Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Распределение соединений азота в ландшафтах Московской области

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Распределение соединений азота в ландшафтах Московской области"

На правах рукописи

ПРИПУТИНА Ирина Владимировна

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА В ЛАНДШАФТАХ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

11.00.01 - физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в лаборатории биогеохимии агроланд-шафтов Института почвоведения и фотосинтеза РАН

Научный руководитель -

Научный консультант

доктор биологических наук В.Н.Башкин

доктор географических наук, профессор, академик РАЕН Н.С.Касимов

Официальные оппоненты:

доктор географических наук,

профессор

Н.Ф.Глазовский

кандидат географических наук, доцент И,А.Авессаломова

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт охраны природы (ВНИИПрирода) (г.Москва)

Защита состоится СЮрглЯ 1996г. в // часов

на заседании физико-географического диссертационного совета Д.053.05.29 при Московском Государственном Университете по адресу: 117234, Москва, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, ауд. //г>7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан "_ "__ШртС) 1996г.

Ученый секретарь специализированного совета:

кандидат географических наук /[ Т.И.Кондратьева

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Азот относится к элементам, биогеохимия которых существенно изменена антропогенной деятельностью. Его соединения, играющие огромную роль в создании биомассы и функционировании природных, и агрогенных экосистем, являются в настоящее время одними из основных загрязнителей атмосферы, типичными загрязнителями природных вод и сельскохозяйственной продукции (Critical loads.., 1992, Mapping .., 1994). Полифункциональность азота проявляется во многих регионах биосферы, по отношению к которым правомочно использование термина "азотная нагрузка". Для большинства территорий азотная нагрузка включает в себя атмотехногенные выпадения (сухие и влажные), применение в агроланд-шафтах высоких и сверхвысоких доз минеральных и органических удобрений, поступление азота с коммунально-бытовыми и промышленными ртходами. Активная миграция некоторых соединений азота, возможность их повышенной аккумуляции в природных Объектах и высокая взаимотрансформация могут быть причиной геохимической дифференциации территорий.

В этих условиях становится актуальным изучение реакции природных и природно-техногенных систем на различные виды поступления азотных соединений и определение для различных л'андшафтов параметров допустимой аккумуляции азота с тем, чтобы уменьшить негативные последствия нарушения природного биогеохимического круговорота этого элемента.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основной целью исследований было изучение биогеохимических особенностей поведения азота в ландшафтах Московской области с учетом полифункциональности его соединений. В соответствие с этим решались следующие задачи:

1) - провести эколого-биогеохимический мониторинг содержания азотных соединений в компонентах природных и сельскохозяйственных ландшафтов области,

2) - изучить пространственные особенности накопления минеральных и органических соединений азота в почвах и

растительности сопряженных ландшафтов, а также в поверхностных и почвенно-грунтовых водах в зависимости от природных факторов (физико-географических и ландшафтно-геохимических условий территории),

3) - выявить районы повышенной аккумуляции соединений азота в экосистемах Подмосковья и оценить влияние техногенных факторов на формирование этих зон,

4) - разработать принципы выделения геохимических районов с различным уровнем содержания азотных соединений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые проведено комплексное изучение биогеохимического распределения азота для такого сложного природно-территориального комплекса как Московская область. Показано, что трансформация биогеохимической структуры ландшафтов под воздействием антропогенной азотной нагрузки (удобрения и атмосферные выпадения) опосредуется природной организацией пространственных выделов различного иерархического уровня. Разработаны подходы к выделению геохимических районов с различным уровнем содержания азотных соединений, на основе которых выявлены территории повышенной и высокой аккумуляции азота в компонентах ландшафтов (почвах, естественной и культурной растительности, поверхностных и почвенно-грунтовых водах).

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. 1. В условиях интенсивной антропогенной нагрузки происходит нарушение природного биогеохимического цикла азота, проявляющееся в качественном и количественном изменениях составляющих его круговорота. Высокий уровень агро-атмо-техногенного поступления азотных соединений в сельскохозяйственные районы Московской области способствует образованию геохимических районов с повышенным содержанием минерального азота.

2. Природные условия являются фактором, в значительной степени опосредующим прямое техногенное воздействие и определяющим формы и интенсивность накопления соединений азота в экосистемах.

