Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геохимия Мещерского Полесья

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Геохимия Мещерского Полесья"

МОСКОВСКИЙ педагогический государственный

УНИВЕРСИТЕТ имени В. И. ЛЕНИНА

Диссертационный Совет К 053.01.18

На прпках рукописи

ПОДОЛ Ь Снетлана Рудольфовна

ГЕОХИМИЯ МЕЩЕРСКОГО ПОЛЕСЬЯ

Специальность 11.00.01 — физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических; паук

Москва 1995

Работа г.ы,полнена в Московском педагогическом государственном университете имени В. И. Ленина.

Научных! р у к о в о д ц т е л ь:

заслуженный деятель пауки Российской Федерации, доктор географических паук, профессор В. В. ДОБРОВОЛЬСКИЙ

Официальные оппонепты:

доктор сельскохозяйственных паук В. Н. КРЕШТАПОВА

кандидат географических наук, доцент И. А. АВЕССАЛОМОВА

Ведущая организация: Московский педагогический уппвер-снтет.

Защита состоится «. МъшЖ... 1995 г. в ча-

сов па заседании диссертационной) совета К 053.01.18 по присуждению ученой степени кандидата паук в Московском педагогическом государственном университете имени В. И. Ленина по адресу: 129243, Москва, ул. Кибальчича, 12, географический факультет, ауд. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ имени В. И. Ленина. Адрес университета: 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1.

Автореферат разослан «............»........................1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

'У В. ДУШИНА

Актуальность теш исследованияоМещара - типичный регион полосы шесий Восточно-Европейской равнины.Благодаря природным условиям и юющимся ресурсам,он служил областью расселения древних народов/пе-юначально финно-угорских племен,а затем восточных славян/.Полезные ¡копаемые/торф,шины.кварцевые пески/,пойменные луга и лесные ресур^-I сыграли определенную роль в истории развития центра России.

В силу особенностей своего палеогеографического развития Мещера ¡сет многие черты,сближающие ее с более северными территориями лес->й зоны.Разнообразие форм рельефа на фоне общего невысокого гипсомет-:ческого положения,широкое распространение флювиагляциальных и древ-аллювиальных песчаных отложений,своеобразное сочетание хвойных ле->в с заболоченными прстранствами способствовали формированию специ-ческих ландшафтно-геохимических особенностей этого региона,наибо-е ярко проявившихся в геохимии почв и растительности.

Комплексное геохимическое исследование Мещерского полесья являет-закономерным этапом в его изучении и представляет собой крупную явную проблему,учитывая,что подобные исследования проводились ранее агментарно.на небольших локальных участках.

Актуальность темы диктуется также созданием на территории Меще-Нащояэльного парка,что предполагает современные разносторонние, том числе геохимические исследования региона,его фоновый мониторинг.

Цель и задачи исследования. Главная цель исследования - выявление новных геохимических черт территории,обусловленных особенностями ми-ациз и аккумуляции химических элементов в почвах,растительности,речн водах,что позволило бы дать комплексную ландшафтно-геохимическую рактеристику Мещерского полесья.

Выполнение поставленной цели предполагало решение следующих за-

ч:

1.Определение литологического состава,физико-химических свойств яо-эобразующих пород различного генезиса и почв,на них формирующихся.

2. Выявление особенностей распределения типоморфных и индикатор-с щелочно-земельных/кальвдй,магний/ и тяжелых/железо,марганец,цинк, хь/металлов в различных типах автоморфных,переходных,гидроморфных 1в междуречий и долин рек Оки и Клязьмы.

3. Определение зольности ценозообразующих видов растений,содержа-I в золе кальция,магния,железа,цинка,меди,выявление пространственных сономерностей их распределения и годовой динамики.

4. Изучение билгеохимических взаимосвязей в системе фитоценоз -ша,установление параметров интенсивности поглощения растениями ма-|>- и микроэлементов в наиболее распространенных фитоценозах.

5. Оценка масс химических элементов,вовлекаемых в биологический

круговорот и пртяженную водную миграцию.

6. Выделение ландшафтно-геохимических обстановок в пределах исследуемой территориивыявление их геохимического своеобразия.

Объекты и методы исследований. Полевые исследования арюддилис] в 1991 - 1994гг с июня по август.В результате выполнена серия маршрутов, общей протяженностью свыше 2 тыс.км.

Было заложено 16 опорных участков в пределах междуречий рек Ок* ж Клязьмы,их надпойменных террас и пойм,а также в долинах рек Пры, Нерской ,Гуся,где проводился отбор образцов почвообразующих пород, почв »растительности.

За период исследования собрано и проанализировано 150 проб растений, около 300 проб почв и почвообразующих пород.Отобранные образцы обрабатывались с применением различных методов^томно-абсорбционного, колориметрического,объемных.

В основу сделанных выводов положены результаты 2,5 тысяч элемен тоопределений металлов,60 - и минералогических,80-и гранулометрических!^ 000-и почвенно-химических анализов.

Научная новизна. Выполнено комплексное ландшафтно-геохимическое исследование крупного природно-территориалъного комплекса.входящего в пояс полесий,- Мещеры,охарактеризованы основные черты его геохимии Получены количественные данные по содержанию химических элементов в почвообразующих породах и почвах,на них формиркющихся,выявлена взаимосвязь их геохимических показателей с элементами рельефа,составом почвообразующих пород,характером растительности.На основании собственных исследований показано своеобразие почв подзолистого типа почвообразования,но со слабо дифференцированным профилем,установлены закономерности распределения химических элементов в почвах заболоченных ландшафтов и ландшафтов речных долин Мещеры.

