Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состав почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод территории Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Состав почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод территории Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника"

На правах рукописи

Белянина Лариса Александровна

003058345

СОСТАВ ПОЧВЕННЫХ РАСТВОРОВ, ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ТЕРРИТОРИИ ЦЕНГРАЛЬНО-ЛЕСНОГО Г ОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО БИОСФЕРНОГ О ЗАПОВЕДНИКА

Специальность 03 00 27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2007

003058345

Работа выполнена на кафедр« химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им М В Ломоносова

Научный руководитель-

кандидат биологических наук, доцент Е И Караванова Официальные оппоненты-

доктор биологических наук, профессор >4 И Макаров доктор биологических наук, профессор И M Яшин

Ведущая организация-

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г Пущино)

Защита состоится 24 мая 2007 года в 15 часов 30 минут в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета К 501 001 04 при МГУ им M В Ломоносова по адресу 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени M В Ломоносова, факультет почвоведения

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им М В Ломоносова

Автореферат разослан «¿^»(Ук^уАля 2007 юда

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба присылать по адресу 119991, Москва, ГСГ1-1, Ленинские горы, МГУ имени М В Ломоносова, факультет почвоведения, ученый совет

Ученый секретарь диссертационного совета Л Г Богатырев

Общая характеристика работы

Актуальность темы Рассматривая почвенную влагу как одну из самых важных категорий природных вод в биосфере, В И Вернадский (1960) считал ее «основным субстратом жизни» и «основным элементом механизма биосферы» Почва в значительной мере определяет состав различных форм вод в природе, потребление воды живыми организмами, испарение В составе различных форм почвенной влаги происходит трансформация продуктов выветривания и разложения ор1 анического вещества, процессы растворения и новообразования минералов и осуществляется миграция элементов Таким образом, почвенная влага отвечает за подвижность элементов в почвенном профиле, определяя перераспределение веществ по генетическому профилю почвы и вынос их в сопредельные среды Изучение состава и свойств почвенных вод является необходимым для исследования особенностей миграции различных веществ в ландшафте и формирования состава поверхностных вод

Цель работы. Изучение закономерностей формирования состава почвенных растворов, почвеино-грунтовьк и поверхностных вод территории Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника (ЦЛГПБЗ)

Задачи исследования •

1 Выявить особенности состава почвенных растворов типичных почв ЦЛГПБЗ

2 Установить связи между составом твердой фазы почв и почвенных растворов

3 Оценить роль водорастворимых органических веществ (ВОВ) в формировании состава почвенных растворов

4 Установить связь между составом почвенных растворов и гравитационной почвенной втаги, являющейся потенциальным источником питания поверхностных вод

5 Изучить состав различных видов поверхностных вод (ручьи, болота, р Межа) с учетом сезонной динамики

6 Установить связь между составом почвенно-грунтовых и поверхностных вод

Научная новизна Впервые получена детальная характеристика и проведен сравнительный анализ химического состава и свойств почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод территории ЦЛГПБЗ Впервые изучены амфифильные свойства органических веществ, присутствующих в жидкой фазе модальных типов почв, показано их влияние на мш рационную способность связанных с ними соединений металлов Для изученной территории впервые установлены и показаны различные аспекты взаимосвязей химического состава почв, почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод

Практическая значимость Полученные данные могут быть использованы при прогнозе поведения элементов питания и тяжелых металтов в почве и в ландшафте, моделировании

процессов переноса веществ в системе почва - поверхностные воды, балансовых расчетах цикла углерода и соединений метштлов в наземных экосистемах южной тайги

Апробация По основным положениям диссертации были сделаны доклады на VII Докучаевских молодежных чтениях «Человек и почва в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2004), международной конференции «Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах» (Петрозаводск, 2005), XIII международной научной конференции «Ломомосов-2006» (Москва, 2006), а также на заседаниях кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ

Публикации По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи Структура и объем работы Диссертация изложена на 146 страницах, включает 15 таблиц и 36 рисунков Состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения Список литературы включает 147 источников, в том числе 31 на английском языке

Благодарности Автор выражает благодарность профессору кафедры химии почв С Я Трофимову, сотрудникам Института Почвоведения МГУ и кафедры химии почв В В Демину, 10 А Завгородней, А А Степанову, Д В Ладонину и СИ Решетникову за предоставленные образцы поверхностных вод и помощь при получении аналитических данных, а также сотрудникам и руководству ЦЛГПБЗ - за возможность проведения исследований на территории заповедника

Содержание работы Глава 1. Литературный обзор На основании анализа отечественной и зарубежной литературы (Алекин, 1970, Алекин, Бражникова, 1964, Добровольский, Никитин, 1990, Дривер, 1985, Назаров, 1981, Перельман, Касимов, 1999, Роде, 1954, Скрынникова, 1950, Снакин, 1989, Фокин, 1986, Яшин, 1993, Jardine et al, 1989, Kaiser, Zech, 1998, 1999, Moore et al, 1992, Zabowski, Ugolmi, 1990, и др) показано, что в лесных ландшафтах южной тайга основную роль в переносе веществ играет водная миграция элементов Процессы перемещения и трансформации подвижных форм соединений макро- и микроэлементов и водорастворимою органического вещества в ландшафте происходят при участии различных категорий природной влаги почвенных, вод верховодки, грунтовых и поверхностных На состав природных вод в лесных почвах южной тайги оказывают влияние интенсивность биологического круговорота, водный режим почв, физико-химические особенности соединений, а также свойства и состав почв и растительных остатков Формирование состава поверхностных год происходит за счет выноса веществ со стоком (внутрипочвепным или грунтовым) с прилегающих к данному водоему территорий Почвы, определяя состав просачивающихся через них растворов и участвуя в создании

внутри почвенного стока, являются важнейшим фактором, регулирующим миграцию элементов в геохимическом ландшафте и состав поверхностных вод.

Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник (ЦЛГПБЗ) находится п Нелидовском районе Тверской области. Заповедник расположен на Каспийско-1>алтнйеком водоразделе Русской равнины в юго-западной части Валдайской возвышенности в подзоне южной тайги и является эталоном типичных моренных ландшафтов с экосистемами еловых лесов й верховых болот (Миняев. Конечная. 1977, Абрамова, Уланова, 1979; Строганова и др., 1979, Карначевский и др.. 1995; Регуляторная роль почвы.., 2002). Согласно ночвенно-гео графическом у районированию СССР 1980 года (Добровольский, Урусевская, 2006) территория ДЛГПБЭ относится к Среднерусской провинции дерново-подзолистых среднегумусированных почв, являющейся частью южно-таёжной подзоны цеЕГгралъной континентальной таежно-лесной области подзолистых почв Основными типами почв ЦЛГПБЗ являются; торфянисто-подзолистые глееватые, палево-подзолистые, дерново-подзолистые, подзолистые, буроземы, дерггово-глеевые, перегнойно-глеевые, торфяно-глеевые.

Объектами исследования являлись следующие типы почв и полученные из них почвенные растворы; торфянисто-подзолистые глееватые (ТПГ) (разрезы 1 к 2, гор. F, Н, E,i,, Е), бурозем (разрез 3, гор. Н, В), перегной но-глеевая (ПГ) (разрез 4, гор, Алср„, А>, низинная торфяно-глеевая (ТГ) (разрез 5, гор. Т), дерново-подзолистая (ДП) (разрез 6, гор. F, Н, АЙ, ЕВ, В) и подзолистая (II) (разрез 7, гор. F, АЕ, Е, Bf, Вг) (Рис. I). Также исследовали образны различных форм природных вод; полкроновых, верховодки, гравитационных и поверхностных (ручьев, болот и р. Межа),

Глава 2. Природные условия и почвы района исследования

Глава 3. Объекты и методы исследования

Ельник сфагноао-черничный

Ельник Ельник Ельник

сфагноео- киелнчно- киелично-черничньм черничный неморальный

Осинник кмеянчно-

нем оральный березняк

Перегной № глеевая {разрез 4)

Торфяно-глоевая ниэиннйя (разрез 5)

Рис. 1. Приуроченность исследованных почв территории ЦЛГПБЗ к различным элементам рельефа.