3. Геохимическая дифференциация соединений азота происходит в элементарных ландшафтах и в более сложных ландшафтно-геохимических системах.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ Актуальность темы, обусловленная необходимостью выработать количественные критерии оценки состояния компонентов окружающей среды по отношению к нетрадиционным загрязнителям, какими являются соединения азота, и необходимостью индикации зон их преимущественной аккумуляции в ландшафтах, определяет практическую значимость-данной работы:

снижение негативного экологического эффекта поступления в экосистемы значительных количеств азотных соединений,

- индикация природных объектов, в наибольшей степени чувствительных к данному виду воздействия,

возможность более рационального использования дорогостоящих минеральных удобрений в современных рыночных условиях.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Материалы, положенные в основу данной работы, получены автором при его участии в региональном мониторинге промышленных и сельскохозяйственных загрязнителей на территории Московской области, который проводился лабораторией биогеохимии агроландшафтов ИПФС РАН в 1988-1992 годах. Материалы по применению удобрений в Московской области предоставлены ПИЦ Агрохимслужбы "Московский" МСХ и П РФ. Также были использованы литературные и картографические источники.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения работы были доложены на Всесоюзной конференции "Проблемы рационального использования и охраны природной среды" (Минск, 1990); Всесоюзной школе-конференции молодых ученых "Экологические проблемы в почвоведении и земледелии" (Курск, 1991); Международном совещании по экологическому картографированию (Пущи-но, 1992); Российско-германском рабочем совещании по мо-

делированию переноса азота в ландшафтах (Пущино, 1993); Международной конференции молодых ученых "Конструирование устойчивых агроэкосистем" (Пущино, 1993); Международном симпозиуме "Ecosystem Manipulation" (Англия, 1994); Международной конференции "Global Changes and Geography" (Москва, 1995); заседании отдела агрохимии ИПФС.

По теме диссертационной работы опубликовано 17 статей и тезисов конференций.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов, изложенных на (02. страницах, иллюстрирована 16 таблицами, 19 рисунками, а также содержит 11 приложений. Список использованной литературы включает 160 наименований, включая 26 источников на английском языке.

Автор выражает глубокую благодарность за постоянную поддержку и содействие работе научному руководителю -д.б.н. Башкину В.Н. Автор очень признателен научному консультанту - профессору, академику РАЕН, д.г.н. Касимову Н.С. за советы и критические замечания во время написания работы.

Автор благодарен сотрудникам ИПФС Орлинскому Д.Б. и Абрамычеву А.Ю. за неоценимую помощь при статистической обработке данных и их компьютерное графическое представление. Автор выражает благодарность своим коллегам по лаборатории д.б.н. Учватову В.П., Русановой Т.В., Смирновой В.П. за помощь в работе и постоянную поддержку.

Автор признателен за ценные консультации и критические замечания всему коллективу кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ и особо благодарит старшего научного сотрудника кафедры к.г.н. И.П.Гаврилову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрена необходимость изучения особенностей биогеохимического цикла азота в условиях интенсивной промышленной и сельскохозяйственной нагрузки применительно к территории Московской области.

ГЛАВА 1. Техногенные изменения в биогеохимии азота и связанные с ними экологические проблемы

Основные изменения в биогеохимии азота связаны: 1) - с увеличением эмиссии в атмосферу окислов азота в результате работы тепловых электростанций и автомобильного транспорта, что ведет к качественным и количественным изменениям в химическом составе атмосферы и атмосферных выпадений и, как следствие, к негативным изменениям в экосистемах; 2) - с применением в современном земледелии высоких и сверхвысоких доз азотных минеральных и органических удобрений, геохимическое воздействие которых пространственно не ограничивается агроценозами, а распространяется на сопряженные природные системы. В диссертационной работе рассматриваются азотные соединения, которые не использованы сельскохозяйственной растительностью и накапливаются в повышенных количествах в сопряженных с агроценозами природных объектах, включаясь в звенья биогеохимических трофических цепей, что ведет к развитию ряда заболеваний человека и животных. Рассмотрены факторы, определяющие размеры и направленность этих потерь.

ГЛАВА 2, Материалы и методы исследования

2.1. Полевые исследования. Проводились в 1988-1992 годах и включали: - ландшафгно-геохттческпе исследования элементарных ландшафтов и их сопряжений -

ландшафтно-геохимических катен. Было изучено 34 катены, которые представляли собой типичные ландшафтные сопряжения и характеризовали природохозяйствеиную обстановку различных частей Московской области, а также условия миграции в них азотных соединений;

почвенно-геохиыические исследования отдельных почвенных разрезов с отбором по стандартной методике усредненных почвенных образцов по генетическим горизонтам почв или при бурении скважин по слоям глубин 0-10, 10-20, 20-40, ..., 80-100 см (в ряде случаев до глубин 140-160 см или 60-80 см при близком залегании почвенно-грунтовых вод);

- фитогеохимическое опробывание доминантной для каждого элементарного ландшафта культурной или естественной растительности;

гидрохимическое опробывание поверхностных водоисточников и почвенно-грунтовых вод (колодцев и родников);

- отбор проб снега (снежных колонок) в соответствие с существующей методикой (Глазовский и др., 1978,1989) по лучевой сети, относительно равномерно распределенной в пределах Московской области.