Подробно изучена геохимия сосновых биогеоценозов,вбкрыты конкретные проявления эдафических условий на химический состав растений и установлены параметры интенсивности поглощения растениями ведущих макроэлементов/кальция,магния/,а также некоторых тяжелых металлов/железа , меда ,марганца,цинка/.Произведена количественная оценка масс химических элементов»вовлекаемых в биологический круговорот.

Обобщены данные ко составу природных вод Мещеры,определены лан-

дшафтно-геохимические параметры водной миграции и оценены порядки мигрирующих масс металлов в малых реках и крупных водных артериях«,

Обоснована ландшафтно-геохишческая характеристика Мещеры,На ее территории выделены три главные ландшафтно-геохимические обстановки, выявлены их качественные и количественные особенности„

Практическая ценность. Полученные сведения могут использоваться

в организации геохимического мониторинга на территории Мещеры п экологическими службами Рязанской и Владимирской областей„Поскольку Мещера является типичным представителем полесий Восточно-Европейской равнины,то материалы диссертации могут найти применение для экологических служб Украина и Белоруссии.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на заседа-* нйи комиссии по геохимии Московского филиала Географического общест-за Россаи/1994г/,на Первой Международной,Четвертой Всероссийской конференции "Экология и охрана окружающей среды" в г.Рязани/1994г/,на зжегодной научной сессии МПГУ им.Ленина/1994/,на заседаниях кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ им.Ленина.

Публикации. По ¡материалам диссертации опубликовано б печатных забот,обидим объемом 1,3 авторский лист.

Объем и структура работы» Диссертация состоит из введения,5 глав [ выводов на 152 страницах машинописного текста,содержит 25 таблиц, 2 рисунков и схем,а также список литературы из //5 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю -;октору географических наук,заслуженному деятелю науки Российской Фе-ерации,профессору В.В.Добровольскому за неоценимую помощь в работе»

Автор искренне признателен коллективу кафедры геологии и геохигл ии ландшафта и лично кандидату географических наук,доценту Л.В.Але-укину за помощь в выполнении аналитической части работы,проявленные ри этом доброжелательность и внимание.

Глава 1. физико-географическая характеристика района исследований.

В главе описаны особенности геологического строения,рельефа,кли-ата,гидрографии и природных вод.почвенно-растительного покрова Ме-зры.Отмечено,что на формирование ландшафтно-геохимических обстано-ж на ее территории большое влияние оказывает глубина залегания из-5стняков карбона,наличие или отсутствие перекрывающей их толщи ме->зоя,мощность и литологический состав четвертичных отложений.Кроме >го,своеобразие физико-географических условий и литолого-геоморфоло-:ческих особенностей,придавших региону облик полесья,приводит к фор.л :рованшо специфического сочетания сосновых лесов и болот„в результат чего наибольшую распространенность на исследованной территории еют почвы подзолистого и болотного типов„Почвенному покрову свойст— нна пестрота структуры,определяемая разнообразием микрорельефа,осо-нностями режима увлажнения,характером растительности.

До последнего времени дискуссионным остается вопрос классифика-а и генезиса ожелезненных песчаных почв,не имеющих морфологически раженного подзолистого горизонта.Эти почвы развиваются на сильно пе— штых водно-ледниковых и древнеаллювиальных лесках с подавляющей ей кварца / 98-99% / в минералогическом составе,приурочены к вер-

хним частям гряд и холмов,покрытых лишайниковыми борами,,

Указанные почвы можно отнести к кислым песчаным боровым,среди которых выделяются недифференцированные и дифференцированные.Основная разница между ними проявляется в выраженности гумусового и иллювиального горизонтов„Кислые песчаные боровые недифференцированные почвы характеризуются монотонным п^штем.в котором четко выделяется лишь горизонт Ар,нижележащий горизонт/ А^.. 'А£/ слабо прокрашен органическим веществом,вымытым из подстилки.Отмытость кварцевых зерен от гумусово-железистых пленок придает горизонту серовато-белесый цвет v внешние черты оподзоленности.Под ним располагается переходный к по-чвообразующей породе гор.В/С,отличающийся от нее более интенсивной желтой окраской.Кислые песчаные боровые дифференцированные почвы имеют ясно выраженный гумусовый горизонт темно-серого цвета,а также иллювиальный,часто с ортзандовыми прослойками.

Глава 2. Методика полевых и лабораторных исследований.

Важной особенностью изучаемого региона является большое разнообразие природных комплексов,поэтому в наши задачи входил выбор наиболее рационального проведения полевых исследований,что позволило б: выявить главные, черты Мещерского полесья и выделить на его территории основные ландшафтно-геохимические обстановки.На основе анализа картографического и литературного материала в пределах региона были выделены две крупные геосиссистемы:междуречья и долины крупных рек-Оки и Клязьмы,где и были заложены опорные участки для сбора полевого материала.На пониженных заболоченных участках междуречий в качестве основных объектов исследований использовались бассейны рек Пры, Солотчи,Гуся,Поли.Относительно возвышенные суглинистые междуречья изучались в районе Окско-Цнинского плато и Тумского выступа.Речные долины крупных рек Мещеры исследовали на примере долины р.Оки между посоБелоомут/Моск.обл./и г.Касимов/Рязанская обл./.

