Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геохимия агроландшафтов юга европейской части России

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Геохимия агроландшафтов юга европейской части России"

2 4 ФЕВ 1007

На нравах рукописи

СЕРИКОВ Владимир Николаевич

ГЕОХИМИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ ЮГА ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

Специальность 11.00.01 - физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических паук

Москва 1997

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте геохимии биосферы Ростовского государственного университета и на кафедре Охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов Кубанского государственного технологического университета.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор АЛЕКСЕЕНКО ВА

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор ДОБРОВОЛЬСКИЙ В.В.

доктор геолого-минералогических наук, профессор ПЕРЕЛЬМАН А.И.

Ведущая организация - Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН.

Защита состоится " Ао- .....1997 г. в часов

на заседании Диссертационного Совета К 053.01.18 в Московском педагогическом государственном университете имени В.И. Ленина по адресу: 129243, Москва, ул. Кибальчича, дом 16, географический факультет, 3 этаж, ауд. 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИГУ имени В.И. Ленина по адресу: 119882, Москва, ул. Малая Пироговская, дом 1.

Автореферат разослан 1997 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

И.В

ВВЕДЕНИИ

Актуальность тем Рост промышленности и нятенеявнов развитие сельского хозяйства приводят к значительному поступлению я довольно быстрой концентрации в агроландшафгах большого комплекса тяжелых металлов. Особо следует отмстить, тго рассматриваемый процесс охватывает крупные регионы. Сложный процесс миграции и концентрации тяжелых металлов в их пределах определяется хозяйственной деятельностью и пока недостаточно изучен.

Для решения фундаментальных проблем миграции и концентрации тяжелых металлов в условиях все возрастающего антропогенного воздействия, а так же для решения ряда прикладных задач, необходимо накопление данных о распределении тяжелых металлов в различных частях геохимических ландшафтов н в первую очередь в почвах, являющихся "геохимическим центром" ландшафта. В связи с этим, актуальными становятся исследования, проводимые в пределах крупных регионов (своеобразных биосферных структур), с целью изучения закономерностей распределения (перераспределения) н концентрации тяжелых металлов в почвах агродандшафтов. Решение этих проблем составляют основу настоящей работы.

Цель и задачи работы. Целью данной рабега является изучение особенностей формирования агролаядпюфггов юга европейской часта Росснн; влияния природных и техногенных факторов на миграцию и концентрацию в юс почвах тяжелых металлов; применения мепгодов геохимии ландшафта для контроля и комплексной оценки состояния агроланд— шафгов крупных регионов.

Для достижении поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить основные особенности формирования агролзндшафтов юга европейской части России.

2. Изучить влияние основных техногенных факторов на распределение, тяжелых металлов в почвах агролаядшафтов.

3. Изучить влияние основных внешних природных факторов на распределение (перераспределение) тяжелых металлов в почвах arpo— ландшафтов региона,

4. Охарактеризовать распределение тяжелых металлов в почтк агроландшафтов в регионе, в целом.

Фактический материал. В работе использован фактический материал комплексной лацдшафгао—геохимической экспедиции Ростовского госуниверснтега, проводившей исследования в пределах Нижнего Дона и Северного Кавказа, а гак же результаты полевых исследований по телам, выполненным в рамках государственной программы "Экологическая безопасность России" и межвузовской программы "Университеты России", проект "Экогеохимия", но которым автор являлся ответственным исполнителем.

Вклад автора в решение данной проблемы состоит в разработке программы исследований, в личном и под его руководством проведении полевых .наблюдений, отборе и обработке проб, систематизации и интерпретации полученных донных, обобщении собственных и литературных данных, составлении карты геохимических ландшафтов юга европейской части России, масштаба 1: 1 ООО ООО,

Научная новизна работы состоит в том, что впервые в целом для крупного региона дона ландшафтно—геохимическая характеристика агроландшафтов и на ее основе изучена закономерность распределения (перераспределения) и концентрации тяжелых металлов в почвах агроландшафгов, охарактеризованы основные внешние природные и техногенные факторы, определяющие их миграцию в почвах.

Защищаемые положения:

1. Принципы, заложенные в классификации геохимических ландшафтов, используемой в работе, позволили разделить в регионе (в масштабе I : 1000000) агроландшафты, со статистически значимыми отличиями в распределении тяжелых металлов в почвах — Мо (в 8 раз), Сг (более 5 раз), Си, РЬ, N1 (более 4 раз). Мп. V. Со. Ва (более 3 раз); 2п (в 2.8 раза),

2. Общей геохимической тенденцией перехода природных ландшафтов в техногенные агроландшафты является накопление в пахотном горизонте почв 7x1, РЬ, №, V, Мо при определенном выносе Мп, Со, Ва. И.

Активные антропогенные процессы усиливают эти тенденции. Образование мелиорируемых ландшафтов, (на месте богарных пашен! приводит к относительному накоплению Сг, Ба, V, РЬ, Жа и выносу N1 и Си. Формирование агроландшафтов многолетних культур привело к относительному возрастай» в почвах Си (в 2,3 раза), Мп (в 1.3 раза), РЬ (в 1,2 раза), при одновременном уменьшении концентраций Мо (в 1.5 раза), № ( в 2 раза).

3. Техногенные геохимические процессы в регионе осложняются воздействием природных факторов. Отмечается тенденция к уменьшению концентраций, рассматриваемых элементов в верхнем пахотном горизонте почв, расположенных на склонах, и относительное накопление в нижних частях. Воздушная эрозия способствует накоплению РЬ (в 2 раза), Сг (в 1.6 раза), № и Мп (в 1.3 раза), Си, гп. V (в 1.2 раза). В ландшафтах гадрокарбонатно—натриевого класса происходит накопление Хп, Мп. V. Сг, Ва, При прочих равных условиях увеличиваются содержания Си. 2п. Мп. №.

V и Сг в агролаидшафтах с делювиальными отложениями четвертичного возраста, а в агролаидшафтах с почвообразующнмн лиманными и морскими отложениями четвертичного возраста уменьшаются содержания Си. Мп, №,

V и Ба.