2.2. Методика химических анализов. Химико-аналитические работы выполнены автором в лаборатории биогеохимии агроландшафтов ИПФС РАН и включали в себя определение в почвенных, растительных и водных пробах общего содержания азота, нитратов и аммония с использованием фенолятгипохлоритной реакции в модификации Кудеярова на приборе КФК-2ПМ (Кудеяров, 1965, 1968). Проанализировано 1811 проб.

2.3 ._Статистическая_обработка_информации.

Статистическую обработку осуществляли на PC IBM-AT с использованием процедур корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов пакета SAS.

ГЛАВА 3. Природные и техногенные факторы, определяющие региональную структуру агроландшафтов

Московской области и особенности биогеохимического круговорота азота

Региональная структура агроландшафтов Московской области является результатом длительного геологического развития территории и ее активного сельскохозяйственного использования в течение нескольких столетий. Влияние на дифференциацию геохимической структуры оказывает промышленное воздействие, с которым связаны региональные и локальные поля выпадения загрязнителей (Евдокимова, 1982; Сает и др., 1991).

3.1. Геолого-геоморфологические и почвенно-геохимические условия. Геохимические процессы, происходящие в ландшафтах, и особенности трансформации в них загрязняющих веществ определяются геолого-геоморфологическим строением территории, ее почвенно-геохимическими и биоклиматическими условиями. Геолого-геоморфологические и почвшшо-геохимические условия рассматриваются в работе с уютом их влияния на распределение азота в ландшафтах области.

3.2. Структура растениеводства и агротехногенное поступление азота в Московской области. Земледелие в наибольшей степени, по сравнению с другими видами антропогенной деятельности, зависит от конкретных природных условий, в том числе, от особенностей строения бассейново-ландшафтных систем, так как различные виды сельхозугодий приурочены к определенным позициям внутри этих систем. В области активно используется в сельском хозяйстве около 41% всей площади. Растениеводство ориентировано на интенсивное (с использованием высоких и сверхвысоких доз минеральных удобрений) производство овощной продукции, картофеля и кормов. В южных районах основные площади заняты под зерновые (Божьева, 1987, 1989). Средний уровень применения азотных минеральных удобрений за 1985-1992

годы составлял 75 -100 кг И/га, достигая во многих хозяйствах 250-350 кг/га( органических удобрений вносилось в среднем 10-12 т/га. Проведено ранжирование районов по интенсивности агротехногенного поступления азота,

3.3. Атмотехногенная поставка минеральных соединений азота в ландшафты Московской области. Атмосферные осадки - мощный фактор перераспределения элементов в природе, в том числе, азота. Выявлено, что при средних величинах 0,5-2 кг ЬЖН^га в год в ряде районов области атмосферная поставка данной формы азота может достигать 3-5 кг М-ЫН^га и более (рис. 1). Максимальные величины концентраций N-N114 в снеговых водах обнаружены вблизи промышленных предприятий г.Воскресенска, в пределах 5-15 км зоны.

Рис. 1. Поступление соединений азота (кг Ы/га/год) в

ландшафты Московской области с атмосферными выпадениям (по данным снегосъемки)

Поступление азота нитратов в ландшафты исследуемой территории по нашим расчетам выше, чем соединений аммония, и составляет в среднем 5-15 кг М-ЫОз/га в год. Выделяются территории, прилегающие к основным промышленным центрам области, экосистемы которых получают за счет атмосферной поставки 15-25 кг Ы-ИОз/га в год (территории в радиусе 10-20 км от городов Подольск, Климовск, Воскресенск, Егорьевск, Можайск), а также - 2035 кг Ы-ИОз/га в год (Истра, Ступино, Одинцово, Красногорск, Каширский и Серебряно-Прудский административные районы).

Таким образом, атмотехногенное поступление азотных соединений на исследуемую территорию пространственно неоднородно. Более высокие величины поставки связаны с эмиссией соединений азота рядом крупных предприятий области. Площадь этого воздействия изменяется от нескольких до десятков квадратных километров.

ГЛАВА 4. Распределение соединений азота в компонентах природных и сельскохозяйственных ландшафтов Московской области

4.1. Соединения азота в почвах биоценозов и агроценозов Московской области. Неоднородность почвенного покрова области .и высокая геохимическая мобиль-ность азота определяют высокую вариабильность количест-венных показателей содержания его соединений в почвах, что в целом характерно для многих почвенных химических характеристик (Орлов, 1992).