Детальное опробование велось по трансектам,включающим в себя геохимически сопряженные ландшафты вершин,склонов песчаных гряд,вла-жных заболоченных понижений.В каждом из указанных элементарных ланд шафтов отбирались образцы почвообразующих пород,генетических горизонтов почв и растений.

В каждом из образцов почв в воздушно-сухом состоянии по общепр: нятым методикам определялись:рН водной вытяжки,гидролитическая кисл тность/по Каппену/,сумма поглощенных оснований/по Каппену-Гильковиц гумус общий/но Тюрину/.В водных вытяжках из почв определяли содержа' ние наиболее миграционно подвижных водорастворимых форм С ,М , е.Дя. извлечения Col и Mt использовался объемный метод титрования трилоно

Б,железа~сульфосалициловый метод с применением ФЗК-56 МП со светофильтром Л 4„В однонормальных солянокислых вытяжках из почв были определены Яв.Мц^ц.Си- «Для определения микроэлементов аликвотная часть упаривалась в 4 раза/применялся атомно-абсорбцяонный спектрофотометр С~302/,при определении е упаривание не производилось„В почвенных образцах проводился также гранулометрический анализ.

Растительный материал: /зеленые ассимилирующие органы растений/ подвергался озолению с последующим определением в золе Со,,М^,1-в,Мн- , 2п,,Со, Для определения марганца аликвотные части разбавлялись в Юраз

Цифровые материалы обрабатывались методами вариационной статис-таки/Беус,1976,1акин,1980 и др./.Рассчитывали следующие статистические параметры:значение среднего арифметического»дисперсия и стандартное отклонение»коэффициент вариации.

Глава 3. ГЕ0ЖШНШКЙ& ОСОБЕННОСТИ ПОЧВ МЕЩЕРЫ

Литолого-геохимиче ские особенности автоморфных и переходных почв на различных генетических типах песчаных отложений четвертичного возраста. Почвообразующие породы представлены преимущественно |шювиагляциальными ..ждревнеаллювиальными пескамиойх специфика состоит в обедненности минералами,содержащими основные элементы питания растений/особенно Со- и М^./, неблагоприятных водно-физических свойствах, связанных с особенностями гранулометрического состава»К этим свойствам,прежде всего,следует отнести высокую водопроницаемость,малую водоудерживающую способность,небольшой капиллярный подъем вод, что практически исключает восходящий привнос химических элементов из грунтовых вод в случае их глубокого залегания.

Указанные, особенности являются одной из главных причин низкой эбеспеченности почвообразующих пород подвижными формами исследован-знх щелочно-земельных и тяжелых металлов.Водорастворимые формы Со-с Мо в среднем составляют всего десятитысячные доли процента.Подвиж-ше кислоторастворимые формы железа находятся в пределах от единиц № десятков мг/100г,марганца-единиц мг/кг,цинка и меди-десятых долей лг/кг.п

На кварцевых песках,обладающих высокой устойчивостью к процессам почвообразования,интенсивность этих процессов во многом зависит >т характера растительности,уровня грунтовых вод.литологических осо->енностей песчаной толщи/наличия или отсутствия суглинистых слоев/, [то связано с положением в микрорельефе.

Наименьшим содержаниями подвижных форм макро - и микроэлементов Сличаются кислые песчаные боровче. недифференцированные и дифферен-

цированные почвы.Основная часть указанных элементов аккумулируется в гор.Ао,куда они поступают в процессе быстрой минерализации лесного олада,что играет доминирующую роль в балансе этих почв„Вынос металлов в минеральную часть почв незначительный.поскольку элементы ии тенсивно поглошаются растительностью,удерживаясь в системе "растения подстилка",что снижает потери,связанные с их выщелачиванием„Содержа-ние водорастворимого кальция в минеральных горизонтах составляет десятитысячные доли процента,магний в большинстве случаев присутствует лишь в виде следов„Водорастворимые формы железа обнаруживаются в ко-'личестве'десятых долей мг/100г,кислоторастворимые-первых единиц иг/ ЮОг.Марганец составляет всего от десятых долей до единиц мг/кг,цинк и'мель-десятые доли ыг/кг почвы„При этом в лесных подстилках содержится марганца в сотни,а цинка и меди в десятки раз больше,чем в минеральной части почв»

Главной особенностью подзолистых иллювиально-железистых почв является активное элювиально-иллювиальное перемещение железа по профилю с формированием сильно уплотненных ортзандовых горизонтов.Они, как правило,влажные,что свидетельствует о близком стоянии грунтовых вод и периодически возникающем анаэробиозе,при котором происходит активная мобилизация железа.Для этих горизонтов характерны максимальные концентрации его подвижных/водорастворимых и кислоторастворимых/ форм.Причем,содержание кислоторастворимых форм в гор.В в 3-4 раза больше,чем в гор.А^,в то время как для водорастворимых форм разница составляет не более 1,5 раз.Это отражает наличие связи между наиболее шгравдонно подвижным железом и органическим веществом почвы.

Наблюдается также биогенная аккумуляция микроэлементов в гор.Ао и гор.А^.Содержание марганца в гор.А1 составляет десятки,в подзолистых и иллювиальных - единицы мг/кг.В почвах обнаружен дефицит подвижных форм меди,они составляют всего десятые доли мг/кг при максимумах в гор.А^ и Ао/в последнем концентрации меди достигают десятков мг/кг/. Распределение цинка по профилю иллювмально-железистых подзолов характеризуется некоторым накоплением его подвижных форм в иллювиальных горизонтах при резком обеднении этими формами подзолистых горизонтов.Концентрация кислоторастворимого цинка варьируют от десятых долей до первых единиц мг/кг/ в гор.Ао они достигают десятков иг/ кг/.