4. Способ и интенсивность ведения сельскохозяйственных работ последние десятилетия определялись административным делением территорий. Это отразилось на увеличении концентраций тяжелых металлов в почвах агроландшафтов Краснодарского и Ставропольского краев по сравнению с

аналогичными ландшафтами Ростовской области (Мо в 2—3 рам: ¿п и РЬ в 1,5—1,7 раза; Си н Ув 1,3—1,5 раза).

Практическая значимость работы определяется возможностью использования результатов исследований для комплексной оценки состояния агроландпгафтов региона, нанесенного им ущерба в процессе хозяйственной деятельности; разработки рекомендаций по устранению имеющегося загрязнения и недопущению нового: паспортизации сельскохозяйственных территорий и составления государственного кадастра земель; поисков месторождений полезных ископаемых геохимическими методами. Эти работы по существу являются первой стадией регионального эколого—геохимического мониторинга агролацдцифтов юга европейской части России.

Материалы исследований используются в учебном процессе в КГТУ при чтении специальных курсов.

Апробация работы. Отдельные положения диссертации докладывались, обсуждались и опубликованы в тезисах докладов различных совещаний, конференций, симпозиумов; IV Всесоюзное совещание. Ужгород, 198Я; Международная конференция, Чита, 1990; Международная конференция по оценке источников загрязнения морей, омывающих СНГ, Севастополь, 1992; Международный конгресс "Спасение Черного моря", Сочи, 1992; Всероссийское совещание "Азрокосмяческне методы при геоэкологическом картографировании и ведения мониторинга", Москва, 1993; IV Объединенный международный симпозиум по проблемам прикладной геохимии, посвященный памяти академика Л.БЛаусояа, Иркутск Л 994; 1 Международное совещание "Геохимия биосферы", Новороссийск. 1994; Всероссийское совещание "Антропогенное влияние на биорессурсы и пути восстановления водных экосистем". Ростов—на—Дояу, 1994; Сессия АЕН РФ Фундаментальные и прикладные вопросы естественных наук, Махачкала 1994; Всероссийская научно—практическая конференция "Региональная политика в современной России", Краснодар, 1995. Международный симпозиум "Тяжелые металлы в окружающей среде", Пухцино, 1996.

Диссертационная работа выполнена по программе "Соросовские аспиранты".

Результаты исследований опубликованы в 17 работах и вошли в 12 научных отчетов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, общим объемом 120 страниц, в том числе 13 таблиц и 12 рисунков. Список использованной литературы содержит 132 наименования.

Автор выражает свою глубокую признательность и искреннюю благодарность научному руководителю заслуженному деятелю науки я техники

РФ, академику АЕН РФ, профессору В. А. Алексеенко за практическую помощь, всестороннее внимание и огромное терпение.

Особая благодарность коллегам по работе Алексеенко Вал. Ап, Дьяченко В. В., Клепферу О. Е., Мелеятьеву В. Е„ Малыхину Ю. А., Хованскому Л. Д., Япшну В. Д. и другим сотрудникам, на разных этапах участвовавших в проведении полевых работ.

1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ Научно—исследовательские рабогы проводились на территория юга европейской части России, включающей Ростовскую область. Краснодарский и Ставропольский края, общей площадью более 260 тыс. кмЯ группой сотрудников Ростовского госуниверситета под руководством В. А. Алексеенко ( в настоящее время НИИ Геохимик биосферы ).

Методика исследований базировалась на теоретических разработках, учитывающих основные методологические принципы геохимии ландшафта, освещенные в работах Б. Б. Полынова (1938.1956), А. И. Перельмана (1955,1975), М. А. Глазовской (1964), Б. А. Алексеенхо (1989,1990) и теории геохимических методов поисков рудных месторождений полезных ископаемых по вторичным ореолам рассеяния.

Основные принципы классификации геохимических ландшафтов, созданной А. И. Перельманом , послужили основой для нового направления — ландшафтно—геохимического картографирования. Значительный вклад в области классификации геохимических ландшафтов и практического использования учения о геохимии ландшафта дрн поисках месгомо^еденяй полезных ископаемых и охране окружающей среды внесли такие исследователи, как В, А. Алексеенко, Л. В. Адсщукнн, Е. И. Борнсенко, А. В. Гедымян, И. И, Гетмановский, М. А. Глазовская, Н. Ф. Глазовский, В. В. Добровольский, В. В. Иванов, Н, С. Касимов, Е. М. Квятковскнй. А. А. Ковалевский, В, К. Лукашев, А. Е. Миропшиков, Б. Ф. Мицкевич, Б. И. Морозов, И А Морозова, Н. Ф. Мырлян, В. А Николаев, Л. Н. Овчиников, А. И. Перельман, В. В. Полнкарпочкнн, Н. А. Росляков, Ю, Е. Сает, Г. Б. Свешников, Н. П. Солнцева, Е. П. Сорокина. В. Б. Сочава, А. Д. Хованский, Н. К. Чергко, Ю. В. Шарков и др.

В процессе исследований, на всей изучаемой площади, по единой методике проведены лацдшафгно—геохимическое картирование и лито— химическое опробование в масштабе 1 : 500000 — Í : 1000000. Пробы отбирались из верхнего горизонта почв. В пределах основных геохимических ландшафтов детально опробовался весь почвенный разрез. Всего отобрано более 5000 проб. Все пробы подвергались полуколнчественному спектральному анализу. Количественный спектральный анализ выполнен в 180 пробах. Химический анализ водных вытяжек из почв выполнен в 900 пробах." Результаты лабораторных исследований (в первую очередь нолуко— лнчественного анализа) подвергались статистической обработке с учетом ландшафтно—геохимических особенностей региона.

При количественной оценке изменений концентраций химических элементов в почвах агроляндшафтов, расположенных в различных ландтафтно —геохимических условиях, в расчет принимались только средние (фоноЕые) содержанки элементов е конкретном геохимическом ланддпафтс. Это позволило исключить случайные факторы при изучении общей закономерности распределения тяжелых металлов в почвах агролаяддгафтов, рассматриваемого решена.