Подкроновые воды собирали над поверхностью разрезов ТПГ, ПГ почв и бурозема одновременно с получением проб растворов Пробы верховодки представляли собой влагу, стекающую по боковой стенке разрезов на границе подстилки и подподстилочного горизонта (в ТПГ почве) или из opraiioi енных горизонтов Адср„ и А (в ПГ почве)

Почвенные растворы получали в полевых условиях (2002-2005 гг) методом вакуумной фильтрации с помощью установки, состоящей то вакуумного насоса и системы керамических фильтров (диаметр пор 0,7-0,9 мкм), соединенных с сосудами-приемниками При работе насоса создавалось разрежение (величина вакуума от -0,4 до -0,6 бар), за счет которого почвенные растворы поступали в фильтры, а оттуда по системе полихлорвиниловых трубок в приемники (Мотузова, Малинина, 1994) Отсутствие влияния метода получения почвенных растворов на величины иссчедуемых показателей было установлено экспериментально в лабораторных условиях (Малинина, Караганова, Белянина и др, 2007)

Для получения гравитационной влаги из органогенных горизонтов (АО+А) и подстилающей породы (D) использовали систему скважин, заложенных сотрудником Института Почвоведения МГУ В В Деминым по методике Роде А А (Роде, 1969) Скважины расположены на участках с 4 типами почв торфяной верховой, торфяно-глеевой верховой, ТПГ почвой и буроземом Пробы различных форм поверхностных вод были отобраны в разные сезоны Полевые исследования и отбор проб проводились в 2002-2005 гг

Водные вытяжки получали в статических усчовиях при соотношении подстилка вода = 1 25, для минеральных горизонтов - почва вода =1 10 В лабораторных экспериментах гакже использовались водные вытяжки из горизонтов палево-подзолистой почвы (ПП) (разрез 8)

Измерения рН в почвенных растворах, природных водах и водных вытяжках проводили потенциометрическим методом (Аринушкина, 1970)

Величины общей кислотности и количество кислотных функциональных групп в вытяжках и почвенных растворах опредечяли методом непрерывного потенциометрического титрования Обработку данных проводили с применением функций Грана и уравнения Гендерсона-Хассельбаха (Takamatsu, Yoshida, 1978, Караванова, Белянина и др , 2006)

Содержание углерода водорастворимых органических веществ (ВОВ) в почвенных растворах, природных водах и водных вытяжках определяли по методу Тюрина (Воробьева, 1998)

Хроматографическое фракционирование компонентов ВОВ почвенных растворов и водных вытяжек проводили на гидрофобизированном геле агарозы (Octyl Sepharosa CL-4B, Pharmacia) (Остерман, 1986 Мичановсгии, 2006) Фракционирование компонентов ВОВ с разными молекулярными массами проводили с помощью метода гель-хроматографии на геле Сефадекс G-50 (Pharmacia) (Ортов, Милановский, 1987, Остерман, 1986)

Концентрации Fe, Mn, Zn и Си в водных вытяжках определяли методом атомно-абсорбциоиной спектроскопии в пламени воздух-пропан-бутан на приборе ААС-1 Содержание Са и Mg - методом атомно-абсорбционной спектроскопии в пламени закись азота -ацетилен, Na и К - методом эмиссионной фотометрии пламени (Физико-химические методы , 1980) Концентрации элементов в почвенных растворах и природных водах измеряли методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре Agilent 7500А

Элементный состав (Si, А1, К, Na, Са, Mg, Fe, Mn, Zn, Си, P, S) исстедуемых почв определяли методом РФА на энергодисперсионном рентгенфлуоресцентном спектрометре ED 2000, содержание углерода - на экспресс-анализаюре АН-7529

Глава 4 Обсуждение результатов

4 1. Состав почвенных растворов в разных типах почв ЦЛГПБЗ

В составе почвенных растворов из верхних органогенных горизонтов основных типов почв заповедника выявлены следующие особенности (Табл 1)

Таблица 1 Состав почвенных растворов из подстилок торфянисто-подзолистой глееватой

(п=52), бурозема (п=6), перегнойно-глеевой (п=14) и торфяно-глеевой (п=20) почв ___(среднее доверительный интервал среднего, р-0,90)_

Почва, горизонт мг/л рН

Сцов Na Mg A1 Si К Са Mn Fe Си Zn

Торфянисто-подзолистая глееватая, Г+Н 91,70 ±5,84 1,77 ±0,22 0,97 ±0,15 3,34 ±0,42 4,67 ±0,31 2,53 ±0,26 6,82 ±0,97 0,09 ±0,01 1,14 ±0,12 0,01 ±0,001 0,26 ±0,07 4,71 ±0,17

Бурозем Н 37,35 ±15,63 1,57 ±1,31 0,67 ±0,19 1,26 ±0,81 4,13 ±0,64 3,74 ±2,79 3,10 ±1,15 0 66 ±0,38 1,08 ±1,39 0,01 ±0 01 0,96 ±1,03 4,62 ±0,17

Перегнойно-глеевая, А г \vpn 71,63 ±11,31 2,95 ±0,55 4,59 ±1,20 0,72 ±0,18 3,59 ±0,39 1,90 ±0,34 20,81 ±5,72 0,52 ±0,19 1,23 ±0,23 0,01 ±0,002 0,12 ±0,07 6,93 ±0,34

1 орфяно-глеевая низинная, Т 27,07 ±3,92 5,42 ±0,95 6,09 ±0,96 0 03 ±0,01 4,12 ±0,18 2,23 ±0,75 24,88 ±4 23 0,04 ±0,02 0,18 ±0,04 0,01 ±0,001 0,02 ±0,01 7,96 ±0,11

Влияние грунтовых вод в условиях близости карбонатной морены приводит к высоким значениям рН, насыщению перегнойно- и торфяно-глеевой низинной почв основаниями Растворы этих почв обогащены щелочными и щелочноземельными элементами, а соединения

Ре и А1 малоподвижны и не переходят в жидкую фазу Наиболее резко выражены эти черты в ТГ почве она отличается от остальных самыми высокими значениями рН, концентрациями Иа, Са и самым низким содержанием Ре, А1, Мп, 2п и углерода ВОВ (Свов) Различие между ТГ и ПГ почвами проявляется в поведении Мп в растворе торфяно-глеевой почвы его так же мало, как и микроэлементов (Си Zn), а в перегнойно-глеевой, напротив, очень много По-видимому, это связано с различием в рН растворов и составе растительности В перегнойно-глеевой почве значения рН (в среднем 6,93) не достигают границы, при которой происходит осаждение марганца (рН>8,45, (Орлов, 1992)), а в ТГ почве (рН ог 7,42 до 8,41) близки к ней В ТГ почве возможно также осаждение Мп в виде фосфатов, его концентрация в растворах близка к величинам, отвечающим растворимости гидрофосфата Мп (в присутствии 1 мкмоль фосфат-ионов) (Рудакова, Воробьева, Новых, 1936) Повышенному содержанию Мп в биоценозе, где сформирована ПГ почва, способствует присутствие березы (Родин, Базилевич, 1965), тогда как в ельнике он постоянно извлекается из растворов в условиях его дефицита