Переходные подзолистые и дерново-подзолистые оглеенные почвы формируются во влажных понижениях с близким расположением грунтовых вод,что приводит к возникновению в нижней части профиля анаэробных условий и восстановительного оежима.Ка контакте окислительной и вс

становительной обстановок происходит некоторое накопление подвижных форм железа,марганца и меди/водорастворимое железо составляет еди«~ ницы мг/1 ООг,кислотора стеоримоэ- свыше 5Омг/ЮОг,подвижные формы марганца - от единиц до десятков мг/кг,меди-десятне доли мг/кг/.Для распределения цинка характерна аккумуляция в гор„А^,где его подвижные формы находятся в пределах от десятых долей до единицы мг/кг.

Распределение элементов в гидроморфных почвах. В исследованных перегнойно-глеевьгх.торфянисто-глеезых и торфяных почвах распределение химических элементов во многом зависит от местоположения,определяющего степень минерализации грунтовых вод,а также от состава растений-торфообразователей и величины ЕН.Больше всего водорастворимых форм кальция обнаружено в гор.А перегнойно-глеевых почв/сотые доли проце-нта/.В органогенных горизонтах торфяных и торфянястскглеевых почв эти форш составляют тысячные доли процента.Глеевые горизонты в значительной мере обеднены кальцием.Очевидно,процесс его перераспределения связан в основном с многократными циклами биологического поглощения и возврата в раствор при минерализации растительных остат-ков.Общее содержание кальция в золе торфяных низинных почв в среднем равняется 2%,а в золе торфянисто глеевых переходных~1$/от массы золы/,

В распределений водорастворимых форм железа наблюдается обед-яенаяие ими глеевых горизонтов по сравнению с перегнойными и торфя-зыми. Максимальными концентрациями подвижных кислоторастворимых форм этличаются торфяные почвы.Значительная часть железа в них прочно связана в составе органо-минеральных комплексов,гидроокисей,различных ювообразований.В золе торфяных горизонтов торфяных и торфяно-гле->вых почв содержится соответственно 9% и 1% железа/0,8% и 0,5% от ма-:сы абсолютно-сухого вещества/»

Основными источниками привноса микроэлементов,особенно меди,в ¡олотные почвы можно считать коренные породы мезозойского возраста. Шачительную связь с лаядшафтно-климатическими особенностями обна-уживает марганец.В его распределении наблюдается уменьшение содержания вниз по профилю во всех исследованных почвах.Аккумуляция мар-анца в торфяных горизонтах преобладает над рассеянием,о чем свиде-зльствуют новообразования.Поведение элемента в перегнойко-глеевых торфянисто-глеевых почвах определяется его биогенной аккумуляци-% в горизонтах А,То и глеевым выщелачиванием в гор.6 .который об-шен подвижными формами марганца.Они составляют в гидроморфннх позах от единиц до сотен мг/кг.Распределение цинка характеризуется адныпением концентраций подвижных форм с глубиной.Их содержание на-

ходится в пределах единицы мг/кг.Для меди характерна иная особенност распределения .В частности,относительно большое количество меди обнаружено в глеевых горизонтах почв.Подвижные формы меди составляют десятые доли и единицы мг/кг.

Автоморфные и переходные почвы на лессовидных суглинках. Суглинистые отложения не имеют широкого распространения на междуречьях.Пс этому они резко выделяются среди песчаных зандровых полей,обособляяс на относительно приподнятых над остальной территорией участках,локализованных в областях близкого залегания доломитазированных известия ков карбрчаЛ&шералогйческий состав обломочных фракций почвообразую-щих пород характеризуется преобладанием кварца,в то время как тонкодисперсную фракцию в значительной степени составляют шдрослюды.Ве-личина иловатой фракции достигает 20%.

На содержание в почвах,сформировавшихся на лессовидных суглин-ках,шелочно-земельных элементов,в частности кальция,оказывает влияние близость карбоновых известняков и высокое содержание илистой фрг кции.Это способствует закреплению кальция в обменной форме,максималт ные концентрации которого обнаружены в гор.В/0,2-0,5$/,мишшальные-в гор.А2 / до 0,01%/.Однако эти почвы бедны водорастворимыми формами кальция,.содержание которых мало отличается от значений,характерных для песчаных почв.Водорастворимый кальций составляет всего тысячные доли процента.Это свидетельствует о режиме его глубокого выщелачивания, что связано с кислой реакцией среды/рН варьирует в предел; 4,4-6,0/,избыточным увлажнением.Влияние литогенной основы в значительной мере подавляется биоклиматическими факторами«

Распределение подвижных форм железа характеризуется максимальными концентрациями в гумусовых и иллювиальных горизонтах,но минима-льными-в подзолистых.Это аналогично распределению элемента в песчаных почвах»По сравнению с ними почвы,сформировавшиеся на лессовидны: суглинках »выделяются высокими содержаниями микроэлементов.Марганец составляет в гор.А^ сотни мг/кг,цинк-десятки,медь-единипы,что больше почти на порядок аналогичных показателей песчаных почв.В распределении указанных металлов наблюдается сочетание биогенной аккумуляции в верхних горизонтах с кислым выщелачиванием в нижних.