2. ЛЛНДШАФТНО - ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧАЕМОГО РЕГИОНА Выделение отдельных геохимических ландшафтов и составление ландшафтно—геохимической карты региона (масштаба—1:1000000) проводилось в соответствии с классификацией, основанной на объединении ландшафтов на классификационных уровнях (В, А. Алексеенко. 1939). Всего выделен 171 геохимический ландшафт.

На нервом таксономическом уровне выделяются абиогенные, биогенные (природные) и техногенные ландшафты, К абиогенным ландшафтам отнесены ледники Кавказа. В регионе они занимают площадь около 50 км2. Биогенные (природные) ландшафты занимают менее 22%. а техногенные — более 78% территории изучаемого региона.

На втором уровне биогенные (природные) лацдшафты(в масштабе не— следований) разделяются на группы: леса (18% площади региона), луга (менее 2%), степи (менее 2%), и болота (менее 1%). В группе лесных ландшафтов выделены лиственные, смешанные н хвойные леса. Ландшафт™ лугов, представлены пойменными и альпийскими. .Ландшафты степей и болот более дробному делению не подвергались.

Классификация техногенных ландшафтов на втором уровне ведется с учетом особенностей техногенной миграции, разнообразие и интенсивность которой напрямую зависит от основного вида природопользования. В регионе, в масштабе исследований, выделены агроландтафты, лесотехнические, искусственных водоемов и селитебные ландшафты.

Агроландшафты занимают более 15% площади региона я рааделядагся на полеводческие и животноводческие. Первые—занимают около 89% площади агроландшафтов, среди них преобладают ландшафты с севооборотом однолетних культур. Они разделены на мелиорируемые н яемелноряруеиые. Мелиорируемые ландшафты разделены на орошаемые и периодически заливаемые.

Животноводческие ландшафты представлены ландшафтами пастбищ н сенокосов, на их долго в регионе приходится около 8 % территории.

Аесотелашческие ландшафты объединяют территорию лесопосадок.

Селитебные ландшафты представлены населенными пунктами.

Ландшафты искусственных водоемов представлены водохранилищами.

На третьем классификационном уровне, все ландшафты, выделенные в исследуемом регионе, разделяются на классы. В целом для почв регнона

характерна слабощелочная или нейтральная среда. Основную площадь региона занимают агроландгшдфты, отнесенные к гидроклрбонатно— кальциевому (Са2+, НСОз-) классу. На севере региона отдельные ландшафты болот и лугов отнесены к сульфатно—хлориддо—натриевому (N3+ ,С1~,5042~) классу. На юге — к гидрокарбонатно—кальцнево— натриевому классу (Са2+. Ма+. НСОд-).

На четвертом классификационном уровне, с учетом геоморфологических особенностей региона, ландшафты объединены в элювиальные, трансэлю— виалыше. трансаккумулятивные, транссупераквальные, расположенные в равнинных областях, низко—средне и высокогорье. Большая часть агро— ландшафтов региона расположена в пределах равнинной области. Здесь рельеф слдборасчлененный и переходы между различными ландшафтами плавные.

На пятом уровне учтены особенности миграции и соотношение элементов, поступающих в ландшафт ог постоянного природного источника — горные породы и их коры выветривания. В большинстве случаев эти особенности определяются минералога—геохимической характеристикой потаообразующих пород, с учетом этого, ландшафты разделяются по лито— логическому составу и возрасту ночвообразукицих горных пород Б пределах агроландшафгов развиты карбонатно — террягешше и терригенные отложения каменноугольного, юрского, мелового, палеогенового и неогенового возраста, а так же различные по составу четвертичные отложения.

3. влияние основных антропогенных факторов на распределение тяжелых металлов в ПОЧВАХ АПЮЛАЦДШАФТОВ РЕГИОНА

При современном развитии антропогенных процессов ъ регионе, отмечается тенденция к концентрация в почвах агроландшафгов таких металлов как 2п, РЬ, N1, V, Мо н к уменьшению концентраций таких элементов как Мп, Со, Ва, И. Дальнейшее увеличение степени антропогенной нагрузки, может усиливать этот процесс. Тенденцию изменений фоновых концентраций тяжелых металлов при изменении антропогенной нагрузки на агролацдшафгы можно проследить на примере полеводческих и животноводческих ландшафтов. В богарных пашнях, относительно пастбищ и сенокосов, находящихся в аналогичных ландшафтно—геохимических условиях, в подавляющем большинстве случаев отмечается повышение в почвах содержаний гп, РЬ, N1, V, Си и уменьшение Мп, Со, Ва.

Мелиорируемые орошаемые и периодически заливаемые (рисовые чеки) ландшафты часто создаются в регионе на месте транссупераквальных богарных пашен. Их образование, при прочих равных условиях, приводит к относительному накоплению Сг, Ва, V, РЬ, Тл\ и одновременному выносу N1 и Си. Мп интенсивно накапливается в орошаемых ландшафтах и в то же время выносится в рисовых чеках. Концентрация Со в почвах, рассматриваемых. ландшафтов, практически не изменяется и лишь отмечается надна—

чительный вынос его в орошаемых ландшафтах. Влияние техногенных фак— торов на изменение концентраций тяжелых металлов в почвах агроланд— шафтов региона прослеживается и при сравнении средних содержаний в почвах полеводческих ландшафтов с севооборотом однолетних и многолетних культур (виноградники). Здесь особенности ведения сельскохозяйственных работ отразились в резком увеличении концентраций Си ¡в 2.3 раза) в ландшафтах многолетних культур (виноградники). В почвах этих ландшафтов отмечается незначительное увеличение концентраций Мп в 1.3 раза ; РЬ в 1.2 раза; Zxl. V и И в 1,1 раза, при одновременном уменьшении концентраций Мо в 1,5 раза; № в 2 раза; Сг, Со и Ва в 1.1 раза.