Общее содержание азота в гумусовых горизонтах дерново-подзолистых и серых лесных почв, представляющих основной почвенный фон области, составляет в среднем соответственно 130-240 и 170-260 мг/100г почвы; в минеральных горизонтах - 25-40 и 30-60 мг/100г. В подзолистых почвах на севере области общее содержание ниже и изменяется от 110-160 до 40 мг N/100 г.

Доля минеральных соединений (нитратных и

аммонийных) составляет 0,5-3 % от общего содержания и практически во всех почвах значения их концентраций сопоставимы, а соотношение Ы-ЫО^/М-М^ в среднем равно 1,5-3. Наиболее высокие концентрации нитратов (до 2,5 мг/100г и выше) приурочены к верхним органогенным горизонтам, уменьшаясь с глубиной в 2-3 раза (до 0,3-1,0 мг/100г). Однако, встречается и обратное внутрипрофильное распределение, при котором максимум наблюдается на глубине 60-100 см и более. Содержание Ы-ИН4 в исследованных почвах составляло в среднем 0,55-1,5 мг/100г. Для нескольких почвенных разрезов в пределах Верхне-Волжской и Мещерской ладшафтных провинций (далее ЛП) получены более высокие значения N-1^4 и/или смещение максимума концентраций в минеральные горизонты. Это связано с преобладанием восстановительных условий в переувлажненных почвах, что ведет к аккумуляции азота преимущественно в аммонийной форме.

Выявлено уменьшение общего содержания азота и его аммонийных форм в почвах агроценозов по сравнению с почвами природных биоценозов, связанное с усилением процессов минерализации и нитрификации, а также с изъятием части вещества с урожаями. В то же время, количество нитратов в почвах агроценозов в целом возрастает, увеличиваясь как в пахотном горизонте, так и в нижних слоях почв и почвогрунтов вследствие их активной внутрипрофильной миграции.

Анализ распределения соединений азота в почвенно-геохимических катенах (рис.2) показал, что концентрации 1Ч-1ЧН4 заметно уменьшаются в почвах склонов и пойменных агроценозов по сравнению с их природными аналогами, несмотря на интенсивное использование азотных минеральных и органических удобрений под овощные культуры. Это связано с общим увеличением потребления азота сельскохозяйственной растительностью и с усилением процессов нитрификации в почвах окультуренных пойм.

мгЛООг

1вО|—

Ыобщ

160 но 120 100 во во •<0 го

почпы биоценозов

Ы-ЫИ4

почпы агроцепозов мг/100 !•

почпы биоценозов

N-N03

почвы агроцемозои

мг/ШОг

почпы биоцеиозоп

почпы пгроцепозов

Ш Э- элювиальные ландшафты Ш ТЭ- трансэлювиальные ландшафты Ш ТА- тра п сэлюп иалыю-аккумулятивные ландшафты КЗ СА- суперакпальные ландшафты

Рис. 2. Содержание соединений азота в почвах

сопряженных ландшафтов (среднестатистическое содержание в условном почвенном профиле)

Увеличение содержания нитратов в почвах агроценозов, отмеченное выше, наиболее характерно для почв элювиальных позиций, так как это основные пахотные земли и здесь высок уровень агротехногенной нагрузки. В почвах нижних частей склонов концентрации нитратов повышаются незначительно по сравнению с природными аналогами, а в пойменных агроландшафтах происходит некоторое уменьшение содержания нитратов вследствие их интенсивного поглощения растениями, вымывания и денитржрикации.

4.2. Особенности аккумуляции соединений азота в культурной и естественной растительности Московской области. Общее содержание азота в растительности биоценозов и агроценозов Московской области практически одинаково и составляет в среднем 1,65-2,75%. В сельскохозяйственных культурах содержание минеральных форм азота выше: растительностью агроценозов аккумулируется почти в 2 раза больше N-N1^4 и в среднем в 1,5 раза больше N-N03. Все виды растительности более

Ш\ Вг Вз ЕЮ* Об Об

Рис. 3. Коэффициенты биологического поглощения (Кб)

соединений азота (1- бобовые культуры, 2- овощные культуры, 3- кормовые травы, 4- естественная злаковая растительность, 5- лесное широкотравье, 6- луговое разнотравье)

активно накапливают нитраты, что увеличивает вероятность их поступления в организм сельскохозяйственных животных, а затем и человека. Для овощных культур характерна активная аккумуляция как нитратных, так и аммонийных соединений азота, что отражают рассчитанные коэффициенты биологического поглощения (рис 3).