Изученные торфянисто-подзолистые глееватые почвы, формирующиеся в условиях частого поверхностного переувлажнения на фоне бескарбонатных, или относительно глубоко залегающих карбонатных пород, сильно отчищаются по составу растворов Растворы ТПГ почв наиболее концентрированные, что объясняется отсутствием условий для осаждения из-за низких значений рН В растворах содержится много Б1, А1, Ре, Свов, и мало Мп, вероятно, из-за контрастно1 о окислительно-восстановительною режима, благоприятствующею его сегрегации в конкреции

Специфические черты бурозема гыражены наиболее слабо Растворы имеют черты сходства с остальными почвами, но содержат больше Мп, 2п и К, что связано, вероятно, с их биогенным накоплением (Родин, Базилевич, 1965, Богатырев, Васильевская, 2004)

По составу почвенных растворов из верхних органогенных горизонтов все почвы различаются достоверно (р=0,90) по 4-11 признакам из 12 изученных (Свов, N0, Mg, А1, 81, К, Са, Мп, Те, Си, гп и рН)

Для всех иссдедуемых почв дальнейшая трансформация состава растворов при переходе от подстилки к минеральным горизонтам, а также в пределах исследованного минерального профиля, относительно невелика (в 2-3 раза) по сравнению с теми изменениями, которые происходят в горизонте подстилки при первичном контакте атмосферных осадков с почвой (до нескольких порядков) Поэтому можно считать, что наиболее специфические черты состава почвенных растворов, которые закладываются в горизонте лесной подстилки, сохраняются и в других горизонтах и отражают индивидуальные характеристики типа почв в целом Это иллюстрируют данные дискриминантного анализа (Рис 2) Объединение проб почвенных растворов в однородные группы по совокупности показателей химического состава происходит

в соответствии с их принадлежностью к одному типу почв, вне зависимости от того, из каких генетических горизонтов они были получены

Рис 2 Объединение растворов торфянисто-подзолистой глееватой (ТПГ), перегнойно-глеевой (ПГ), торфяно-глеевой низинной (ТГ), бурозема, подзолистой и дерново-подзолистой почв в однородные группы по совокупности показателей их химического состава (Свов, Иа,

А1, 81, К, Са, Мп, Ре, Си, 7л и рН)

-Ю

■Ь

ТПГ (гор РН Е) ПГ(гор Адерн А) ТГ (гор Т) Бурозем (гор Н В) Подзолистые и дерн -подзолистые Г Н.АЕ.Е ЕВ, В)

-10

0 5 10

1-я каноническая переменая

15

20

4.2. Влияние состава и свойств твердой фазы почв на состав почвенных растворов

Элементный состав почв представлен в таблице 2 Полученные показатели в целом не отличаются от литературных данных (Карпачевский и др, 1995, Регуляторная роль почвы , 2002) Почвы характеризуются взаимно противоположным характером распределения по профилю биогенных элементов с одной стороны и А1, 81-е другой Содержание Сор,, 8 и Р, а в некоторых почвах также Мп и Zn, уменьшается при переходе от подстилки к минеральным горизонтам (в 2-5-10 раз) Содержание всех остальных элементов, напротив, возрастает при переходе от подстилок к минеральным горизонтам в особенности это относится к А1 и 81 (в сотни раз), при эгом максимумы содержания Са, Мя и Си могут приходиться на разные горизонты На фоне однотипного характера профильного распределения одинаковых элементов, в составе твердой фазы, как и в составе растворов, проявляются специфические особенности разных типов почв

Таблица 2 Валовое содержание элементов в торфянисто-подзолистой глееватой (ТПГ), подзолистой (П), дерново-подзолистой (ДП), буроземе (Б), перегнойно-глеевой (ПГ), торфяно-глеевой низинной (ТГ) почвах ЦЛГПБЗ

