени будут вымываться осадками. Возможно этим объясняется тот факт, что Fe и Al в смывах с листьев составляй? 10-20% от валового содержания этих металлов в сухом веществе листьев, а Са и ils - 0,3-5,0%. Концентрации водорастворимого Са в смывах с листьев либо увеличиваются к осени, либо максимальна летом, а кислоторастворимого - уменьшаются от весны к осени. Увеличение осенних концентраций Fe и Al в смывах подтверждает факт накопления этих металлов на листовой пластинке.

Концентрации Мп и Zn в смывах составляют единицы мг/кг сухого растения, Си , Ni , Pb - десятые и сотые доли да/кг. В целом для всех металлов, переходящих в смывы, преобладающей является водорастворимая форма. В качестве общей тенденции выявлено увеличение летних концентраций металлов в смывах с листьев изученных древесных пород, что может быть связано с их поступлением с пылью.

Для рь, Al , Ре , Ma , Mg , частично Си кларки концентрации (КК) металлов, расчитанкыа по отношению к гранитному слою земной коры, в смывах занимают промежуточное положение между КК в золе листьев и КК в пыли. Это свидетельствует о взаимном влиянии указанных объектов на формирование ' химичес-

кого состава смывов с листьев в естественных условиях.

По концентрациям Иа , Кб , fe , Ni водорастворимая часть смывов больше тяготеет к составу золы. Более высокие КК Са и zn в водорастворимой части смыва, чем в золе, свидетельствуют об их вымывании из листьев. Концентрации элементов в кислоторастворимой части смыва тяготеют к элементному составу пыли.

Для городских растений отмечается увеличение процента сухого вещества смыва по сравнению с фоном на порядок. В водорастворимой части смывов обнаруживается летний максимум концентраций железа, алюминия,кальция, цинка и свинца и летний минимум концентраций

Ил , un , Kg . Ход сезонной динамики изменен по сравнению с фоном для меди,никеля, марганца и цинка;

В кислоторастворимой части смывов с листьев липы наблюдается летний минимум концентраций железа, алюминия, никеля, свинца, меди и марганца. Сравнение концентраций металлов в смывах с листьев липы в центре города и за его пределами показало, что концентрации Же и Са не отличаются, а концентрации меди,никеля,свинца и цинга в несколько раз более высокие в городе. В сентябре на листовой пла стинке липы в центре города накапливается в 7 раз больше меди, в 2 раза никеля и свинца, в 4 раза больше цинка, чем на листьях липы за пределами города.

ВЛИЯНИЕ МАЛОГО ГОРОДА НА ГЕОЖШЮ МЕТАЛЛОВ , В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ

Изучение металлов, извлекаемых 1,0н.НС1 и ацетатно-аммоний-ной вытяжками из почв показало, что концентрации Си , Уд , со , Ni в почвах города и на удалении 3-4км. от него не различаются, и кривые распределения этих металлов одновершинные. Для свинца и цинка кривые распределения имеют двугорбый характер. Коэффициенты аномальности для этих мотг тов в почвах города равны 1,5 -2,0. В почвах окраины города аномальных концентраций подвижных форм металлов не обнаружено. Валовые концентрации металлов в почвах города и местного фона практически не отличаются. Выявлено изменение хода сезонной динамики подвижных форм za , Со,ул в поч. вах города по сравнению с почвами в естественных природных условиях.

Растения, произрастающие в городе, отличаются повышенной по сравнению с мастным геохимическим фоном зольностью, которая колеблется в пределах 1,3-24,75?. Отмечается также увеличение абсолют-

них концентраций Рь, Со , Ге , А1 в черте города по сравнению с растениями фоновых участков. В среднем значения коэффициентов аномальности составляют 1,5, пределы колебаний о? 0,2 до 8.

Концентрации Мп , Ы1 , Си в растениях города уменыпаэтея по сравнению с фоном, что, возможно, связано с нарушением в растениях ряда физиологических процессов.В растениях города избегается ход сезонной динамики некоторых металлов по сравнений с растениями незагрязненных территорий.В качестве общей тенденции сезонных изменений концентраций .металлов выступает сущестззнкоз увеличение их осенних концентраций,особенно ?в, А1, Ко, Со(я 28 раз выше фона) .При этом весенние и летние концентрации ..гогал-- лов, как правило, близки к ф. овым.

ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ ДИНАМИКИ МАССООШЕНА МЕТАЛЛОВ 3 ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЛАНД11АФТАХ

Особенности массообмена металлов в элювиальных элементарных ,тандшаФтах. Покровные суглинки, являющиеся почвообразухвдп.га породами, характеризуется относительно высокими кларкаш концентрации (КК) Сг .V , Бп, N1, РЪ , Мо , Си И НИЗКИМИ - Мп , Со (КК ¿1).Светло-серые лесные почвы выделяются значительной дифференциацией по профилю валовых концентраций Мп , гп .Коэффициенты почвенной дифференциации (Кл) этих элементов больше 1,5, для Си, .N'1, Сг значения этого показателяI. Дерново-подзолистые почвы также характеризуются значительной дифференциацией по профилю Мп, гп, Мо, Эп (Кп>1,5) и слабой дифференциацией Сц , РЬ , V , т, Сг .Для изученныхлочв также отмечена незначительная дифференциация но почвенному профилю подвижных форм металлов.

Растения березово-липово-дубовых лесов интенсивно накапливают по отношению к почвообразующей породе си,. 2п, Мп , Со , отдельные виды— рь(Кб ^1) и не накапливают щ,в ряде случаев -свинец.

Для надземной части травяного покрова отмечается неуклонное увеличение масс всех изученных: металлов в течение вегетационного периода (табл. I.). Масса меди увеличивается более чем в 1,5 раза, 2п , м1 , ръ примерно в 2, марганца - более чем в б раз, кобальта - в 8 раз.

Рассчитаны ориентировочные запасы металлов в почвах,подстилке и фитомассе элювиальных элементарных ландшафтов. В гумусовых горизонтах изученных почв содержатся сотни кг/км^ Си ,

Таблица I.

Динамика накопления тяжелых металлов в надземной части травяного покрова-элювиальных ландшафтов на протяжении вегетационного периода, кг/км^.

Месяцы ¿нокас-са.ц/км2 Медь Никель Свинец Цинк Марганец Кобальт

май 700 0,3 0,4 0,1 1,3 10,0 0,1

июль 1000 0,4 0,6 0,2 2,0 29,0 0,3

сентябрь 1600 0,5 0,9 0,2 3,0 62,0 0,8

РЬ , 2п , извлекаемых 1,0н. НС1 и несколько больше - N1, , Со , Ме. . Валовые содержания металлов составляют многие тысячи кг/км*\ Наибольшие запасы характерны для Ми. .затем в порядке убывания следуют Н1 , 2п , си , рь , Со .

В фитомассе элювиальных элементарных ландшафтов находятся десятки тонн/км^ Са , % , Гл ..тысячи кг/км5* £е , А1 , сотни кг/км2. ,п , десятки кт/ю,?' Си , N1., Ръ , Со . Распределение масс металлов в различных частях фктомассы существенно различается. Основная масса 'Ре , АХ , Мп (> 50$), а также треть Za., Са и РЪ сосредоточено в корнях. Большая часть магния находится в ветвях, Си , -Ш. , Со - в даевесине. Массы металлов в листьях составляют п % от массы этих металлов во всей фитомассе. .

С опадом в почвы поступают единицы тонн/км^ Са ,% и Мп , сотни кг ■ Яе , А1 , десятки кг цинка и единицы кг Си , N1 , Го , Со . В подстилке сосредоточены десятки тонн/км^кальция, еда шщы тонн ыд , , А1 и мп .десятки кггп , Си , ш. , рь , Со.

Особенности массообмена металлов в трансэлювиальных и гудер-аквальных элементарных ландшафтах. Трансзлювиальные ландшафты на карбонатных делювиальных отложениях при близком залегании к поверхности известняков. Делювиальные суглинки характеризуются относительно высокими ККмо и ш. (КК= 3), КК %п , Сг , V , Бп >1,5, КК меди и свинца около единицы, а Мп и Со^-1.