Применение избыточных количеств удобрений может приводить к изменению физико-химических условий миграции тяжелых металлов в почвах т.е. к изменению их подвижности к доступности растениям. Так в Ростовской области было установлено увеличение содержаний тяжелых металлов в подвижной, легко растворимой форме по отношению к их валовому составу в почвах немелнорнруемых ландшафтов в сравнении с почвами ландшафтов лугов (в % от валовых содержаний); РЬ (соответственно) 7.4— 0,35; Сг — 0,7—0,1; Со — I,«—0,3; — 5.1— 4,5; Мо — 4,3—1,9; Си - 0,9-0.1 и уменьшение Мп - 0.01—0,01, и N1 - 1,6-4,0. Таким образом, процессы влияющие на распределение (перераспределение) тяжелых металлов в почвах полеводческих ландшафтов региона, во многом зависят от способа и интенсивности ведения сельскохозяйственных работ. А, они, последние десятилетия определялись административным делением территории и этот факт часто становился определяющим. Это подтверждается разлитием в средних ¿фоновых) содержаниях тяжелых металлов в почвах одинаковых полеводческих лйггдпмфтпв Ростовской области, Краснодарского и Ста в |>оп ольского краев Б немели— орирусмых ландшафтах Ставропольского края средние содержания Со к Т: увеличены в 1,2 раза. Сн, Мп и N1 в 1,3 раза, Ба в i,4 раза, V в 1,5 раза, 2п я РЬ в 1,6 раза, Сг в 2 раза, Мо в 3 раза. В Краснодарском крае в почвах »тих ландшафтов относительно увеличены средние содержания N1, Со, П и Ва в 1,2 раза, Си в 1,3 раза, V в 1,4 раза, Мп, Сг и 2л в 1,5 раза, РЬ в 1,7 раза, Мо в 2 раза. Таким образом, прослеживается тенденция к увеличению средних содержаний тяжелых металлов в почвах полеводческих ландшафтов Ставропольского и Краснодарского краев по отношению к аналогичным ландшафтам Ростовской области. Приведенные примеры показывают, что определяющее влияние га изменение концентраций в почвах полеводческих ландшафтов тяжелых металлов, т.е. на геохимическую дифференциацию рассматриваемых территорий, оказывает антропогенная деятельность. Еще одним подтверждением этих положений могут служить данные, отраженные на геохимических профилях, пройденных "в крест" административных границ сопряженных территорий Ростовской области — Краснодарского края — Ставропольского края (рис.1), В

пробах, отобранных из почв полеводческих ландшафтов, расположенных в Краснодарском крае увеличены содержания практически всех приведенных элементов по отношению к пробам, отобранным в аналогичных ландшафтах Ростовской области (рнс.1А). В то же время в пробах, отобранных в Ставропольском крае, отмечается увеличение концентраций относительно проб, отобранных в Краснодарском крае и в первую очередь таких элементов как 7хи Ст. V. N1 (рисЛВ), По существу отражается степень антропогенной нагрузки в пределах административных территорий региона.

4, ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИРОДНЫХ ( ЛАНДШ АФТНО— ГЕОХИМИЧЕСКИХ) ФАКТОРОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ( ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ) ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ АГРОЛАНДШАФТОВ РЕГИОНА В изучаемом регионе техногенные процессы, оказывающие влияние на распределение (перераспределение) тяжелых металлов в почвах агроланд— шафгов, протекли/! с различной интенсивностью. Значительное влияние на них оказывают природные факторы, такие как. рельеф, ветровая эрозия почв, физико-химические особенности почв, состав почвообразукяцих горных пород,

РЕЛЬЕФ. Наиболее детально распределение тяжелых металлов изучено в почвах агролапдшафгов в следующем сопряжении; элювиальные—транс— элювиальные—трансаккумулятивные—траяссупераквалыше. Большая часть рассматриваемых элементов (Си, Хп, 7Ъ, Ба, Мп, V, Ст. И) накапливается и транссупераквальных ландшафтах. Повышенные концеяграции Ст так же отмечаются в почвах элювиальных ландшафтов. Средние содержания Мо не изменяются в различных геоморфологических условиях. Таким образов, для региона характерно уменьшение концентраций ряда тяжелых металлов в верхнем пахотном горизонте полеводческих ландшафтов, расположенных на склонах, и относительное увеличение концентраций в нижних частях, особенно в транссупераквальных ландшафтах,

В полеводческих мелиорируемых ландшафтах, при сохранения общей тенденции распределения тяжелых металлов в почвах, происходит их значительное перераспределение в различных геоморфологоических условиях. При орошении Ст. V и Мо накапливаются в верхнем пахотном горизонте независимо от геоморфологических условий, РЬ, Мп, 2,п, Ва при прочих равных условиях выносятся из водораздельных зон и накапливаются в трансаккумулятивных и транссупераквальных ландшафтах. Для Со, Си и N1 при орошении характерно незначительное накопление в трансаккумулятивных ландшафтах.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧБ. Наиболее благоприятная обстановка для концентрации тяжелых металлов отмечается в полеводческих немелиорируемых ландшафтах гидрокарбонатно—натряег-ого класса. Здесь установлено относительное накопление 7л\, Мп, V, Ст, Ва, а в ландшафтах, отнесенных к педрокарбонатяо—кальциевому классу, отм««имл>

А

п !0 \

Ростовская область

i Краснодарский край

« v-; • : • •. 'сг

.1.1.