Почва, Гори- Сорг Na Mg AI Si P S К Ca Fe Mn Cu Zn

разрез зонт % мг/кг

О 27,08 <0,01 0,09 <0 01 0,22 0 18 0,14 0,34 0 58 0,03 932,64 2,67 67,43

Г 30,32 <0,01 0,04 0,02 0,59 0,25 0,33 0,13 0,23 0,29 129,68 4,68 48,99

ТПГ, н 24,05 0,01 0,03 0,03 0,98 0,32 0,37 0,17 0 20 0,55 51,95 4,42 44,89

ь 0,80 0,40 0,14 3,73 37,86 0,01 0,05 2,04 0,27 0,31 56 91 12,72 17,52

1 ЕВ 1 03 0,21 0,19 4,04 32,77 0,06 0,01 2,21 0,54 0 80 101,35 15,52 22,30

В1 0,68 0,31 0,25 4,49 37,42 0 04 0,04 2,42 0,69 1,35 127 00 8,39 25,47

B2g 0 20 0,24 0,35 4,66 32,57 0,03 0 04 2,17 0,62 1,68 122,97 17,66 27,73

L+F 23,72 0,02 0,06 0,01 1,24 0,31 0,32 0,19 0,32 0,16 898,00 3,94 106,20

п, АС 4,75 0,35 0,12 3,00 33,73 0,07 0,07 1,70 0,33 0 44 95,90 16,30 34,40

Ь 0,53 0,32 0,10 3,50 42,10 0,02 0,04 1,75 0,32 0,33 88,20 14,00 14,50

7 В, 0,58 0,44 0,27 4,44 36,00 0,05 0,05 2,00 0,52 1,11 156,60 14,10 30 00

в2 0,29 0,28 0,20 3,79 34,85 0,04 0,05 1,78 0,48 0,78 202,00 16,00 28,30

L 41,75 <0 01 0,05 0,02 0,91 0,32 0,26 0,28 0,43 0,17 874,00 4,53 50,50

Г 37,43 0,07 0,02 0,03 1,05 0,33 0,33 0 20 0,24 0,23 257,00 7,82 50,60

ДП, Н 20 90 0,05 0,05 0,07 3,13 0 42 0,31 0,40 0,12 0,54 111,00 5 33 25,00

6 АЕ 2,50 0,32 0,19 4,10 31,90 0,08 0,07 2,10 0,46 0,81 97,10 15,70 33 80

ЕВ 0,40 0 44 0 29 4,86 36,00 0,07 0,05 2,12 0,51 1,43 517,90 15,50 30 20

В 0,11 0 24 0,37 5 09 35,77 0,03 0,04 2,04 0 55 1,29 163,50 19,10 27,60

L 25,18 <0 01 0,11 0,01 0,37 0,24 0,19 0,19 0,99 0,04 1120,00 4,19 163.25

F 23,94 <0,01 0,03 0 04 0,62 0,39 0,38 0,24 0,26 0,50 2149,00 6,31 98,10

Н 18,07 0,01 0,07 OOS 3,43 0,55 0,33 0,42 0,66 0 64 845,40 3,58 35,70

Б, А 4,65 0,21 0,23 4,13 26 60 0,19 0,08 1,92 0,48 1,12 17416 17,63 62 28

3 В, 0,54 0,37 0,27 4 73 34,16 0,10 0,06 2,17 0,56 0,95 182,33 15,57 48 67

в2 0,21 0,28 0,28 4,22 36,12 0,06 0,04 2,30 0,71 0,86 159,51 15,34 32,09

ВС 0,22 0,25 0 38 4,80 34,16 0,06 0,04 2,31 0,72 1,17 143 00 13,30 43,69

с 0,07 0,23 0 48 6 48 31,30 0 03 0 04 2,83 0,75 2,29 143 40 18 47 53,29

L 25 49 0,03 0,16 0,01 0,40 0,23 0,20 0,12 1,03 0,07 764,00 4,85 151,00

пг, Адерн 15,60 0,05 0,21 2,15 14,04 0,22 0,20 1,17 4,42 1,20 833,80 13,71 78,72

А 4,18 0,20 0,30 3,79 21,85 0,11 0 08 1,31 1,54 1,14 152,96 8,31 38 38

4 Ag 3,57 0 29 0,31 4,63 28 12 0,11 0,07 1,70 1,44 ),8i 221 02 18,75 45 98

Bg 0 72 0,29 0,32 4,26 26 97 0,07 0,04 1,95 0,98 1,51 295,40 11,30 33,00

Т 20,52 0,03 0,21 0,03 1,29 0,24 0,29 0,10 1,53 0,61 3713,10 2,63 12 83

ТГ, B&fe 4,00 0,09 0,17 2,58 24,62 0 29 0,08 1,39 1,86 6,77 741,20 16,00 21 20

5 Bg 1,32 0 33 0,20 2,86 27,03 0,30 0,05 1,68 1,26 5,91 497,00 13,58 18,90

С 0 95 010 0,16 2,48 24,54 0,39 0,05 1,51 1,10 7,16 431,10 12 50 18,30

Так, повышено общее содержание Са, Ре и Р в профиле более I идроморфных (низинной торфяно-глеевой и перегнойно-глеевой) почв Кроме того, в нижних гориюнтах торфяно-глеевой почвы происходит значительное накопление Бе и Р, что может быть связано с

10

присутствием вивианита (или других минералов группы фосфатов) В буроземе повышенное содержание Мп в подстилке обусловлено лиственным составом опада (Родин, Базилевич, 1965) В дерновом горизонте перегнойно-глеевой и горизонте Т низинной торфяно-глеевой почв повышенному содержанию кальция способствует как участие жестких грунтовых вод в увлажнении профиля, так и биогенное обогащение верхней части профиля (Почвоведение (под ред Ковды, Розанова), 1988)

Различное содержание и состав соединений твердой фазы почв отражаются на составе почвенных растворов Достоверные корреляционные связи между содержанием в растворах и твердой фазе обнаружены для 81, А1, Ре, и С (г=-0,61, -0 62, -0,75, -0,61 и 0,78, соответственно) Однако большее влияние на жидкую фазу оказывает не общий запас соединений элементов в твердой фазе, а их растворимость, наиболее корректное представление о которой дает состав водных вытяжек, попучаемых в стандартных условиях (Воробьева, 1998) Количественные и качественные различия состава легкорастворимых соединений в изучаемых почвах должны отражаться в составе почвенных растворов, несмотря на их возможные отличия, связанные с разными условиями экстракции (Скрынникова, 1948, Шилова, 1969, Малинина и др , 2007)

Действительно, в составе водных вытяжек и почвенных растворов (Табл 3) проявляются черты сходства

Таблица 3 Состав водных вытяжек и почвенных растворов из подстилок торфянисто-подзолистои глееватой (ТПГ), перегнойно-глеевой (ПГ), торфяно-глеевой низинной (ТГ) почв и

бурозема

Почва горизонт Концентрация элемента, мг'л рн

Свов На Ь1 К Мп Ре Си Ъп

Водные вытяжки

ТПГ', Г 766,4 2,15 19,46 31,36 0,160 1,59 0,010 0,140 4,05

Бурозем,Н 152,1 2,27 0,85 7,35 0,809 0,71 0,030 0,029 5,24

ПГ, Адерм 310,3 7,19 3,00 18,96 0,495 0,70 - 0,031 5,75

ТГ,Т 63,2 1,65 1,87 1,04 0,105 0,06 - 0,016 7,17

Почвенные растворы

ТПГ, Г 76 96 2,48 15 94 4,75 0,41 2,66 0,603 0,28 4,57

Бурозем,Н 37,75 1,57 4,13 3,74 0,66 1,08 0,010 0,96 4,62

ПГ, Адерн 71,63 2,95 3,59 1,90 0,52 1,23 0,010 0,12 6,93

ТГ,Т 27,07 5,42 4,12 2,23 0,04 0,18 0,005 0,02 7,96

Из четырех исследованных типов почв (торфянисто-подзолистой глееватой, бурозема, перегнойно-глеевой и торфяно-глеевой низинной) го составу обоих видов экстрактов наиболее контрастно различаются торфянисто-подзолистая глееватая и торфяно-глеевая низинная почвы Для торфяно-глеевой почвы характерно минимальное среди всех почв количество К, Бе, Мп, '¿.п, Свов и максимальный рН, для торфянисто-подзолистой глееватой - максимальное содержание К, 81, Свов и минимальное значение рН Бурозем отличает максимальное среди всех почв количество Мп

Если расположить изученные почвы в ряды в соответствии с уменьшением содержания элементов в растворах и вытяжках, то по многим элементам эти ряды бчизки или совпадают Так, концентрация Мп растет в ряду ТГ<-Г1 ГГ<ПГ<бурочем, количество Свов увеличивается в ряду ТГ<бурозем<ПГ<ТПГ (сходный ряд ТГ<бурозем~ПГ<ТПГ - характерен для Бе), значение рН растет в ряду ТПГ<бурозем<ПГ<ТГ Таким образом, относительные различия в содержании и растворимости соединений твердой фазы проявляются в составе почвенных растворов и отражают типовые особенности почв

Поскольку состав почвенных растворов зависит от растворимости соединений твердой фазы, представляет интерес анализ фасторов, оказывающих влияние на растворимость и подвижность элементов В исследуемых лесных почвах способность элементов к переходу в раствор из состава твердой фазы и сохранению их в подвижном состоянии зависит в первую очередь от состава и содержания водораст воримого органического вещества

4.3. Влияние водорастворимых органических веществ (ВОВ) на состав почвенных растворов

Характеристика содержания и кислотных свойств водорастворимого органического вещества почвенных растворов и водных вытяжек из подстилки торфянисто-подзолистых глеевагых почв (Белянина, 2003, Караванэва, Белянипа и др , 2006, 2007, Малинина и др, 2007) представлена в таблице 4 Общая титруемая кислотность жидкой фазы торфянисто-подзолистых глееватых почв измеряется величинами от 1,0 до 6,0 мМоль экв/л и обусловлена присутствием слабо- и силыюкислых органических компонентов со значениями констант кислотности рК1 от 4,5 до 6,5 и рКл от 8 до 10 Водные вытяжки отличаются от почвенных растворов большим содержанием Сцов и более сильно выраженными кислотными свойствами (различия достоверны (с р=0,95) почти по всем показателям) Кислотные компоненты почвенных растворов отличает более низкая концентрация потенциально кислых веществ и их меньшая сила При этом в растворах на единицу содержания Свов приходится в 2-3 раза большее количество протонов карбоксильных и фенольных групп

Таблица 4 Показатели кислотности и содержание Свов в водных вытяжках и почвенных растворах из торфянисто-подзолистой

глееватой почвы (разрез 2), (среднее/доверительные интервалы среднего, р=0,95)

Подгоризонт рН Общая кислотность, мМоль экв/л Коч-во кислотных групп 1 типа, мМоль экв/л Кол-во кислотных групп 2 типа, мМоть экв/л Константы кислотности Свов, мг/л