Дерново-карбонатные почвы,сформированные на делювиальных ка] бонатных суглинках, характеризуются относительно слабой дифференциацией валовых концентраций рассеянных металлов по почвенному профиля. Высокие Кп для гумусового горизонта этих лочв отмечены ■ для V , Сг , РЬ , Си .Кп остальных изученных металлов близок к I,

Растения дубово-липовых лесов трансэлювиальных элементарных ландаафтов характеризуются интенсивным поглощением Си , 2п ,

марганца, кобальта и относительно слабым поглощением iii , ръ .

Трансэлювиальные элементарные ландшаДзты на древнем аллювии. Древний аллювий террас реки Оки характеризуется низкими кларкаш концентрации всех изученных металлов, за исключением ванадия л олова, что связано с легким механическим составом этих отлоазний.

Песчаные почвы боровых террас, сформированные па древнем аллювии, выделяются среди других почв низкими концентрациями металлов, унаследованными от почвообразующей породы.Для них характерна заметная аккумуляция ¡.in , ко , рь , Sa в леской подстилке. В целом же по почвенному профилю металлы распределяются довольно равномерно.

Растения сосновых боров с элементами широколиственных пород трансэлювиальных элементарных ландшафтов на древнем аллюзии характеризуются интенсивным биологическим поглощением ;лп и 2п (Кб 10-100п ). относительно слабым - Си . рь .Со ЛЬ (Кб =п ). Кб никеля,хрома и ванадия равны 0,п .

Валовые массы металлов в гумусовом горизонте песчаных почв боровых террас составляют для марганца сотни тысяч кг/км2, для

Си » Ki , рь ,zn - тысячи кг/км2, для кобальта - сотни кг/км2. , Запасы солянокислых форм марганца составляют десятки тысяч кг/гол? Си , Ki , ръ и zn - сотни кг/юл2,кобальта - десятки кг/км2.

В фитомассе ландшафтов на древнем аллювии в пересчете на км2 находятся десятки тонн Са, »:g и }.:п .тонны железа и алюминия, сотни кг.щшка и десятки кг cu . tii . ръ . .Основная масса кальция и свинца находится в корке; магния и меди,никеля,марганца и кобальта - в древесине; Fe . ai и zn - в корнях. Ежегодно с опадом на поверхность почв (в пересчете на юл2) поступают ти-\ сячи кг Са и Kg .сотни кг уе , ¿j и Мп < единицы кг цинка .десятые доли кг си , Ni , рь и сотые доли кг кобальта. В лесноЗ подстилке трансэлювиальных ландшафтов (в пересчете на км2) сосредоточены десятки тонн Са, единицы тонн ыд . р0> А1 и Мп .десятки кг цинка, единицы кг cu , Ni . РЪ и Со.

Супераквальныз элементарные ландшафты на пойменном аллювии. Пойменный аллювий отличается высокими КК Си , pb , ni , Сг ,

V . ко , sn и КК £ I - для Zri , со > мп i1"0 связано как с особенностями механического состава, так и с влиянием пород,слагающих водосборный бассейн.

Пойменно-луговые почвы характеризуются значительной дифференциацией по профилю валовых концентраций цинка ж свинца (Кп->1) и

слабой дифференциацией Си , Со , Cr , V . Слабая дифференциация . по почвенному профилю отмечена для ръ , си , щ .извлекаемых 1,0н. HCl вьтяккой. В гумусовом горизонте обнаружены высокие концентрации Za , г.'л , Со , превышающие концентрации этих металлов в почво'^разующей породе в несколько хаз..

Растения, преимущественно злаки, наиболее интенсивно поглощают цинк, затем в порядке убывания Мп , Со , Си , РЬ .

Ориентировочные расчеты масс металлов показали,что в надземной части травяного покрова поймы содержатся единицы и десятки .л/yjßzn и„Ма,десятые доли-первые килограммы Си, Iii, Pb , Co .

Таблица 2.