Геохимическая специфика пойменных почв „К важнейшим факторам, об? сдавливающим геохимические особенности пойменных почв.можко отнезт? состав аллювиальных отложений,на которых они формируются,мощность ежегодного наилка и его преобладающая фракция,гидрохимические 00 ^ ности вод реки,уровень грунтовых вод и их химизм,преобладающий г растительяости.Пришшая во внимание перечисленные факторьциссле

ванные почвы четко дифференцируются на расположенные в поймах крупных рек Оки и Клязьмы и малых рек Мещеры.

Первая группа почв характеризуется преимущественно суглинистым сотавом,высоким содержанием гумуса,суммы поглощенных оснований,реакцией среда,близкой к нейтральной и слабощелочной«Вторая -сформировалась на песчаном и супесчаном,реже суглинистом аллювии/исследовались поймы рек Пры и Гуся/.Поэтому по своим физико-химическим показателям, содержанию щелочно-земельных элементов эти почвы несколько отличаются от расположенных в поймах крупных рек.В почвах первой группы,в частности, кальций составляет десятые,а во второй-только сотые доли процента. Следовательно, поймы малых рек не являются существенными геохимическими препятствиями на пути выноса указанного элемента из почв междуречий и долина

Пойменные почвы отличаются большим содержанием подвижных,особенно кислоторастворимых.форм железа,достигающих сотен мг/l00г.Следовательно, из почв междуречий выносится значительные его количества.В процессе этой миграции наименее подвижные формы железа аккумулируются в виде новообразований,^ наиболее подвижные- переходят в грунтовые воды и выносятся в реки,В пойменных почвах р.Оки наблюдается увеличение содержания железа вниз по профилю,что нетипично для пойм малых peí

Для пойменных почв характерно высокое содержание микроэлементов. В частности,подвижного марганца в почвах поймы р.Оки аккумулируется в 1,5-*2 раза больше,чем в почвах пойм малых рек.Ег® содержание достигает сотен мг/кг.По содержанию цинка и меди почвы первой и второй групп не имеют существенннх различий.Подвижные формы этих элементов составляют единицы мг/кг.

Глава 4. Распределение и динамика химических элементов в рэстит тельноетн и природных водах.

Влияние условий местообйганий на химический состав растений господствующих фитоценозов. Как известно,химический состав растений определяется их видовой спецификой обменных процессов и экологическими условиями,в которых доминирующая роль принадлежит содержанию элементов питания в почве„Наиболее распространенный в Мещере тип местообитаний представлен песчаными междуречьямтш тергасами крупных рек.Эти местообитания отличаются обедненностью доступных для растений форм элементов питания,недостатком или избытком влаги и кислой средой.В таких условиях развитие биогеоценозов направлено на оптимизацию изначально неблагоприятных факторов среды.В частности,характерно интенсивное биологическое поглощение элементов,имеющих важное физиологическое значение.Коэффициенты биологического поглощения марганца.магния,

кальция порядка ГиХШО,меди,цинка - О-х10,а железа - меньше 1сСоде-ржание С сии М^ в золе растений составляет десятые доли процента,£ е -сотые»М®,--десятые/лиственные породы/ и сотые/хвоя сосны,мхи,лишайник/, вднка^ысячные,меди*-десятитысячные доли процента от массы аб~ солютно-сухого вещества„Последовательность накопления макро- и микроэлементов одинаковая для всех исследованных видов растений: С«. 7 Мк7Ре > у (^¿„Прослеживается геохимическая специализация растений, выражающаяся в накоплении кальция,магния,марганца,цинка преимущественно в лиственных породах подлеска и напочвенныхокуотарничков/бе-реза,дуб,черника,брусника/,а железа и меди - в мохово-лишайняковом покровеоЭто влияет на неодинаковую активность вовлечения химических элементов в биологический круговорот,отличающийся большой степенью замкнутости в системе растения-подстилка,экономичностью использования ресурсов,

В условиях элювиальных ландшафтов верхних частей гряд и холмов при глубоком залегании грунтовых вод/5~6м/,хорошей аэрации и быстром разложении опада на кислых песчаных боровых почвах формируются сосняки лишайниковые.Емкость биологического круговорота всего около 30 ц/ га химических элементов.Кальций и магний составляют в фитомассе сотни кг/га,марганец,железо-десятки кг/га,цинк-единицыкг/га,медь«-сот-ни г/га.В мертвом органическом веществе подстилок сосредоточено 4,0 ц/га химических элементов,то есть 1/7 от массы всего органического вещества .Масса зольных элементов,вовлекаемых в биологический круговорот,порядка 50 кг/га,в том числе единицы кг/га (Х,М^,Мп^сотни г/га Ре,десятки г/га .единицы г/га (к.

Развитие- биогеоценоза сопровождается образованием мохового покрова, дифференциацией почвенного профиля,увеличением его мощности,возрастанием количества опада и скоростей его разложения.Формируются зе-леноыошныв соснякщ:где зеленые мхи являются аккумуляторами зольных элементов/зольность 5-7/.Емкость биологического круговорота увэличива ется до 35 ц/га.интенсивность - до 100 кг/га химических элементов.Лесные подстилки аккумулируют до 500 кг/га зольных компонентов.

Для транзитных ландшафтов нижних частей склонов высоких/5-6м/ холмов и гряд,или незначительно приподнятых поверхностей/1,5-Зм/ характерно формирование наиболее продуктивных сосняков черничных.Поте-нвдальная бедность почвообразующих пород элементами питания компенсируется благоприятными условиями сочетания режимов влажности и аэрации поступлением металлов в почву из автономных ландшафтов с почвенно-гру нтовым стоком.Улучшение условий питания растений приводит к увеличению масс химических элементов,вовлекаемых в биологический круговорот.