Ц Т 10!5-| мгя 1С1М 1>1М |«Ю«|ИМ» 11Ч9-» » ШИ Н

1011-6 IСII-5 1С11-Ч 1011-2 Ю1И| / ] И19-М 1011-5» 1МИЧ ЮП И

немешрируемые пш5иш, неме аиорирыемые

Краснодарский край

В

стльропольский край

I

1«5-ч ии-п №-а ЮЙ-ИПТО-Т ¡014-1 «311,11, [««я 1015-Й 1м-а

1СЙ-2» Мй-го ! Юй-1 1ПП ИИ-« «ЯЯ2 геи-,"! немеаиоририеные НЕНЕАНОРИРЯЕНЫЕ* нелиорир«еные

n пробы

Ландшафты

N пробы Ландшафты

14

15

и п ю э 8 1

5 1 3

г \

Рис. 1 Геохимические профили на границе

сопряженных территорий 1

Л _ Ростовской области - Краснодарского края Б - Краснодарского и Стаьропольского краёь

повышенное содержание Со, Знатагельное перераспределение металлов происходит в полеводческих мелиорируемых ландшафтах, В ландшафтах гидрокарбонатно—кальциевого класса е верхнем пахотном горизонте почв при орошении накапливаются 7л. Мп. N1, V, Сг. Со. Мо, Ва. а в ландшафтах гндрокарбонатно—натриевого класса при орошении отмечается (относительно немелиорируемых ландшафтов того же класса) вынос практически всех рассматриваемых элементов. Исключение составляют Мп и Со, концентрации которых увеличиваются.

ВОЗДУШНАЯ ЭРОЗИЯ ПОЧВ. В почвах полеводческих ландшафтов, подверженных воздушной эрозии, в целом, отмечается относительное накопление РЬ— в 2 раза: Сг— в 1.6 раза; N1 и Мн— в 1.3 раза; Си, Тп. V—в 1.2 раза. В то же время концентрация тяжелых металлов в почвах в результате процессов, связанных с воздушной эрозией почв, во многом зависит от геоморфологических особенностей региона. Для большинства рассматриваемых элементов она достигает наибольших величин в транс— элювиальных ландшафтах. Здесь отмечается относительное увеличение содержаний Си, 2X1, N1, V, Со, В элювиальных ландшафтах процессы выдувания приводят к концентрации РЬ, Ва, И, В трансакжумулятивных ландшафтах концентрируется Сг,

ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ. Геологическая ситуация часто остается определяющим фактором, влияющим на распределение химических элементов не только в природных, но и в техногенных ландшафтах. Так. наиболее благоприятные условия (при прочих равных) для накопления РЬ создаются в лацдшафгах с четвертичными отложениями: эоловыми; элювиально—делювиальными, лиманными и делювиальными; лиманными и морскими, аллювиальными; каменноугольными терригенными. 7л накапливается в ландшафтах с четвертичными лочвообразующими породами; эоловыми, элювиально—делювиальными, лиманными и делювиальными; каменноугольными терригенными. Си накапливается в ландшафтах с четвертичными отложениями; эоловыми, элювиально—делювиальными, лиманными и делювиальными. Со накапливается в ландшафтах, с четвертичными отложениями; эоловыми, лиманными и морскими, аллювиальными; элювиально-делювиальными, с неогеновыми терригенными и каменноугольными терригенными породами. Содержание Сг меньше в ландшафтах с почво— образующими породами; лиманными и делювиальными, лиманными и морскими, аллювиальными; неогеновыми терригенными, меловыми карбо— натао—терригенными, каменноугольными терригенными,

5, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ АГРОЛАНДШАФТОВ

РЕГИОНА

В результате различных природных и техногенных процессов в почве происходит мобилизация значительной массы тяжелых металлов, поступающих в биосферу. Почвенный покров выполняет роль глобального геохи—

мического барьера, одерживающего значительную часть тяжелых металлов (В, В, Добровольский 1989),

БАРИЙ, Валовые средние (фоновые) содержания Ва в почвах агроландшафтов региона колеблются от 32.0 х 10~3% до Í05.0 х Наиболее высокие {72.5—Í05.G х 10—3%) средние содержания характерны для полеводческих немелнорируемых ландшафтов гидрокарбонатно— шярневого класса, развитых на востоке региона, в районах, подверженных интенсивной ветровой эрозии. Они, как правило, граничат со стенными и полупустынными ландшафтами. Минимальные средние содержания Ва (320 х 10—3%) отмечаются в полеводческом немелиорируемом ландшафте гидрокарбонатно—кальциевого класса, расположенного, в основном, в районе Веселовсхого водохранилища и Азовского канала. В почвах агроландшафтов, занимающих большую часть изучаемого региона, средние содержания Ва составляют—52.4—5в.З х Ю-3%. что в целом соответствует современным оценкам средних содержаний его в почвах (554+25 г/т). В распределении Ва по профилю почв в агроландшафтах, занимающих основную часть региона, наблюдается его аккумуляция в верхнем гумусовом горизонте и переходных горизонтах Bj — Вд; Cj — С2 Несколько уменьшено содержание Ва в нижних частях горизонта В2.

ЦИНК. По оценке А. ГГ. Виноградова распространенность Zn в почвах составляет 5 х 10—3%, Средние (фоновые) содержания Zn в верхнем гумусовом горизонте почв агроландшафтов региона колеблются от 3.9 х ÍC¡"~3% до 10.2 х В целом, ддя региона отмечайся увеличение

фоновых содержаний в почвах а^юландшафгов с севера на юг — юго-восток. Относительно высокие средние содержания (3,0—9.2 х отмечаются в почвах агролаядпгафтов, расположенных на еого—востоке региона. На большей части региона в почвах агроландшафтов средние (фоновые) содержания Za превышают кларковые в 1.4—2 раза. Содержания Zn в подвижных формах не превышают 5% от валовых концентраций. В целом, для почв агроландшафтов региона, характерно максимальное накопление Zn в верхнем гумусовом горизонте. С глубиной его содержание уменьшается,

МДДЬ. Средние (фоновые) содержания Си в верхнем гумусовом горизонте почв в большинстве агроландшафтов региона превышают кларк почв (2 х 10—3%) в 2.5—3.5 раза и колеблются от 3.0 х 10-3% до 7.8 х 10_3% , а в ландшафтах виноградников—от 7.1 х 10—3% до 13.8 х 10—Прячем увеличение средних содержаний Си в регионе отмечается с севера па юг. Относительно низкие средние содержания (3.0—3.7 х 10 ~•*%) установлены в ночвах полеводческих немелиорируемых транеаккумулятивных (припойменных) ландшафтах, расположенных на севере и северо-западе региона, а так же в полеводческих мелиорируемых ландшафтах, образованных в пойме р, Дон и на прилегающей к ней территории (междуречье Маныч— Сусат). Относительно высокими средними содержаниями Си (6.0—7,8 х

Ю—характеризуются агроландшафты, развитые на юге региона. Это полеводческие немелиорируемые лацдшафты, расположенные в верховьях рек Кубань и Малый Зеленчук, а так же трасаккумулятнвные ландшафты, граничащие с виноградниками. Концентрация Си в подвижной, легко растворимой форме, не превышает 2% от валового содержания. В распределении Си по почвенному профилю отмечается ее накопление в гумусовом горизонте, с глубиной содержания уменьшаются.