Динамика масс металлов в надземной части травяного покрова

супераквальных ландшафтов на протяжении вегетационного сезона,

Месяцы Биомас-? Медь Никель Свинец Цинк Марганец Кобальт _са.ц/ю.Г__

май 900 0,30 0,13 0,20 1,30 4,о0 0,09

июль 2500 0,75 0,75 1,00 6,25 12,50 0,50'

сентябрь 4000 0,40 1,20 2,00 6,00 28,00 . 1,20 ,

Сезонная динамика'масс металлов косит следующий характер. Лассы меда в летний период почти в 2 раза выше,чем весной и осенью. Массы Mi , Мп , Со , РЬ неуклонно возрастают к концу вегетационного периода. Массы ю.,РЪ и Со в сентябре в 10 раз больше, чем в мае,Zn и Мгг примерно в 5 раз больше осеньхСтабл. 2).

В гумусовом горизонте поймэнно-луговых почв содержатся де-' сятки тысяч кг-км2 Ып , Zn , Ni .тысячи кг Си , РЬ и Со.Содержание металлов, извлекаемых 1,0н. HCl, составляет тысячи кг/км2.

В, фитомассе супераквальных элементарных ландшафтов нахс "ят-ся тысячи кг/кАа и Mg , сотни кг Ре и AI .десятки кг znii Мп, единицы-кг Си, ш. , РЬ , Со .Основная масса всех изученных металлов сосредоточена в корнях. С опадом на поверхность ежегодно поступают первые тысячи кг/км^Са и Mg , сотни кг Fe и AI .десятки кг Ип и zn , единицы кг Си , ni , РЬ , Со .

Основные четэты геохимического сопряжения.Трансэлювиальный ландшафт (профиль I) характеризуется более низкими концентрациями" cu , Hi , Pb , bin , Со для злаков и листьев орешника по сравнению с растениями элювиальных ландшафтов. Для листьев липы отмечается более высокое относительное содержание Си и Кп • Для суперакзалъного ландаафта (пр. I) отмечено более высокое относи-

тельное содержание меди и особенно никеля и Мп в злаках по отношэ-> нию к злакам элювиального ландшафта. В гор.Ай почв супераквального ландшафта валовые концентрации Си ,zn и Мп в 1,2-3,0 раза выше, чем в Ajrop. почэ элювиального ландшафта. Для металлов,извлекаемых 1,0н. HCl,коэффициенты местной миграции более высокие, чем для валовых металлов.

Содержание Си , Ki , рь , Zn в злаках трансэлювиального ландшафта (пр. 2) более высокое, чем в злаках элювиального ландшафта, а для листьев орешника характерно более высокое содержание Си, Рь , Zn ,Со.В гумусовом горизонте почв трансэлювиального элементарного ландшафта (пр.2) коэффициенты местной миграции I для вал.^зых концентраций Си, Zn има • В гор. В величины этих коэффициентов уменьшаются для сйи zrfä возрастают длярь и Кп. Для металлов, извлекаемых 1,0н. KCl, отмечены низкие величины коэффициентов местной миграции.

Для злаков и листьев орешника трансаккумулятивных ландшафтов характерно более низкое содержание изученных металлов.чем в злаках элювиальных ландшафтов. Коэффициенты местной миграции для гумусового гор. > I только для валовых концентраций zn и Кп . Для металлов, извлекаемых 1,0н. HCl, высокие коэффициенты местной миграции отмечены для cu , Zn и кп.

Сравнивая массы металлов в почвах элювиальных и супер-аквальных элементарных ландшафтов следует отметить, ч то в гумусовом гор. почв супераквальных ландшафтов массы валового Zn в 2 раза, Ki - в 1,2 раза, си - в I»? раз выше, чем в гумусо- : вом гор. почв элювиальных ландшафтов, а запасы валовых форм рь, • Кп и Со - более низкие. Массы си чщ . извлекаемые 1,0н. HCl вытяжкой из гумусового горизонта пойменных почв почти в 1,5 раза превышают массы этих металлов в гумусовом гор. почв элю- ; виальных ландшафтов; массы РЬ игп в 3 раза выше, а массив и Соболев низкие. Валовые массы Си, Ni, Pb ,zn в В гор. почв супераквальных ландшафтов меньше масс этих металлов в аналогичном горизонте почв элювиальных ландшафтов.