- и -

3 фитомассе их удерживается около 65 ц/га,а на построение годичного трироста потребляется 150 ц/га.Лесные подстилки содержат до 6,0 ц/га зольных элементов.

Наиболее пониженные участки междуречий и долин.сопряженные с от-юсительно приподнятыми зандровыми холмами и грядами,являются подчинен гными ландшафтами,где в условиях постоянного переувлажнения развивает-¡я болотный процесс,и образуется торфяной слой.Такие условия малобла-■оприятны для роста сосны,поскольку ее корневая система может осваи-1ать только поверхностный слой.При этом формируются сосняки кустарнич-¡ово-сфагновые^где поступление элементов питания связано в основном с .тмосферными осадками и пылью.Важной особенностью сфагновых сосняков вляется большая доля мхов и многолетних кустарничков в общей фитома-се,отчего большое количество элементов фиксируется на длительное вре-я,исключаясь из биологического круговорота.Роль главного фактора био-еохимического обмена в системе фитоценоз-почва от древесного яруса ереходит к сфагновой и кустарничковой синузиям.Общее содержание хи~ аческих элементов в фитомассе составляет 15,0 ц/га,а их годичное по-ребление-5.0 ц/га.Бедность опала элементами питания сочетается с его рактичвски полной неминерализуемостью.что усугубляет напряженность эжима питания растений.

Наименее? распространенный тип местообитаний растительных сообще-гв приурочея к учпеткам междуречий„сложенных лессовидными суглинка-i.Oh характеризуется благоприятными условиями обеспечения растений 1ементами питания и влагой,что выражается в обилии кальцефильных ви->в.По причине высокого плодородия почв и,как следствие,высокой сель-сохозяйственной освоенности,распространение естественны биогеоце«о->в незначительное.Для них характерна высокая емкость и интенсивность [алогического круговорота,особенно биологической миграции кальция и агния,хотя коэффициенты их биологического поглощения в неснолоко раз :же,чем для растительности на песчаных почвах.Биогеоценозы смешанных сов на лессовидных суглинках имеют больше по сравнению с сосновыми личины фитомассы,прироста и опада.чему соответствует большее содер-ние химических элементов в фитомассе/100 ц/га/.В биологический кру-ворот их вовлекается около 20 ц/га.

Третий тип местообитаний-поймы рек,где формируются внсокопродук-вные луговые и широколиственные ценозы.Последовательность накопления ученных элементов в них несколько иная:С«.? М^ > Ре^МоуХъг сДеле-накаплквается в больших количествах,чем марганец/.Биологический утоворот характеризуется быстротой обращения элементов питания в си-

стеме почва - растения.Их общее потребление находится на уровне сотен кг/га,в том числе десятки кг/га Ссь.Мс- ,единицы кг/га Ре,сотни г/га М*и,десятки г/га "2у\ и С

Водная миграция химических элементов.Существенные отличия поххгь-мическоцу составу наблюдаются у крупных транзитных рек Оки и Клязьмы, а также рек местного стока.Химический сослав воды р.Оки на участке г. Коломна - г.Муром изменяется незначительно.Вода имеет резко выраженный гидрокарбонатный состав при преобладании ионов кальция,характеризуется высоким содержанием кислорода,небольшим количеством взвешенных частиц и железа»Химические особенности воды р.Оки мало отражают черты геохимических обстановок Мещеры,поскольку река принимает значительное число притоков с территорий,прямо пртивоположных по свойствам литоге-нкой основы и геохимическим процессам.

- Река Клязьма формирует химический состав вод в условиях водосборов, сложенных на правом берегу флювиогляциальными отложениями с подзолистыми и болотными почвами,а на левом-лессовидными суглинками с преимущественно серыми лесными почвами.Влияние правых притоков сказывается в том,что в р.Клязьме на всем протяжении содержится значительное количество легкоокисляемых органических веществ,вследствие чего наблюдается высокое биохимическое потребление кислорода/по ЕПК^/ -4,9-8,6 мг/л.

Река Москва также принимает не только мещерские притоки и потому не может служить достоверным индикатором геохимических процессов,характерных для Мещеры.Нагляднее геохимическую картину водосборов индицируют реки местного стока.Химический состав вод характеризуется небольшой общей минерализацией,высоким содержанием железа/единицы мг/ л/при остром недостатке кислорода.

Наибольшее представление о перераспределении вещества дают расчеты масс элементов,вовлекаемых в продолжительную водную миграцию.Ре-ки Ока,л Клязьма и Москва выносят в год с 1 км^ площади водосбора десятки тонн кальция,единицы тонн магния,сотни кг железа,единицы кг меди и цинка .В бассейне р.Клязьмы происходит более интенсивный,чем в бассейне р.Оки вынос железа,меди,цинка,но менее интенсивный *• кальция, магния. Реки местного стока ежегодно вовлекают в миграцию единицы кг меди,цинка,марганца с 1 км^.Тяжелые металлы/особенно железо и марганец/менее интенсивно выносятся в крупные речные артерии,а имеет маг то перераспределение элементов внутри водосборов,частичная аккумуляция на поймах и в приустьевых частях рек.Это согласуется с рассчита-иными к гранитному слою коэффициентами водной миграции металлов.