СВИНЕЦ. Средние (фоновые) содержания РЪ в почвах агроланд— шафгов региона колеблются от 1.0 х 10—3% до 4,3 х Ю-3% . На большей части площади агроландшафтов содержания РЬ в почвах составляют 2.4—2.7 х 10—3%, что превышает кларковые в почве (1.0 х более чем в

2 раза. Близкие к кларковым, средние содержания РЬ отмечаются на севере и северо-западе региона в почвах полеводческих немелиорируемых трансаккумулятивных (припойменных) ландшафтах, расположенных в зонах со слабой ветровой эрозией почв. Наиболее обогащены РЬ почвы агроланд— шафгов, расположенных на юге и юга—воегаке региона. Здесь средние содержания РЬ в почвах составляют 3.0—4.3 х 10—3%, в распределении по профилю почв наблюдается повышение РЬ в верхнем гумусовом горизонте. С глубиной содержание уменьшается. Доля воднорастворимого РЬ не превышает 16% от его валовых концентраций в верхнем гумусовом горизонте почв.

НИКЕЛЬ. Б почвах агроландшафтов региона средние (фоновые) содержания N1 колеблются от 3.4 х 10—3% до 8,2 х Ю-3% (кдарк в почвах 4.0 х 10~3%). На большей части площади в почвах агроландшафтов средние содержания N1 близки к кларку (4.6—5,3я!0—3%). Относительно высокие средние содержания № (6.8—8.2 х 10~3%) отметаются в почвах полеводческих немелиорируемых, трансаккумулятивных (предгорных) ландшафтах, расположенных ка юго-востоке региона, и ландшафтах рисовых чеков— на юго-западе региона. На севере и северо-западе региона в полеводческих немелиорируемых, трансэлювиальяых (припойменных) ландшафтах средние содержания N1 ниже кларковых и составляют 3.4—3.8 х 10—3%, Такие же низкие средние содержания N1 характерны для пимв полеводческих мелиорируемых, транссупераквальных ландшафтов, развитых в пойме р. Дон. На большей части территории региона накопление №, в почвах агроландшафтов, происходит в верхнем гумусовом горизонте. В то же время, доля воднорасгворимого N1 здесь не превышает 5% от валовых содержаний. С глубиной содержания N1 уменьшаются,

ВАНАДИЙ. Средние (фоновые) содержания V изменяются в пределах 6.4—20.0 х 10~3%. Причем на большей части территории они близки к кларковым и составляют 11.9—12.5 х 10—3%. Относительно низкие средние содержания V (6,4 — 10.0 х 10~3%) характерны для» почв агроландшафтов, расположенных на севере региона в по&мах рек. Относительно высокие средние содержания V (13.4—20.0 х 10—3%) отмечаются в почвах

полеводческих немелиорируемых, трвнсаккумулятивных ландшафтах, расположенных в предгорных районах юго-востока региона, В вертикальном распределении V по генетическим горизонтам почв наблюдается увеличение его концентраций с глубиной.

МОЛИБДЕН. Средние содержания Мо в почвах оценивается в 0.2 х Ю"~3%, Средние (фоновые) содержания Мо в почвах агроландшафгоБ региона составляют 0.1 — 0.3 х 10—3 На большей части территории в почвах агролаидшафтов средние содержания Мо близки к кларковым (0.22 — 0.25 х Ниже кларковых (0Л — 0,10 ж 10—3%) отмечаются в почвах

полеводческих немелиорируемых ландшафтах с почвообразутощимн терри— генными отложениями каменноугольного возраста, развитыми на севере региона в междуречье Кундрючья—Северский Донец. Относительно высокие средние содержания Мо (0.32—0.8 х 10—3%) характерны для агролацд— шафгов, расположенных на юго-востоке региона. Концентрация Мо по генетическим горизонтам почв изменяется в очень низких пределах. Содержание подвижных форм Мо в почвах не превышает 18 %, от валовых концентраций.

МАРГАНЕЦ. Кларк Мп в почвах составляет 85 х 10—Средние (фоновые) содержания Мп в почвах афоландшафтов региона колеблются от 42.0 х 10—3% до 120,0 х 10—В почвах агроландпгафгов, занимающих большую часть региона, средние содержания Мп ниже кларковых (61.4 — 82.0 х 1С-3%). Относительно высокие содержания (91.8—120.0 х 10—3%) отмечаются в яочвах ландшафтов виноградников, расположенных на юге региона, я в полеводческих немелиорируемых, тршхсаккумулятивкых ландшафтах, граничащих с ландшафтами виноградников. С глубиной содержание Ми уменьшается. Содержание надвижных форм М» я даруяем горязонте почв не превышает 0.4 % от валового.

КОБАЛЬТ. Средние (фоновые) содержания Со колеблются в незначительных пределах (1.9—2.1 х10—3%), превышая кларк в почве (1.0 х10—3%) почти в 2 раза. Относительно высокое среднее содержание Со (3.0x10—3%) установлено в полеводческом мелиорируемом ландшафте (рисовых чеков) на юго-западе региона. Относительно низкие средние содержания Со (1,4— 1,7 х 10—■3%) отмечаются в отдельных полеводческих немелиорируемых, трансаккумулятивных (припойменных) ландшафтах, расположенных на севере региона, В почвенном профиле максимальные содержания Со отмечаются в гумусовом горизонте, а с глубиной концентрации уменьшаются. Содержание подвижной формы Со в верхнем гумусовом горизонте почв не превышает 25% от валовых концентраций,

ХРОМ, Средние (фоновые) содержания Сг в почвах агроландшафтов региона ниже кларковых (20 х 10 3%1 и колеблются в пределах 4,9—19,5 х Ю~"3%, в почвенном профиле отмечается незначительное увеличение концентраций Сг в горизонте В. Содержания подвижной формы Сг не превышают 5 % от валового.