ЕИЗ Э- элюиипльмые ландшафты

ЕШ ТЭ- траисэлгапиальные ландшафты

ш ТА- трансэлюпиально-аккумулятивные ландшафты

ез СА- суиеракиальные ландшафты

Рис. 4. Содержание соединений азота в травянистой естественной и культурной растительности сопряженных ландшафтов (среднестатистическое! содержание для условной катены)

Анализ распределения соединений азота в древесной, естественной травянистой и культурной растительности сопряженных экосистем (рис. 4) показал, что практически вся растительность нижних частей склонов может рассматриваться как биогеохимический барьер для минеральных соединений азота; исключение - пойменные агроландшафты, растительность которых аккумулирует в среднем в 2-3 раза больше N-N114, чем на водоразделах.

4.3, Азотные соединения в природных водах. Соединения азота являются в настоящее время наиболее типичными техногенными загрязнителями природных вод (Крайнов и др., 1991).

Содержание азота в поверхностных водах Московской области изменяется от менее 0,01 до 15 мг Ь1/л, составляя в среднем 2-4 мг 1Ч/л. На большей части исследованной территории в водах рек преобладают минеральные формы азота. Исключение составляют поверхностные воды Верхне-Волжской каскадно-водосборной системы (далее КВС), в которых на долю органических соединений приходится до 40% от общего содержания азота. В среднем по области концентрации аммонийного азота не превышают 1 мг/л, но есть реки, в водах которых содержание N-N1^4 выше ПДК (2 мг/л). Значения концентраций N-N03 в водах рек в среднем составляют 1,0-2,6 мг/л, однако, могут достигать 10-12 мг/л.

Анализ содержания азотных соединений в поверхностных водах по сезонам года выявил более высокие значения концентраций минеральных форм в зимний и весенний периоды,, когда замедлено потребление ■элементов питания водной биотой. Летом в водах рек происходит увеличение общего содержания азота за счет органических соединений.

Анализ содержания соединений азота в почвенно-грунтовых водах области, используемых в сельской местности в качестве хозяйственно-питьевых, выявил максимальные по области значения растворенного аммония (в среднем около 1 мг Ы-М^/л) в водах Клязьменской

каскадно-водосборной системы (далее КВС) в ее Мещерской части. Сезонная динамика аммонийного азота в почвенно-грунтовых водах аналогична изменениям в поверхностных водах.

В 42 водоисточниках из 352 опробованных концентрации нитратов превышали ПДК (10 мг Ы-МОз/л), а в 14 - были выше 7,5 мг Ы/л, что является потенциально опасным. Северные и восточные районы области (Верхне-Волжская и Клязьменская КВС) более "чистые". В Москворецкой КВС концентрации нитратов выше ПДК обнаружены в 18% водоисточников, а в Окской - в 13%. Анализ распределения концентраций нитратов в почвенно-грунтовых водах, в зависимости от глубины (рис. 5) показал, что наибольшие значения приурочены к глубинам 3-10 и более метров, а для Окской КВС средние значения на этих глубинах превышали ПДК. Увеличение концентрации нитратов происходит осенью, что связано с более интенсивным вымыванием из почв вследствие уменьшения их потребления биотой по сравнению с летним периодом.

О 2 А в 8 10 12. 14 16

Глубины - Искзм ШЭЗ-10М ШЁЗиом 1Ч,/Л

Рис. 5. Содержание соединений азота в почвенно-грунтовых водах (среднестатистическое содержание по глубинам): 1 КВС - ВерхнеВолжская, 2 КВС - Москворецкая, 3 КВС - Окская, 4 КВС - Клязьменская

ГЛАВА 5. Пространственный анализ распределения соединений азота в ландшафтах Московской области

5.1. Принципы пространственного анализа распределения соединений азота. Анализ пространственного распределения соединений азота проводился нами на основе методических принципов, разработанных в геохимии ландшафтов, с использованием методов статистической обработки экологических баз данных ( Перельман, 1955; Глазовская, 1976, 1988, 1992; Дмитриев, 1972; Глазовский, 1976; Батоян, 1986; Авессаломова, 1986; Касимов, 1988; Батоян и др., 1989; Кочуров и др., 1993; Снакин и др., 1993: Касимов и др., 1995). В ходе дисперсионного анализа природные и административно-хозяйственные выделы рассматривались в качестве факторов структурирования. Наименьшим пространственным выделом был выбран "вид ландшафта" (Анненская и др., 1987). Рассматривалось также влияние природных условий и показателей азотной нагрузки. Наличие достоверных разли-чий между факторами проверялось по непараметрическому критерию Дункана (SAS, 1991), что позволило выявить достоверность различий по выбранным факторам в зависи-мости от иерархической соподчиненное™ и пространствен-ного распределения выделов.