Наибольшие величины этого показателя у кальция и магния/Кх= х10/, наименьшие- у железа и марганца/Кх-~ 1/.Более активно в протяженную миграцию медь и: цинк вовлекаются в бассейне р.Москвы,магний и железо - в бассейне р.Клязьмы,кальций - в бассейне р.Оки.При значительной миграционной подвижности водорастворимые формы кальция и магния активно выщелачиваются из почв и мигрируют с водным стоком за пределы мещеоских ландшафтов.

Глава 5. МВДЩШО^ГЕОХИММЕСШШ ОБСТАНОВКИ МНЦЕРЫ.

Результаты исследований,изложенные в предыдущих главах,позволяв ют выделить в пределах Мещеры три главные ландшафтно-геохимические обстановки, которые различаются по свойствам почвообразующих пород и почв,характеру биологического круговорота,типоморфным элементам,определяющим геохимические процессы:обстановку песчаной аллювиально-зандро-вой равнины?суглинистых оподзоленных ополий и суглинистых пойм крупных рек Они и Клязьмы.

ЛандшаФтно-геохишческая обстановка песчаной аллювиально-зандро-вой равнины. Полученные сведения позволяют объединить в одну ландша-фтно-геохимическу$ обстановку высокие части долин и низменные участки

* НЙЕМедаетс*

междуречий,посколькуV-их геохимическое единство,проявляющееся в песчаной литологической основе,сочетании сухих возвышенных холмов и гряд &> влажными заболоченными понижениями,господством сосновых и болотных фдтоценозов.

Главными геохимическими процессами в обстановке аллювиально-зандр ровой равнины являются процессы активной мобилизации железа,радиального и латерального его перемещения,что влечет за собой появление желе-зооксидных новообразований.Изначально этому способствуют особенности микрорельефа,выражающиеся в чередовании относительно повышенных сухих гряд и холмов с заболоченными пространствами.Это приводит к постоянной смена окислительного режима восстановительным даже на небольших по пяо дади участках.

В условиях окислительного режима автоморфных почв песчаных гряд происходит миграция железа с весьма подвижными и агрессивными фульво-•сислотами,непрерывно поступающими из неразложившейся подстилки,вниз ю профилю с образованием иллювиальных горизонтов.В среднем содержа-ме растворимого в воде железа в них составляет 1,0 мг/100г почвы.Пе-зеходу железа в растворимую двухвалентную форму,миграционво подвигаю способствует периодически возникающий восстановительный режим в гочвах верхних частей склонов весной и при большом количестве осад-ов летом.

При смене восстановительных условий вновь окислительными железо выпадает в осадок в виде ржаво-бурой окиси„Отрицательные элементы рельефа служат его концентраторами.

Важную роль в .процессе перераспределения железа играет растительность.В частности,сфагновые мхи аккумулируют значительные его количества. В золе содержится в среднем 0,1$ железа от массы абсолют-го сухого вещества.Его потребление растительностью достигает 12,0 кг/га,а возвращается в почву с опадом - 10,0 кг/га.Содержание железа в органическом веществе торфа достигает 10,0 т/га.Значительные массы элемента активно мобилизуются и вовлекаются в горизонтальную миграцию отри участии рек,протекающих через заболоченные пространства. Так,наиболее заболоченные реки Бужа и Пра/заболоченность соответственно 37$ и 32^/ выносят в год с 1 км2 489,8 кг /Бужа у д.Моча-ловка/ и 100,0 кг /Пра у д.Деулино/ железа.

Геохимическая обстановка суглинистых оподзоленных опсигай. Она сформировалась на относительно повышенных водораздельных поверхностях, сложенных пылеватыми суглинками.Важная особенность обстановки, существенно влияющая на геохимические процессы,-относительно близко« залегание кровли каменноугольных отложений.Это создает предпосылки для высокого содержания в почвообразующих породах и почвах форм ка-львдя,доступных для растений.Однако здесь,в отличие от ополий,расположенных южнее и западнее,господствует кислая среда,что в совокупности с промывным режимом способствует миграции щелочно-земельных элементов и их выносу за пределы ополий.На участке г.Ковров - д.Га-лицы в реку Клязьиу попадает 20,0 тонн кальция,5,5 тонн магния с 1 км" /год.Река Ока в районе г.Муром выносит около 16,0 т/км2 кальция и 3,8 т/км^ магния в год.

Существенным препятствием на пути выноса щелочно-земельных элементов является растительность,которая в нижних древесных ярусах и в напочвенном покрове является кальцефильной/клен европейский.бересклет бородавчатый,копытень европейский и другие индикаторные виды широколиственных лесов/. В фитомассе концентрируется до 900 кг/га Со-,до 700 кг/га М^ ,В биологический круговорот ежегодно вовлекаете: до 30 кг/га указанных элементов.

Таким образом,опольные обстановки Мещеры имеют общие для всей ее территории черты полесий/кислая среда,преобладание выноса химических элементов,развитие подзолообразовательного процесса/.Это не по зволяет автору согласиться с рядом исследователей,не относящих район Окско-Цнинского вала к Мещере,а проводящих ее восточную границу по долине р.Гусь.

- 15 -

Геохимическое своеобразие пойменных обстановок крупных рек Мещеры, Поймы крупных рек Оки и Клязьмы являют собой арену аккумуляции макро-и микроэлементов,своеобразную крупную геохимическую"ловущ-ку" на пути их выноса за пределы Мещеры„Эта обстановка - пограничная зона между междуречными пространствами и реками,потому испытывает влияние со стороны как первых,так и вторых.По контрасту в содержании исследованных элементов в почвах и растительности видно,какой интенсивности достигают процессы выщелачивания в первом случае и аккуму-ляции-в последнем.Эти особенности сделали поймы рек Оки и Клязьмы главными земледельческими районами Мещеры,где сосредоточена основная часть пахотных земель,а также располагаются высокопродуктивные пастбища.