ТИТАН. Средние (фоновые) содержания П близки к кларковым (460 х Ю-и составляют в большинстве ландшафтов 400 —500 х 10—3 %. Более высокие средние содержания Т1 отмечаются в почвах отдельных полеводческих немелиорируемых. трансажжумулятивных ландшафтах предгорий (520 х 10~3%) на юго-востоке региона и в ландшафтах виноградников Черноморского побережья (531,8 х Ю-3%), в профиле почв, в основном, более высокие содержания 71 отмечаются в верхнем гумусовом горизонте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе показаны наиболее общие закономерности распределения тяжелых металлов в почвах агроландгоафгов. условия их (металлов) миграции и концентрации в пределах крупного региона — юга европейской части России. Привлечение материалов всех предыдущих исследований и их переосмысливание с учетом принципов, залаженных в классификации геохимических ландшафтов, позволили не только разделить агроландшафты, отличающиеся концентрациями тяжелых металлов, но и установить влияние основных внешних лацдшафтно—геохимических (природных и антропогенных) факторов на их распределение (перераспределение). Основные выводы, вытекающие из анализа полученного материала, сводятся к следующему:

1. Агроландшафты, выделенные в регионе, представляют собой территории с определенным видом природопользования, едким и тем же типом геохимической обстановки, расположенные на однородных элементах рельефа, сложенные определенными, горными породами. Каждый агроландшафт отличается особенностями формирования, определенными закономерностями геохимической миграции, фоновыми содержаниями тяжелых металлов

2. Современные техногенные процессы, связанные с формированием и использованием агроландшафтов, способствуют накоплению в их почвах Ъа, РЬ, N1, V, Мо и определенному выносу Мп, Со, Ва, Ть

3. Увеличение степени антропогенного воздействия на агроландшафты региона приводит к. изменению концентраций, рассматриваемых цементов в их почвах. Так, в полеводческих ландшафтах с севооборотом однолетних культур относительно животноводческих ландшафтов пастбищ и сенокосов, находящихся в аналогичных ландшафтно—геохимических условиях, отмечается повышение в почвах содержаний йп в 1.3 раза. Сн в 1,8 раза. РЬ е 1,9 раза. N1 в 3,4 раза, и незначительное уменьшение — Мп, Со, Ва.

В полеводческих немелиорируемых ландшафтах с севооборотом однолетних культур установлено, относительно ландшафтов лугов, увеличение в почвах концентраций тяжелых металлов в подвижной, легко растворимой форме: РЬ в 20 раз, Си в 9 раз, Сг в 7 раз. Со белее 5 раз, Мо более 2 раз, '¿п в 1.1 раза и уменьшение — Мп в 4 раза, № более 2 раз.

Техногенное изменение водного режима ( образование мелиорируемых ландшафтов ) приводит к огтаоопельному накоплению ( в т/км^); Ст— 25,8, Ва— 25,8, V—15,6, РЬ—0,6, гп—0,6 и одновременному выносу — N1—3,0 и Сн-5.0.

4. Интенсивность геохимических процессов, определяющих распределение (перераспределение) тяжелых металлов в почвах агроландшафтов в значительной мере зависит от способа и ишенсивносга ведения сельскохозяйственных рабстг, а, они, в свою очередь определяются административным делением территорий. Это отразилось в увеличении средних (фоновых) содержаний тяжелых металлов в почвах полеводческих ландшафтов Ставропольского и Краснодарского краев по отношению к аналогичным ландшафтам Ростовской области.

5. Значительное влияние на интенсивность техногенных процессов оказывают природные факторы — рельеф, ветровая эрозия почв, физико-химические особенности почв, состав почвообразующих пород. При прочих равных условиях в регионе отмечается уменьшение концентраций тяжелых металлов в верхнем пахотном горизонте почв агроландшафтов, расположенных на склонах и увеличение — в нижних частях, особенно в транс— сунераквальных ландшафтах которые по существу являются комплексными региональными барьерами.

Наиболее благоприятная геохимическая обстановка для хгакаплелтнг в почвах тяжелых металлов отмечается в полеводческих немелнорируемых ландшафтах ¿идажарбошано— Нйфйевош класса. Здесь установлено относительное накопление Мп, V", Сг, Ва, В ландшафтах, отнесенных к гид|)окарбонатно—кальциевому классу, отмечено повышенное содержание Со. При орошении почв этих ландшафтов происходит значительное перераспределение рассматриваемых элементов, В ландшафтах гндрокар— бонетю—кальциевого класса в верхнем нахотном горизонте накапливаются Мп. N1. V, Со, Мо. Ва, В ландшафтах гидрохарбонатно— натриевого класса при орошении отмечается вынос практически всех рассматриваемых элементов (исключение составляют Мп и Со, коя— ценграции которых увеличиваются).

В ландшафтах, подверженных ветровой эрозия почв, в целом, отмечается относительное накопление РЬ в 2 раза; Сг в 1,6 раза; N1 и Мп в 1.3 раза; Си. 7л, V — в 1.2 раза. Интенсивность геохимических процессов, связанных с ветровой эрозией почв, во многом определяется геоморфологическими особенностями региона. В элювиальных ландшафтах, эти процессы приводят к увеличению концентраций РЬ, Ва, П; в трансэлювиальных — Си, 7л, N1. V, Со; в грансаккумулятнвных — Сг.