При пространственном анализе распределения минерального азота в компонентах природных и агротехногенных экосистем рассчитывались средние для области значения концентраций азотных соединений в природных объектах (чаще в виде интервала значений). Сравнение содержания N-NO3 или N-NH4 для конкретных ландшафтных выделов оценивалось как повышенное, среднее или пониженное. Для оценки содержания нитратов в почвенно-грунтовых водах проводилось сравнение с ПДК.

5.2. Пространственное распределение соединений азота в ландшафтах Московской области. Повышенное увлажнение, слабо расчлененный рельеф, легкий гранулометрический состав почв и слоистость отложений, а также

близкий к поверхности уровень почвенно-грунтовых вод определяют преобладание в ландшафтах Московской Мещеры восстановительных условий и, как следствие, повышенное содержание обменного аммония в болотно-подзолистых почвах природных биоценозов. В почвах пашен эти величины несколько уменьшаются, но остаются выше средних по области. Природные условия определяют и тесную геохимическую связь между концентрациями 14-N1^4 в почвах и почвенно-грунтовых водах, особенно в восточных районах. Концентрации аммония в поверхностных водоисточниках также повышенные. Однако, фитогеохимическая аккумуляция аммонийных соединений выражена слабо. Для большинства видов характерно пониженное, реже среднее, содержание.

Другую пространственную группу образуют виды ландшафтов северо-восточной части Москворецко-Окской ландшафтной провинции. Для них характерна повышенная аккумуляция N-N114 в почвах биоценозов и агроценозов за счет высокого уровня применения удобрений, В отличие от Мещерской ЛП, аккумуляция Ы-ЫН4 в почвах сопровождается повышенной аккумуляцией в растительности и в поверхностных водах. Концентрации аммонийных соединений на остальной части этой ЛП средние или пониженные.

Низкие величины содержания обменного аммония характерны для почв Верхне-Волжской ЛП - подзолистых, дерново-сильноподзолистых и болотно-подзолистых почв и их пахотных аналогов. Более высокие концентрации N-N44 обнаружены в почвах экосистем Лотошинской равнины, но' и они не превышают средние по области значения. В то же время, выявлена активная фитогеохимическая аккумуляция аммонийных соединений в культурной и естественной растительности. Аккумуляция N-NN4 в почвенно-грунтовых и поверхностных водах, в отличие от схожей по природно-геохимическим условиям Мещеры, менее выражена и имеет близкие к средним по области значения.

Смоленско-Московская, Заокская и Среднерусская ЛП в

целом характеризуются промежуточными, по сравнению с рассмотренными выше, величинами содержания N-N1^4 в компонентах экосистем.

Картина пространственного распределения нитратов в ландшафтах области отличается от распределения аммонийных соединений. Максимальные величины содержания практически во всех природных компонентах характерны для ландшафтов Москворецко-Окской провинции, особенно в центральных и восточных районах. Высокие концентрации в почвах определяют повышенную аккумуляцию нитратов в естественной и культурной растительности и в природных водах этой ЛП.

В отличие от Москворецко-Окской, Верхне-Волжская провинция и северо-восточные районы Смоленско-Московской ЛП характеризуются низким содержанием нитратов практически во всех компонентах ландшафтов; исключение - повышенные концентрации в культурной растительности интенсивно используемой в

сельскохозяйственном производстве Лотошннской равнины.

Западные и центральные районы Смоленско-Московской провинции имеют контрастные показатели содержания нитратов в природных компонентах. Для западных районов получены повышенные значения N-N03 в почвах и растительности. Содержание нитратов в водах рек и в почвенно-грунтовых водах низкое на севере и среднее в центральных районах.

Для Мещерской провинции характерно пониженное содержание N-N03 практически во всех исследованных почвах и пониженное или среднее - в растительности; исключение - повышенные концентрации нитратов в растительности интенсивно удобряемых пойменных агроценозов 44-го выдела. Почвенно-грунтовые и поверхностные воды данной ЛП содержат средние или пониженные концентрации нитратов, но в поверхностных водоисточниках Окской КВС обнаружено их повышенное содержание, что может быть связано с интенсивным использованием удобрений в хозяйствах этой территории.

Заокская часть области характеризуется средними показателями содержания нитратов в почвах, а также средними или пониженными - в растительности. Латеральная склоновая миграция, усиливаемая высокой распаханностью территории, определяет повышенное содержание нитратов в поверхностных водоисточниках; концентрации в почвенно-грунтовых водах - средние или пониженные.