ВЫВОДЫ

1. Мещера относится к типичным регионам полосы полесий Восточно-Европейской равнины,где почвообразующие породы представлены преимущественно флювиогляциальными и древнеаллювиальнымя песками,а также лессовидными суглинками проблематичного генезиса.Общими геохимическими особенностями почвообразующих пород региона является низкая обеспеченность подвижными формами щелочно-земельных и тяжелых металлов .Водорастворимые формы кальция и магния в большинстве случаев составляют всего десятитысячные,железа-тысячкне доли процента.Подвижных кислоторастворимыхДН НС /форм железа находится в пределах от единиц до десятков мг/кг,марганца-единицы мг/кг,цинка и меди-десятые доли мг/кг от массы воздушно-сухой почвы.

2„ Особенности палеогеографического развития и почвообразующих пород детерминировали геохимическую специфику почв региона.Они представлены преимущественно подзолистыми разновидностями,для которых характерно сочетание биогенной аккумуляции и кислого выщелачивания металлов.Все почвы Мещерского полесья отличаются низкими концентрациями подвижных форм щелочно-земельных/Са,М^ / и тяжелых/Ре,Мм , Зц. /«В почвах,сформировавшихся на песчаных отложениях,водорастворимые |ормы кальция и магния составляют тысячные,магния-десятатысячные до-пи процента от массы воздушно-сухой почвы.Подвижных форм железа сод-зржится от десятков до сотен мг/100г,марганца-порядка единиц и десятков мг/кг,меди и цинка-от десятых долей до единицы мг/кг.Почвы на гессовидных суглинках отличаются почти на порядок более высоким содержанием подвижных форм микроэлементов.Все перечисленные металлы аккумулируются в относительно большом количестве в пойменных почвах срупных рек.

3. Сосновые фитоценозы,имеющие наибольшее распространение в Мещерском полесье,отличаются низким содержанием зольных элементов в фитомассе„Кальций и магний составляют в ней всего сотни кг/га,марганец и железо-десятки кг/га,цинк-единицы кг/га,медь-десятые доли кг/ га.С этим,в значительной мере,связана низкая интенсивность биологического круговорота.В него вовлекаются сотни кг/га химических элементов,в том числе единицы кг/га кальция,магния,марганца,сотни г/га железа,десятки г/га цинка,единицы г/га меди.Посредством водной мигра ции с 1 км^ площади водосборов за год выносятся десятки тонн кальция и магния,сотни кггжелеза,единицы кг марганца,цинка,меди.

4. Интенсивность поглощения микро-и макроэлементов растительностью находится в обратной зависимости от их содержания в почвообразу ющем субстрате.Геохимическая специализация растений выражается в накоплении щелочно-земельных элементов.марганца,цинка преимущественно в лиственных породах,а железа,ыеди-напочвенном покрове.Зто влияет кг неодинаковую активность вовлечения разных химических элементов в биологический круговорот.

5. По свойствам почвообразующих пород и почв,а также характер биологического круговорота в пределах Мещеры можно выделить три ла ядшафтно-геохимические обстановки:

1/ аллювиально-зандровую песчаную равнину,дня которой характе! 122 сочетание сосновых лесов и болот с предельно кислыми почвами, высокая интенсивность поглощения металлов растительностью,особенно кальция,магния,марганца/Кб£ п. хЮ0/,меди,цинка/Кб=п~х10/

2/оподзоленные суглинистые ополья,в значительной степени окультуренные и измененные человеком,с умеренной интенсивностью поглощения рас ти т ельнос тыо кальция, магния, марганца-/Кб= т- х10/

3/ поймы крупных рек,представляющие собой геохимические фильтры, задерживающие основную часть железа и марганца,а также значительную часть цинка,меди,но слабо препятствующие выносу щелочноземельных элементов/кальция.магния/.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. /Таранина/ Сельскохозяйственные ресурсы ландшафтов Мещерской низменности в пределах Рязанской области.- В сб.:Природные и хозяйственные ресурсы Рязанской области и оценка их перспектив.-Рязан 1990.-С.119-123.

2. /Таранина/ Некоторые физико-географические особенности лан;. шафтов карстующихся пойм Рязанской Мещеры/район пос.Мурмино-дер.Кз-зарь/.-В сб.Географический анализ природных и соцпально-экономи^ес ких образований.-Рязань,1992,4.3-4. - С.53-55.

3./Таранина/ Особенности почвообразующих пород и почв Тумског

ландшафта Рязанской Мещеры. — Там же. — С. 55—60.

4. Геохимия сосновых биогеоценозов па кварцевых песках Мещерской низменности. // Научные труды МПГУ им. Ленина. Серия: естественные науки. Ч. 2. — М.: Прометей, 1994.— С. 88—93.

5. Миграция и аккумуляция железа в обстановках заболоченных междуречий Мещеры. // Материалы Первого Международного совещания «Геохимия биосферы. — Новороссийск, 1994. - С. 16-18.

6. Тяжелые металлы в компонентах ландшафтов Мещеры. — В сб.: Экология и охрана окружающей среды. — Рязань,

1994. - С. 160-163.

Объем 1 п. л. Заказ 48.

Подп. к печ. 2.03.95.

Типография МПГУ им. В. И. Лепипа

Тираж 100