рК, рК2

Водная вытяжка

О 4,39 4,29-4,50 520 4,72-5,68 ¡,78 1,40-2,16 3 42 3,26-3,58 4,66 4,48-4,85 7 87 6,84-8,89 994,55 868,10-1121,00

Р 4,01 3,94-4,07 3 04 2,58-3,50 1,47 1,14-1,80 1,57 1,25-1 89 495 4 77-5,12 7,75 7,25-8,26 766 40 739,90-792,90

н 4,24 4,13-4,36 1.52 1,35-1,69 0,71 0,62-0,80 0,81 0,65-0,97 М2 5,01-5,23 7д90 7,60-8,19 666 20 649,70-682,80

Почвенный раствор

Р 4,65 4,07-5,24 Ш 1,26-1,32 0,38 0,20-0,56 0,91 0,74-1,08 5,67 5,12-6 22 9,33 8,65-10,01 67,00 56,10-77,80

Н 4,72 3,96-5,49 М8 0,84-1,32 0,31 0.12-0,40 0,67 0,52-0,82 5,26 4,28-6,24 £22 6,92-9,54 57,20 34,10-80,30

5,90 5,32-6,47 0.81 0,76-0 86 0,29 0,16-0,42 0,52 0,424),62 5.94 5,68-6,18 8^94 8,62-9,26 27,90 19,80-36,10

В составе ВОВ всех почв доминирует гидрофильная (ГФЛ) фракция (Табл 5) Ее доля максимальна в растворах из торфяно-глеевой почвы и составляет 90%, минимальна - в подгоризонтах Н торфянисто-подзолистой глееватой почвы и бурозема - около 75%, что связано с большей степенью гумифицированностн этих горизонтов Доля гидрофобной (ГФБ) фракции снижается при переходе к минеральным горизонтам, что подтверждает сведения (Kaiser, Zech, 1997, 1998) о преимущественном ее поглощении этими горизонтами Несмотря на абсолютное преобладание ГФЛ фракции, доля ГФБ фракции в составе органическою вещества растворов выше, чем вытяжек, и достигает 26%

Таблица 5 Доля гидрофильной (ГФЛ) и гидрофобной (ГФБ) фракций в составе водорастворимого органического вещества в растворах и водных вытяжках из разных типов

почв

Почва Горизонт Доля ГФЛ фракции, % Доля ГФБ фракции, %

ПочЕенные растворы

Торфянисто-подзолистая глееватая F Н E,i, 83 74 86 17 26 14

Бурозем II В 76 93 24 7

Перегнойно-глеевая А дерн А 80 88 20 12

Торфяно-глеевая низинная Т 90 10

Водные вытяжки

Торфянисто-подзолистая глеевагая 0+F+H 99 1

Торфянисто-подзолистая глееватая Н 96 4

Палево-подзолистая L+-F+H VO со 14

Водорастворимое органическое вещество почв полидисперсно выделяется от 2 до 3 фракций с молекучярными массами от 34000 до 4000-5000 О (Табл 6)

Таблица 6 Молекулярные массы и содержание фракций ВОВ, присутствующих в растворах и вытяжках из разных типов почв

Фракция 1 Фракция 2 Фракция 3

Почва Горизонт (ММ>20000) ММ= 10000-15000 ММ<4000-8000

Г) % О % Б %

Почвенные растворы

Торфянисто-подзолистая Б Н 24000 34000 64 5 13000 15000 30 70 8000 4000 6 25

глееватая ЕЛ 25000 55 15000 45 - -

Бурозем Н В 20000 20000 51 42 13000 10000 36 32 8000 4000 13 26

Перегнойно-глеевая Адерн Л 25000 20000 80 43 10000 17 6000 4000 3 57

Торфяно-глеевая т 20000 80 - - 4000 20

низинная

Водные вытяжки

Торфянисто-подзолистая О+Р+Н р 21000 20000 34 16 ; 5000 6000 66 84

глееватая ЕЛ 22000 32 - - 6000 68

Р 20000 37 - - 6000 63

Бурозем н 20000 35 10000 10 6000 55

В 21000 39 - - 6000 61

Перегнойно-глеевая АдсрН А - - 10000 10000 63 63 4000 4000 37 34

Для ВОВ почвенных растворов характерна большая полидисперсность и присутствие более высокомолекулярных компонентов, например, в почвенном растворе из подгоризонта Н торфянисто-подзолистой глееватой почвы В почвенных растворах в большинстве горизонтов высокомолекулярная фракция преобладает ичи составляет около цочовины от общего содержания соединений органического углерода, при переходе к минеральным горизонтам несколько увеличивается доля нчзчомолекулярных соединений В водных вытяжках в

основном преобладает низкомолекулярная фракция, минеральные горизонты почв и подстилка по составу фракций не различаются

Перечисленные свойства ВОВ обеспечивают и усиливают растворимость соединений металлов Найдены корреляционные связи между показателями кислотности, содержанием водорастворимых соединений углерода и концентрацией металлов в жидкой фазе (Табл 7)

Таблица 7 Корреляционные зависимости между показателями кислотности ВОВ и содержанием металлов в водных вытяжках из подстилки торфянисто-подзолистой глееватой

почвы (р=0,95)

Показатель Мп Бе Си гп

Свов 0,84 0,96 0,75 0,84

рн - -0,85 - -

Общая кислотность 0,94 - 0,87 0,82

Количество кислотных групп 1 типа - - 0,68 0,75

Количество кислотных групп 2 типа - - 0,92 0,81

Амфифильные свойства водорастворимого органического вещества также влияют на подвижность соединений металлов Основная доля Са, Ре, Мп, 7.п и Си (от 65 до 100%) связана с более подвижной ГФЛ фракцией ВОВ (Рис 3), поэтому при миграции растворов по профилю почвы данные элементы остаются в растворе Поступление гидрофильной фракции ВОВ в малогумусные горизонты почв может даже сопровождаться допотнительным выносом из них элементов Так, воздействие ГФЛ фракции ВОВ на горизонт Е палево-подзолистой почвы приводит к 4-9-кратному увеличению концентрации Бе в растворе, тогда как соединения 7,п и Ре, связанные с ВОВ ГФБ фракции, частично (на 57-64%) сорбируются гор Е торфянисто-подзолистой глееватой почвы

Рис. 3. Связь металлов (Ме) с гидрофильной (ГФЛ) и гидрофобной (ГФБ) фракциями ВОВ в водных вытяжках из подстилок торфянисто-подзол и стой гаееватой (ТПГ) и палево-

подзолистой (ПП) ночи

Водная вытяжкз из О+Р+Н ТПГ почвы

■ Доля Ме ГФБ

фракции,

%

□ Доля Ме ГФЛ

фракции.

%

Водная вытяжка из 1+Р+Н ПП почвы

I

700 600 500 400 300 200 100 о

100%

Ю0%

95%

80%

99%

Мо

Сэ

Мл

Ре

Си

2п

И Доля Ме ГФБ

фракции.

%

□ Доля Ме ГФП

фракции.|

%

Металлы, прису тствующие а растворах, распределены пропорционально содержанию а них различных по молекулярным массам фракций органического вещества (Рис. 4). Это дает основания полагать, что изменения концентрации металлов в растворах по профилю почв, в том числе, связаны с различным соотношением фракций ИОВ.