Таким образом, для территории исследования характерна сложная картина пространственного распределения соединений азота в ландшафтах, являющаяся результатом исторически сложившейся направленности геохимических потоков азота и пространственной неоднородности ого техногенного поступления.

5.3, Геохимические районы с различным уровнем содержания соединений азбта. На основе методов экспертной бальной оценки рассчитывались суммарные индексы интенсивности аккумуляции соединений азота в экосистемах различных видов ландшафтов (отдельно для нитратов и аммонийных соединений), что позволило ранжировать существующую геохимическую ситуацию (таблица). Для каждой из форм было определено три уровня интенсивности, соответствующие особенностям накопления азотных соединений в компонентах ландшафтов. Затем составлялась матрица, в которой нашли отражение все сочетания геохимической обстановки, и выделялись геохимические районы (рис. 6). Сравнение полученной схемы с природными условиями территории и с особенностями техногенной нагрузки азота позволило оценить влияние природно-техногенных факторов на их формирование.

Фрагмент таблицы расчета уровней интенсивности аккумуляции соединений азота в ландшафтах Московской области.

Вид Интенсивность аккумуляции Сум- Уро-

ланд- (в баллах') марный вень ■

шафта Биогео- Гидрогео- индекс интен-

химическая химическая интен- сивнос-

в в в поч- в сивнос- ти

почвах расти- венно- поверх- ти аккуму-

тель- грунто- ност- ляции

ности Ш.1Х йодах ных подах

Нитраты

36 3 3 3 3 12

20, 28 3 3 3 2 11 I

39 2 3 4 2 11

34 2 1 4 3 10

2 1 1 3 3 8

8, 32 3 3 1 1 В

45 1 2 2 3 В II

29 2 1 3 2 В

3, 5 2 2 1 3 В

10 1 3 1 2 7

23 2 2 2 2 В

11,12,59 1 1 2 2 6

19 1 2 2 1 6

43 2 1 1 2 6 Ш

25 1 2 1 2 6

49, 56 2 1 1 1 5

22, 46 1 2 1 1 5

' повышенная аккумуляция - 3 балла, средняя - 2, пониженная -1, содержание нитратов и почвенно-грунтопих водах нише ПДК оцспинастся как 4 балла

Иитсисншюсть ^аккумуляции и ^^N-N03 Итон- сшшость кумуляции N-N11.1 Высокая (1) Повышенная |П) Умеренная (III)

Поимшспипя (1) ^Лч ■ " ■ 'ХЧ'^ХХХ

Умеренная (2) ><ЙХ>у

Слабая (3) | (1 НМ "1])|[||'|| ' I 1|,[ ' /?1'Д|1|М|'

Рис. 6. Схема ландшафтно-геохимического районирования Московской области по интенсивности аккумуляции соединений азота

ЗАКЛЮЧЕНИЕ и ВЫВОДЫ

Эколого-биогсохимический мониторинг содержания соединений азота в компонентах естественных биогеоценозов и агрогеоценозов Московской области выявил сложную пространственную картину их распределения. Она является следствием разнообразия сочетаний природных условий и азотной нагрузки, складывающейся для сельскохозяйственных территорий области из атмосферной поставки и поступления с азотными минеральными и органическими удобрениями.

1. Аккумуляция минеральных соединений азота происходит не только на биогеохимических барьерах в растительности и органогенных горизонтах почв, но и в минеральных горизонтах почв, почвообразующих породах, поверхностных, почвенно-грунтовых и снеговых водах.

2. Методом интегральной оценки выделены геохимические районы с различной интенсивностью аккумуляции нитратов и аммонийных соединений в компонентах ландшафтов.

Районы повышенной аккумуляции аммонийных соединений азота в почвах и природных водах на востоке и северо-востоке области связаны с природными условиями: повышенным увлажнением, преобладанием

восстановительных геохимических условий, легким гранулометрическим составом почв и слоистостью флювиогляциальных и древнеаллювиальных отложений.

Формирование геохимических районов с повышенной аккумуляцией нитратов в компонентах ландшафтов в центральной и юго-восточной части области связано с комплексной атмо-агротехногенной азотной нагрузкой: повышенной атмосферной поставкой - более 20 кг Ы/га/год (на фоне средней по области величины 5-10 кг/га/год) и наиболее интенсивным в масштабах области уровнем применения азотных минеральных удобрений (в среднем по административным районам - более 90 кг/га).