Ориентировочные запасы изученных металлов в фитомассе элювиальных ландшафтов во много раз превышают запасы этих металлов в фитомассе супераквальных ландшафтов. Например, запасы Ca в фитомассе элювиального ландшафта в 15 раз превышают таковые в супераквальном ландшафте, запасыв 10 раз, Ре - в 5 раз, Си - в 4 раза и т.д. С растительным опадом на поверхность

элювиального ландшафта ежегодно поступают большие массы Са,М5 , Ре, А1 , ш; 2п иМп , чем с опадом в супераквальном ландшафте, и' близкие мачсы меда, свинца и кобальта.

Баланс масс химических элементов в элювиальных элементарных ландшафтах. Ориентировочные расчеты баланса масс некоторых химических элементов проводились по материалам, полученным автором и по литературным данным (Глазовский,Учватов,1981\ Учва-тов, 1981; Учватов,Булаткин, 1983; Родин,Еазилевич, 1965 и др.).

Наибольшую массу среди элементов,поступающих из атмосферы с осадками, составляют Са и 1.1с, а массы остальных металлов,кро-меЕх и Ъъ.,поступают с пылью. Ежегодно на поверхность элювиальных ландшафтов в среднем течении р.Оки поступают тысячи кг-км2 Са, сотни кг Ке , А1, десятки г/км2 к» , РЪ, '¿п и Си,едини-цы г никеля и менее грамма - кобальта.

«Го

С речным стоком ежегодно выносятся тысячи тонн таг Са,Ме , ы* л Л1, сотни кг железа, едаша^-ж" ш , десяткикг/км^п , единицы . си, Иг, ръ.Со. При этом вынос Са, к^Си ,гп ,Ма , Со происходит преимущественно в водорастворимых формах, а Ре , А1 ,рь — в составе твердого -стока. Растительность ежегодно захватывает первые тысячи кг/км2/год Са.Кп и- сотни кгра и • ' ¿1, десятки кг гп, единицы кг си ,N1 , РЪ, Со.

Расчеты показали, что для всех изученных элементов вынос преобладает над поступлением, лишь для свинца баланс положителен. Элювиальные ландаафты ежегодно теряют первые тысяча «/км2 Са, , сотни кг железа, вданзды кг марганца,единицы«г/км^ Нх » гп >С° и си . Изученные ландшафты ежегодно обогащаются свинцом в количестве нескольких^г/ю^.

вывода -

1.На основании многолетних исследований установлены количественные значения ландшафтно-геохимическшс параметров .характеризующих внутригодовую динамику химических элементов в ландаа-фтно-геохимических условиях среднего течения реки Оки. Определены уровни валовых концентраций и подвижных форм химических элементов в почвообразующих породах,почвах и растениях.

2.Сезонная динамика концентраций металлов и некоторых свойств почв изученных ландаафтов сопровождается устойчивыми колебаниями рН гумусового горизонта. Амплитуда сезонных колебаний

концентраций форм металлов, извлекаемых 1,0н. НИ,убывает вниз по профилю.

3.Концентрации Си, 1,4 , ръ, извлекаемые 1,0н.- НС1 из светлосерых лесных почв,увеличиваются в среднем в 2 раза в летний период по сравнению с весной и осенью; в дерново-слабоподзолистых - в 1,2-2,0 раза;в пойменно-луговых - в 1,5-2,0 раза.Количество обменных форм Са изменяется от 7,49-12,32 мг-экв.на 100г.почвы весной и осенью,до 6,25-9,47 летом для гумусовых горизонтов почв.

4.Установлены закономерные изменения сезонных концентраций металлов в растениях. В листьях древесных пород -отмечается снижение концентраций Ра ,гп , N1 в ряде стучаевръ иси в июле : среднем в 1,5-4,0 раза по сравнению с маем и сентябрем. Для Са, А1 , ш , Си ,Со характерно увеличение концентраций к концу вегетационного периода в 1,5-3,0 раза по сравнению с его началом.