Рис 4 Связь выделенных фракций ВОВ (Фракция 1 с ММ>20000, Фракция 3 с ММ<4000-8000) с содержанием металлов (С Ме) в почвенных растворах из подстилки торфянисто-подзолистой глееватой почвы

Влияние состава и свойств водорастворимых органических веществ на поведение металлов в почве, связи между концентрациями ВОВ и соединений металлов в растворах, подтверждают, что состав катионогенных элементов почвенных растворов является функцией состава и свойств ВОВ в силу их связанной миграции В целом, влияние легкорастворимых соединений на состав почвенных растворов во многом осуществляется через свойства поставляемых почвой водорастворимых органических веществ Благодаря этой взаимосвязи почвенные растворы разных почв различаются не только по содержанию и свойствам соединений органического углерода, но и по концентрациям ионов металлов

Почвенные растворы, химический состав которых отражает специфические черты отдельных потаенных типов, являются основой для формирования впутрипочвенного, в том числе горизонтального, стока

4.4. Геохимические и генетические связи в системе «почвенный раствор -гравитационная почвенная влага - поверхностные воды»

В условиях переувлажнения и наличии в почве слабопроницаемых горизонтов почвенный раствор является основой формирования верховодки, которая при возможности перемещения по границе водоупора образует боковой сток Роль бокового стока в осуществлении водной миграции вещества в лесных ландшафта> велика даже при незначительном уклоне территории (Ремезов, 1948, Регуляторная роль почвы , 2002)

1

I

Несмотря на различия состава почвенных растворов и гравитационной почвенной влаги, I

| обе фазы сохраняют информацию о свойствах почвы, В ТПГ почве почвенный раствор по !

[ сравнению с верхонодкой содержит больше катионов оснований - К, Са, N8 и некоторых 1

I микроэлементов (Си, Zn}, тогда как в верховодке выше концентрация в], Ре и Л1. В П1 почве растворы, как правило, содержат меньше по сравнению с верховодкой А1, Ре и 81, но больше I N3, К и Свов- Вместе с тем, химические особенности состава верховодки в обеих почвах | сохраняют специфику, свойственную растворам почв этих типов. В перегной но-глесвой почве в | обеих формах влаги содержится больше N3, Са и Мп по сравнению с ТПГ почвой, а в | водах ТПГ почвы ниже значения рН, и выше концентрация А1, Сц0В (Рис. 5). !

! Рис, 5. Состав верховодки и почвенных растворов в торфянисто-подзолистой глееватой (ТПГ) I и перегнойно-глеевой (ПГ) почвах

Почвенные растворы в .-.. ------

Если верховодка (потенциальный источник бокового стока), образованная из влаги верхних органогенных горизонтов, сохраняет а своем составе черты данной почвы и ее

почвенного раствора, то почвенно-грунтовая влага, которая накапливается в почве на границе с подстилающей породой и характеризует ее состав, более или менее однотипна для всей изученной территории Эта влага, наряду с внутрипочвенным (и поверхностным) стоком, также является источником питания рек Для того чтобы оценить и сопоставить влияние этих двух форм гравитационной влаги на состав поверхностных вод были рассмотрены пробы вод, полученные из скважин, заложенных по методике А А Роде Средние показатели состава гравитационных вод из скважин, дренирующих органогенные горизонты и горизонты подстилающей породы четырех почв (верховых торфяной и торфяно-глеевой, ТПГ и бурозема) представлены в таблице 8

Таблица 8 Средние показатели состава гравитационных вод из скважин, дренирующих органогенные горизонты (О) (п=6) и подстилающую породу (Б) (п=10) (среднее±доверителы1ЬШ интервал среднего, р=0,90)

Горизонт Концентрация эпемента, мг/л рН

Свов N3 МЁ А! вг К Са Мп Ре Си Ъл

Органогенный, О 50,57 ±17,57 1,52 ±0,38 1,58 ±0,69 2,98 ±0,97 6,73 ±2,54 1,57 ±0,51 7,36 ±3,08 0,10 ±0,06 2,65 ±0,94 »0,01 0,03 ±0,02 5,57 ±0,74

Подстилающая порода, О 16,27 ±4,89 3,79 ±0,62 10,61 ±3,'71 0,Л ±0,07 5,21 ±0,60 1,96 ±0,56 52,47 ±20,1 ♦0,01 0,18 ±0,07 »0,01 0,02 ±0,02 7,15 ±0,21

* даны значения функции мода

В водах, дренирующих горизонты Б, выше концентрация №, Г^ и Са, почти на 2 ед выше значение рН Гравитационный сток из слоя О (гор АО+А) содержит больше Своп, Ре, А1 и Мп По этим показателям воды из двух рассматриваемых слоев различаются статистически достоверно с р=0,90 По количеству К, йI, Си и 2п воды значимо не отличаются, однако, в целом по составу макроэлементов исследуемые виды гравитационной влаги существенно различны

Вместе с тем, как и верховодка, гравитационная влага из органогенного слоя почв О (гор АО+А) сохраняет основные чергы почвенных растворов из подстилок почв близких типов (ТПГ и бурозема), отличаясь от них в основном пониженным содержанием К, Ъх\, Свов и более высоким содержанием Ре и 81 (Рис 6)

Рис, 6. Усредненный состав почвенных растворов из подстилок торфянисто-подзолистой глееватой (ТПП почвы и бурозема и 1-равитационных вод из органогенных горизонтов почв

скважин

Таким образом, информация о свойствах растворов, отражающих типичные черты почв водосборного бассейна, в соответствующих условиях может быть перенесена с внутрипочвенным стоком (через гравитационную влагу) в поверхностные воды, п том числе реки и ручьи.

Для изучения особенностей состава разных видов поверхностных иод на исследуемой территории заповедника были проанализированы воды десяти ручьев, родника, болота и реки Межа.

Первичная оценка неоднородности исследуемой выборки методом кластерного анализа показала, что среди них выделяются по химическому составу (макро и микроэлементы, рН, Сцов) верховое болото и вытекающий из него ручей, и на это выделение не влияет сезон отбора проб. Кроме того, водотоки (ручьи и река, далее условно «ручьи») в отличие от болот имеют выраженную сезонную динамику состава, связанную с состоянием биоценоза, В разное время года их состав достоверно различается но ряду показателей (Табл. 9).

Весной по сравнению с летним периодом в составе вод меньше содержание Стюо- Сг, Си, Йе, ниже уровень рН, По сравнению с осенне-зимним периодом весной в «ручьях» ниже значение рН и меньше; содержание Мп, но выше - А1, Ре, V, №. Сс1, Да, и 8Ь. Летний период отличается от осенне-зимнего более высоким содержанием А1, Ре, V, Сг, №, Си, 7л, Лк, йе и меньшим - М» и Мп. Наблюдаемые различия об ус ловле ни различной интенсивностью биологического круговорота и условиями функционирования почв в разные сезоны года.

Таблица 9 Показатели, по которым состав «ручьев» в разные сезоны различаются значимо (с р=0,90)

Сезон Лето (п=44) Осень-зима (п=9)

Весна (п=11) рН, Своп, Сг, Си, Бе рН, А1, V, Мп, Ре, №, Сс1, Ав, БЬ

Лето (п=44) рН, А1, У,Сг, Мп, Ге, N1, Си, Хп, Ав, йе

Влияние почвенного покрова на состав поверхностных вод подтверждается и сходством составов вод в цепочке «почвенные растворы - гравитационная почвенная влага - воды поверхностного стока (ручьи, реки) » Это сходство может быть выражено, например, через доминирование в составе разных вод одних и тех же элементов (Табл 10) Для почвенных растворов характерен следующий ряд Сцов>Са~81>А1>Ка>К>М§>Ре>Мп Близкий состав имеет гравитационная вода из скважин, дренирующих органогенные горизонты почв Свов>51 >Са>А1> №~М8>К~Ре>Мп

Таблица 10 Элементы, доминирующие в составе разных форм природных вод на

терри гории ЦЛГПВЗ

ммоль/л рн

Спов N3 Mg А1 К Са Мп Ре

Почв растворы ТПГ, Р+Н 7,642 0,077 0,040 0,124 0,167 0,062 0,171 0,002 0,020 4,71