С интенсивным сельскохозяйственным производством

связана повышенная литогеохимическая аккумуляция нитратов в почвах и фитогеохимическая аккумуляция аммонийных соединений и нитратов на северо-западе области - в районе Лотошинской равнины.

Высокая гидрогеохимическая и биогеохимическая аккумуляция обеих форм азота в Ленинском и Люберецком районах связана с максимально высокой техногенной нагрузкой, при которой процессы нитрификации и денитрификации не справляются с масштабами поступления азота в ландшафты.

3. В бассейновой системе стока, объединяющей бассейн р.Москвы (в нижнем течении) и р.Оки, происходит нитратное загрязнение ландшафтов.

На фоне общего обеднения почв сельхозугодий соединениями азота в пахотных аналогах дерново-подзолистых и серых лесных почв Москворецко-Окской и Заокской ЛП установлены концентрации нитратов в 1,5-2 раза выше средних по области. Латеральная склоновая миграция определяет перераспределение азотных соединений в почвенно-геохимических катенах и максимально высокие концентрации минерального азота в почвах нижних частей склонов.

Фитогеохимическая аккумуляция азота наблюдается одновременно в культурной и естественной растительности. Растительность нижних частей склонов представляет собой линейный биогеохимический барьер для минерального азота. Во всех естественных видах растений и сельскохозяйственных культурах в наибольшей степени аккумулируются нитраты - коэффициенты биологического накопления от 150 в бобовых до 200-250 и выше в злаковых травах и корнеплодах.

Наиболее опасна гидрогеохимическая аккумуляция нитратов в почвенно-грунтовых водах центральных и восточных районов Москворецко-Окской ЛП, связанная с их повышенным содержанием в почвах и обусловленная возможностью активной радиальной миграции в песчаных и супесчаных почвообразующих и подстилающих породах.

Концентрации нитратов в 1,5-2,5 раза выше ПДК обнаружены в более чем 15% водоисточников. Практически все поверхностные воды Окской КВС характеризуются повышенной аккумуляцией нитратного азота.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Экологически оптимальная биопродуктивность агро-ландшафтов // Экспериментальная экология. М.: Наука, 1991. с. 214-246 (с Башкиным В.Н., Учватовым В.П., Лучицкой О.А., Козловым М.Я., Волошиной О.Н., Головниной Н.О.).

2. Эколого-агрогеохимическое районирование Московской области // Химизация сельского хозяйства. 1991. N 9. с.6-10 (с Башкиным В.Н., Сороковиковой Н.В.).

3. Эколого-агрогеохимическое районирование Московской области. Пущино, ОНТИ НЦБИ, 1992. 170 с. (монография, коллектив авторов).

4. Эколого-биогеохимическое районирование Московской области // Биогеохимические основы экологического нормирования. М.: Наука, 1993. с. 24-36 (с Орлинским Д.Б., Башкиным В.Н.).

5'. Использование геоинформационных и экспертно-моде-лирующих систем для эколого-биогеохимического районирования Московской области //География и природные ресурсы. 1993. N4. с.28-37 (с Козловым М.Я., Башкиным В.Н.).

6. Assessment of nitrogen and sulphur critical loads on ecosystems of European part of Russia // Calculation and mapping of critical loads in Europe. Status report 1993. Coordination Center for Effects. 1993. p.102-112 (с Башкиным B.H., Козловым М.Я., Абрамычевым А.Ю.).

7. Assessment of toxic substances distribution in water fluxes using geographical information systems (GIS). Alan R.Dutton (Ed). Toxic substances and the Hydrological Sciences, Minneapolis, 1994. p.377-386 (с Козловым М.Я.., Башкиным B.H.).

8. Risk Analysis and Assessment of Agrochemical life cycles for preventing natural water pollution // Proc. AIH Annual Conf., Austin, April 10-13; Toxic Substances and the

Hydrological Sciences, Minneapolis, USA, 1994. p. 396-407 (c Башкиным B.H., Галиулиным P.B., Евстафьевой E.B., Козловым М.Я., Орлинским Д.Б., Васильевой Г.К.).

9. Nitrogen fertilizers as a manipulating factor for agricultural and natural ecosystems // Ecosystem Manipulation Experiments: scientific approaches, experimental design and relevant results / Eds. AJenkins, R.C.Ferrier and C.Kirby. Ecosystems research report No 20. ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxembourg, 1995. p.65-66 (с Башкиным B.H.).

А также тезйсы 8 конференций, включая 4 международных.

II.03.96 г. Зак.6928Р. Тир. 100 экз. Усд.печ.д. 1,5 Отпечатано на ротапринте в 0НТИ ПНЦ PAII