При прочих равных ландшафтно—геохимических условиях, максимальные значения средних содержаний Си, 7л, Мп, N1, V и Сг отмечаются в агроландшафгах с почвообразующнми делювиальными отложениями четвертичного возраста; Ва — с аллювиальными отложениями четвертичного

возраст/ц РЬ — с территешшми отложениями неогенового возраста (содержание Сг здесь минимальные). Наиболее низкие средние содержании Си, Ма, №, V и Ва установлены в почвах агроландшафтов с лиманными и морскими отложениями четвертичного возраста {низкие № и в агроландшаф— тах с терригепнымк породами каменноугольного возраста);£п и РЬ—с флю— виогляциальнымн и аллювиальными отложениями четвертичного возраста.

6. Почвы агроландшафтов региона, в целом, характеризуются повышенными валовыми содержаниями Тл, Си, РЬ, Со и относительно низкими — Мн и Сг. В регионе отмечается общая тенденция к увеличению средних (фоновых) содержаний, рассматриваемых элементов, с севера на юго-восток. В распределении по профилю почв наблюдается их аккумуляция в верхнем гумусовом горизонте.

7. Настоящие работы по существу являются первой стадией регионального эколого—геохимического мониторинга агроландшафтов юга европейской части России, проведение которого необходимо для постоянного контроля и разработки мероприятия по рациональному природопользованию в пределах крупного сельскохозяйственного региона.

Результаты исследований переданы ГТТ1 "ЮЖГЁОЛОГИЯ", ГШ "СЕВКАВГЕОЛОШЯ", Комитету по земельным ресурсам при администрация Краснодарского края.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Выявление и особенности вторичных лнтогеохимических н бно— геохимических нолей рассеяния Предкавказья, Западного и Центрального Кавказа // Тезисы докладов 4—ю Всесоюзного- аовещрыш, Ужгород, 1938, с. (в соавторстве с Овчинниковым Л, К., Алексеенко В, А.)

2. Опыт проведения ландшафтно—геохимических исследований на Юго—Востоке РСФСР // Тезисы докладов 4—го Всесоюзного совещания, Ужгород, 1988, с. 62-63 (о соавторстве с Алексеенко В. А.)

3. Вторичные ореолы Урупского поля //Тезисы докладов Международной конференции, Чита, 1990, ч. 2, с. 20О (в соавторстве с Алексеенко В. А.)

4.Тяжелые металлы в почвах полеводческих ландшафта Ростовской области и Краснодарского Края // Сб. Экология: опыт, проблемы, поиск, Новороссийск, 1991, с.. 108—111.

5. Тяжелые металлы в почвах территорий Российской Федерация, прилегающих к Черному и Азовскому морям //Тезисы докладов Международной конференции по оценке источников загрязнения морей, омываемых СНГ, Севастополь, 1992, с. 60—62 (в соавторстве с Алексеенко В. А.).

А. Эколого—геохимическая оценка состояния территорий России, прилегающих к Черному и Азовскому морям //Тезисы докладов Международной конференции по оценке источников загрязнения морей омываемых СНГ, Севастополь, 1992, с. 67 —68 (в соавторстве с Алексеенко В. А.).

Региональные ландшафтно—геохимические исследования как основа при разработке дистанционных методов оценки состояния окружающей

■р»>дн //Тезисы докладов Всероссийского совещания' Аэ р окоем if те окне методы при геоэкологическом картографировании и ведение мониторинга, Москва, 1993 с. 33—35 {в соавторстве с Алексеем» В. А.).

8. Металлы в сельскохозяйственных геохимических ландшафтах юга европейской части Росснн // Сб. статей. География, МГУ, 1993. с. 275—284 (в соавторстве с Алексеенко Б. А. , Алексеенко Л. П.)

9. Характер распределения тяжелых металлов в почвах полеводческих ландшафтов в районах интенсивного землепользования // тезисы докладов 1-го Международного совещания Геохимия биосферы, Новороссийск. 1994. с. 33-35,

10. Региональное ландшафшо—геохимическое картирование — как основа решения ряда прикладных задач геохимии // Тезисы докладов IV Объединенного международного симпозиума по проблемам прикладной геохимии, посвященный памяти академика Л. В. Таусона, Иркутск, 1994. г. 2. с. 26 (в соавторстве с Алексеенко В. А.).

И. Первая стадия регионального эколого—геохимического мониторинга на юге европейской части России // Материалы сессии АЕН РФ Фундаментальные и прикладные вопросы естественных наук, Махачкала, 1994. т. I.e. 13—15 (в соавторстве с Алексеенко В. А.)

12. Распределение тяжелых металлов на ландшзфгно—геохимической основе (масштаб 1; 5000000) Краснодарском, Ставроялольском краях н Ростовской области. //Государственная программа Экологическая Безопасность России (1993 —1995 гг.) т. 6 — М„ 1996 ( в соавторстве с Алексеенко В, АЛ.

13. Основные факторы концентрации тяжелых металлов в почвах агро— ландшафтов (на примере Юга России) // Сб. тезисов международного симпозиума "Тяжелые металлы в окружающей среде", Пухцнно, 5996, с, 6-7, в соавторстве с Алексеенко В. А.)

14. Heavy metals in the soils of the lang of the Russian Federation adj cent to the Black Sea and the Sea of Azov // Printed in the United Kingdom by the international Maritime Organization Copyright, 1994, London, ACOPS, p. 191 — 134. (в соавторстве с Алексеенко В. А.)

15. Ecological and geochemical assessment if the state if Russian land adjacent to the Black Sea and the Sea of Azov // Printed in the United Kingdom r>y the international Maritive Organization Copyright, 1994, London, ACOPS, l>. 201 —204. (в соавторстве с Алексеенко В. А.)

16. Metals in agricultural geohemical landscapes of the sontheru part of European Russia // Geography Moscow Univesity Publishing House. 1995, [>, 248 —256. (в соавторстве с Алексеенко В, А., Алексеенко Л. П.)

17. Major factors of heavy metals concentration in agrolandscap's soils (on Lhe example of the Souse of Russia). // International Simposium Heavy Metals n the enviroment. Abstract Book, p. 175, Pushchino, 1996 (в соавторстве с Алексеенко В, А.) /йЛ) у