Гравитационные воды, органогенный слой О 4,215 0,066 0,066 0,110 0,240 0,040 0,184 0,002 0,047 5,57

Гравитационные воды, подстилающая порода О 1,356 0,165 0,442 0,004 0,186 0,050 1,312 0,002 0,003 7,15

Ручьи 1,882 0,285 0,212 0,036 0,118 0,061 0,971 0,003 0,057 6,72

Родник 0,750 0,471 0,738 0,012 0,204 0,106 3,680 0,002 0,056 7,58

р Межа 3,823 0,116 0,163 0,039 0,111 0,027 0,556 0,006 0,071 6,32

Почвенные растворы представлены ТПГ почвами, доминирующими в почвенном покрове

исследуемой территории Все воды отбирали в летний период

В составе поверхностных вод (как ручьев, так и Межи) доминируют также Свов и Са Однако относительно почвенных вод заметно снижение рочи и А1 на фоне усиления позиций N3 и Mg В ручьях ряд элементов-доминантов выглядит как Свов> Са> №> Мц> К> Ре> А1> Мп, в р Межа Cвoв>Ca>Mg>Na~S^>Fe>Al>K>Mn Соотношение средних концентраций элементов в составе различных форм вод позволяет предположить, что почва является основным источником поступления в поверхностные воды соединений Свов, К, Мп, А1 и Ре Источником Mg, Иа и Са, вероятно, являются не только органогенные горизонты, обогащение вод этими элементами происходит также за счет выноса их нз нижних горизонтов почвы и породы, дренирования днища водотоков

Ряды доминирующих элементов в составе поверхностных вод заповедника соответствуют литературным данным о составе вод на территориях, занятых лесными почвами (Бобрицкая, 1964, Ремезов, 1961, Сотникова, 1970, Максимович 1955) Они также коррелируют с различной геохимической миграционной способностью элементов, выраженной в миграционных рядах Полыпова и Перельмана для кислой коры выветривания южной тайги (Перельман, 1966) На изученной территории в составе всех форм природных вод сохраняются черты, унаследованные от почвы и условий ее функционирования и отражающие геохимический класс ландшафта, определенный А И Перельманом, как Н-класс южнотаежного семейства (Перельман, 1966)

Выводы:

1 Почвенные растворы бурозема, торфянисто-подзолистых глееватых, торфяно- и перегной но-глеевых почв характеризуются специфическими чертами химического состава, складывающимися в верхнем органогенном горизонте (подстилке, Адер„ Т), и достоверно (р=0,90) различаются по 4-11 показателям из 12 изученных (Свов, N3, Мй, А1, 81, К, Са, Мп, Ре, Си, '¿п и рН) Контрастные усчовия формирования почв приводят к формированию противоположных по составу растворов Торфяно-глеевая низинная почва отличается самыми высокими рН, концентрациями Иа, Мз, Са и самым низким содержанием Ре, А1, Мп, '¿х\ и Свов Растворы ТПГ почв отличаются высоким содержанием 81, А1, Ре, Си, СВСда и наиболее низким рН Растворы бурозема и ПГ почвы отличает повышенное содержание Мп

2 Различия в составе растворов между отдельными почвами связаны с разным составом и растворимостью соединений твердой фазы Относительные ряды, образуемые почвами но содержанию в их растворах Мп, Свов, Ре и значениям рН, совпадают с данными по количеству наиболее легкорастворимых соединений в водных вытяжках Обнаружены достоверные (с р=0,95) корреляционные связи между общим содержанием в твердой фазе и в почвенных растворах соединений А1, Э1, Ре и Свсв

3 Способность элементов к переходу в раствор из состава твердой фазы и сохранению их в подвижном состоянии зависит от содержания и свойств водорастворимых органических веществ Концентрация Мп, 7м и Си в растворах прямо коррелирует с общей кислотностью растворов, содержанием слабых и сильных кислотных компонентов и содержанием Свов, содержание Ре прямо пропорционально содержанию Свов и обратно пропорционально рН

4 Поступление гидрофильной фракции водорастворимых органических веществ в малогумусные горизонты Е торфянисто-подзолистых глеевагых и палево-подзолистых почв сопровождается дополнительным выносом из твердой фазы Са, Mg, Мп, Ре, Zn и Си Соединения Zn и Ре, связанные с гидрофобной фракцией, на 57-64% поглощаются горизонтом Е торфянисто-подзолистой глесватой почвы

5 Гравитационная влага органогенных горизонтов почв, являющаяся потенциальным источником формирования бокового внутрипочвенного стока, сохраняет основные геохимические черты состава почвенных растворов Для гравитационной влага, представленной как верховодкой, так и дренажными водами скважин (слой О), вне зависимости от типа почв, характерна тенденция к бопее высокому по сравнению с соответствующими почвенными растворами содержанию Ре, пониженному содержанию К и № и часто Свов

6 Соотношения средних концентраций элементов в составе различных форм вод показывают, что органогенные горизонты почв являются наиболее вероятным источником поступления в поверхностные воды соединений Свов, К, Мп, А1 и Ре Обогащение вод Mg, № и Са может происходить за счет выноса не только из органогенных, но и нижних горизонтов почвы и породы

7 Однотипность составов почвенно-грунтовых и поверхностных вод подтверждается доминированием в составе почвенных растворов, гравитационной почвенной влаги и поверхностных вод одних и тех же элементов в первую очередь, Свов, Са и № В поверхностных водах в отличие от почвенно-грунтовых вод снижается содержание и А1 на фоне возрастания концентраций Кта и Mg

Опубликованные работы

1 Белянина Л А Влияние кислотности и водорастворимого органического вещества на подвижность Ъл, Си, Ге и Мп в торфянисто-подзолисто-глееватых почвах ЦЛГБЗ // Тез докл Всеросс конференции «VII Докучаевские молодежные чтения» «Человек и почва в XXI веке», Санкт-Петербург, 1-5 марта, 2004

2 Белянина Л А Караванова Е И Кислотность и водорастворимое органическое вещество как факторы подвижности металлов в торфянисто-подзолисто-глееватых почвах ЦЛГБЗ // Материалы IV съезда ДОП, т I, Новосибирск, 2004, с 479

3 Караванова Е И, Белянина Л А Подвижность 7п, Си, Бе и Мп в торфянисто-подзолисто-глееватых почвах ЦЛГБЗ // Современные пробтемы загрязнения почв Международная научная конференция Москва, 24-28 мая 2004г Сб материалов, с 126-128

4 Белянина Л А, Караванова Е И, Степанов А А Влияние амфифильности водорастворимого органического вещества на подвижность металлов в почве // Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах Межд науч конференция Петрозаводск, 6-10 септ 2005 Сб тезисов, с 172-173

5 Мотузова Г В , Караванова Е И, Белянина Л А , Петров М И , Зорина А В , Шапиро АД Гуминовые вещества жидких фаз подзолистых почв и их соединения с тяжелыми металлами // Третья Всеросс Конференция «Гуминовые вещества в биосфере», С -Пб , 1-3 марта 2005, Санкт-Петербург, 2005, Тезисы докл , с 37

6 Караванова Е И , Белянина Л А , Степанов А А Водорастворимое органическое вещество и кислотность почвенных растворов главных типов почв ЦЛГПБЗ // Почвоведение, 2007, №5

7 Караванова Е И , Белянина Л А , Шапиро А Д , Степанов А А Влияние подстилок па подвижность соединений цинка, меди, марюнца и железа в поверхностных горизонтах подзолистых почв // Почвоведение, 2006, №1, с 43-51

8 Малинина М С , Караванова Е И , Белянина Л А , Иванилова С В Сравнение водных вытяжек и почвенных растворов из торфянисто-подзолистых глееватых почв ЦЛГБЗ // Почвоведение, 2007, №4

9 Караванова Е И , Белянина Л А Состав почвенных растворов основных типов почв Центрального Лесного Государственного Природного Биосферного заповедника // Вестник Московского Ун-та, сер 17, Почвоведение, 2007, №2, с 23-29

Подписано в печать 19 04 2007 Формат 60x88 1/16 Объем 1 75 п л Тираж 3 00 экз Заказ № 651 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г Москва, Ленинские горы, д 1 Главное ¡дание МГУ, к А-102

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Белянина, Лариса Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Геохимически сопряженные ландшафты и связи потоков веществ между компонентами ландшафта.