5.Дана оценка характеру атмосферных выпадений на поверхности листовых пластинок. С поверхности листьев смывается Од -п% их массы. Кислоторастворимая часть массы смыва преобладает

над водорастворимой.Динамика последней четко коррелирует с характером выпадения осадков и уменьшается в летний период.Кисло-торастворимые формы химических элементов смыва накапливаются к осени.

Содержание у в , А1В смывах достигает десятков, а Са л -сотен мг/кг сухой массы листьев. Для рассеянных металлов этот уровень опускается до единиц ( мп . 1п), а также десятых и сотых долей мг/кг сухой массы листьев ( Си , Их , РЪ ).Установлено увеличение концентраций металлов в смывах летнего сезона.

6.Геохимическое сопряжение между различными элементарными ' ландшафтами проявляется в повышении концентраций Си , т ,. Мп ,

в растениях подчиненных ландшафтов в 1,4-4,0 раза. В почвах обг нарушены в 2 - 3 раза более высокие концентрации подвижных форм изученных металлов.

7.В условиях элювиальных ландшафтов запасы Са в фитомассе в 15 раз, % в 10 раз, Ра - в 5 раз, а1- в 8-10 раз,меди - в 4 раза больше, чем в фитомассе супераквальных ландшафтов.

Установлено, что массы металлов в опадающих частях древесных растений и надземной части травяного покрова могут изменяться на протяжении вегетационного периода в несколько раз.

8.В условиях элювиальных ландшафтов вынос металлов преобладает над поступлением за исключением свинца. Элювиальные ландшафты ежегог'О теряют первые тысячи Са, Мв , а1^лсотяй кг желе за, единиц кгМа , единицы «г/км^и , , Со и менеелг/км2Си .

9.В и^чвах малого города концентрациирь выше уровня местного фона в 3 раза, гп в 1,5-2,0 раза. Эти металлы в почвах города находятся преимущественно в виде легкорастворимых форм.. Коэффициенты аномальности рь ,со , Ке и некоторых других элементов в * тстениях города колеблются от 0,2 до 8,0. Зольность листьев т&стений города осенью в 2-2,5 раза выше, чем в естественных условиях.

В зеленых частях растений города концентрация металлов осенью увеличивается в 2-4 раза по сравнению с их концентрацией весной.

Основное содешание диссертации изложено в следующих работа^;.

I.Определение уровней содержания свинца и меди в у астениях антропогенных ландшафтов,как показателей загрязнения/Дез.докл. на Все^.науч.симпозиуме"Методы исследования антропогенных ландшафтов. Л.,1982, с.94-95 /в соавт. с Л.В.Алещукиным/.

2.Уровни содержания тяжелых металлов в растениях лесных лан- ' даафтов среднего течения реки 0ки//Проблемы геохимии в географии, геологии, почвоведении. - М.; МПШ, 1983, с.44-52. '

3.Сезонная динамика некоторых металлов в растениях лесных ландшафтов среднего течения реки Оки//Геохимичаские исследования в лесных и тундровых ландшафтах. Ы.;МПШ, 1986, с. 68-71.

4.Сезонная динамика меди и свинца, в растениях лиственных лесов/Дез. X Всес. конф."Микроэлементы в биологии и их применение- в медицине и с.-х.Чебоксары;с.99 /в соавт. с В.В.Добгпольским/. •

5.Изменение концентраций металлов в растениях вблизи малого города в центральной части ВТС/Дез.Всес. семинара"Еиогеохими- . ческие методы изучения окр. среды".Л.; 1988, с. 30.

6.Влияние малого города на загрязнение окружающей среды на , примере лесных ландшафтов//Загрязнение почв Советского Союза токсикантами пром.происхождения в 1987г.Обнинск, 1988,с.141.

7.Геохимическая экология и сезонная динамика металлов в растениях и почвах лиственных лесов среднего течения реки Оки/Дез. докл.XI Всес. конф. Микроэлементы в биологии и их применение в с.-х. и медицине. Самарканд; 1990, с. 41-43.