1.2. Общие особенности миграции химических элементов в ландшафтах

1.2.1. Водная миграция, ее роль в переносе веществ в ландшафтах южной тайги.

1.3. Формы подземных природных вод и их номенклатура.

1.3.1. Формы почвенной влаги.

1.4. Факторы, влияющие на состав природных вод.

1.4.1. Интенсивность биологического круговорота (бик).

1.4.2. Влажность и водный режим почв.

1.4.3. Физико-химические особенности элементов и их соединений.

1.4.4. Свойства и состав почв и растительных остатков.

1.4.3.1. Роль водорастворимых органических веществ (ВОВ) в формировании состава природных вод лесных почв.

1.5. Особенности формирования состава поверхностных вод.

1.5.1. Роль бокового стока и грунтовых вод в формировании состава поверхностных вод.

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ПОЧВЫ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

4.1. Состав почвенных растворов в разных типах почв Центрально-Лесного заповедника

4.1.1. Особенности состава органогенных горизонтов разных типов почв

4.1.2. Закономерности трансформации подкронового стока в разных почвах.

4.1.3. Трансформация состава почвенного раствора в почвенном профиле

4.2. Влияние состава и свойств твердой фазы почв на состав почвенных растворов

4.2.1. Связь между валовым составом почв и составом растворов.

4.2.2. Связь между составом легкорастворимых соединений и почвенных растворов.

4.3. Влияние водорастворимых органических веществ (ВОВ) на состав почвенных растворов

4.3.1. Состав и свойства водорастворимых органических веществ.

4.3.2. Влияние ВОВ на содержание металлов в почвенных растворах.

4.4. Геохимические и генетические связи в системе «почвенный раствор -гравитационная почвенная влага - поверхностные воды»

4.4.1. Связь между составом почвенных растворов и бокового внутрипочвенного стока.

4.4.2. Состав гравитационной влаги органогенных горизонтов и влаги подстилающей породы.

4.4.3. Состав поверхностных вод и влияние на него почвенных растворов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Состав почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод территории Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника"

Актуальность темы. Рассматривая почвенную влагу как одну из самых важных категорий природных вод в биосфере, В.И. Вернадский (1960) считал ее «основным субстратом жизни» и «основным элементом механизма биосферы». Почва в значительной мере определяет состав различных форм вод в природе, потребление воды живыми организмами, испарение. В составе различных форм почвенной влаги происходит трансформация продуктов выветривания и разложения органического вещества, процессы растворения и новообразования минералов и осуществляется миграция элементов. Таким образом, почвенная влага отвечает за подвижность элементов в почвенном профиле, определяя перераспределение веществ по генетическому профилю почвы и вынос их в сопредельные среды. Изучение состава и свойств почвенных вод является необходимым для исследования особенностей миграции различных веществ в ландшафте и формирования состава поверхностных вод.

Цель диссертационной работы - изучение закономерностей формирования состава почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод территории Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника (ЦЛГПБЗ).

Задачи работы:

1. Выявить особенности состава почвенных растворов типичных почв ЦЛГПБЗ.

2.Установить связи между составом твердой фазы почв и почвенных растворов. 3.Оценить роль водорастворимых органических веществ (ВОВ) в формировании состава почвенных растворов.

4.Установить связь между составом почвенных растворов и гравитационной почвенной влаги, являющейся потенциальным источником питания поверхностных вод.

5. Изучить состав различных видов поверхностных вод (ручьи, болота, р. Межа) с учетом сезонной динамики.

6.Установить связь между составом почвенно-грунтовых и поверхностных вод.

Научная новизна. Впервые получена детальная характеристика и проведен сравнительный анализ химического состава и свойств почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод территории ЦЛГПБЗ. Впервые изучены амфифильные свойства органических веществ, присутствующих в жидкой фазе модальных типов почв, показано их влияние на миграционную способность связанных с ними соединений металлов. Для изученной территории впервые установлены и показаны различные аспекты взаимосвязей химического состава почв, почвенных растворов, почвенно-грунтовых и поверхностных вод.

Практическая значимость работы. Полученные данные могут быть использованы при прогнозе поведения элементов питания и тяжелых металлов в почве и в ландшафте, моделировании процессов переноса веществ в системе почва - поверхностные воды, балансовых расчетах цикла углерода и соединений металлов в наземных экосистемах южной тайги.

Благодарности. Автор выражает благодарность профессору кафедры химии почв С.Я. Трофимову, сотрудникам Института Почвоведения МГУ и кафедры химии почв В.В. Демину, Ю.А. Завгородней, А.А. Степанову, Д.В. Ладонину и С.И. Решетникову за предоставленные образцы поверхностных вод и помощь при получении аналитических данных, а также сотрудникам и руководству ЦЛГПБЗ -за возможность проведения исследований на территории заповедника.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Белянина, Лариса Александровна

выводы

1. Почвенные растворы бурозема, торфянисто-подзолистых глееватых, торфяно- и перегнойно-глеевых почв характеризуются специфическими чертами химического состава, складывающимися в верхнем органогенном горизонте (подстилке, Адерн, Т), и достоверно (р=0,90) различаются по 4-11 показателям из 12 изученных (СВов, Na, Mg, Al, Si, К, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn и pH). Контрастные условия формирования почв приводят к формированию противоположных по составу растворов. Торфяно-глеевая низинная почва отличается самыми высокими рН, концентрациями Na, Mg, Са и самым низким содержанием Fe, Al, Mn, Zn и Свов- Растворы ТПГ почв отличаются высоким содержанием Si, Al, Fe, Си, Свов и наиболее низким рН. Растворы бурозема и ПГ почвы отличает повышенное содержание Мп.

2. Различия в составе растворов между отдельными почвами связаны с разным составом и растворимостью соединений твердой фазы. Относительные ряды, образуемые почвами по содержанию в их растворах Mn, Свов, Fe и значениям рН, совпадают с данными по количеству наиболее легкорастворимых соединений в водных вытяжках. Обнаружены достоверные (с р=0,95) корреляционные связи между общим содержанием в твердой фазе и в почвенных растворах соединений Al, Si, Mg, Fe и СВов

3. Способность элементов к переходу в раствор из состава твердой фазы и сохранению их в подвижном состоянии зависит от содержания и свойств водорастворимых органических веществ. Концентрация Mn, Zn и Си в растворах прямо коррелирует с общей кислотностью растворов, содержанием слабых и сильных кислотных компонентов и содержанием Свов; содержание Fe прямо пропорционально содержанию Свов и обратно пропорционально рН.

4. Поступление гидрофильной фракции водорастворимых органических веществ в малогумусные горизонты Е торфянисто-подзолистых глееватых и палево-подзолистых почв сопровождается дополнительным выносом из твердой фазы Са, Mg, Mn, Fe, Zn и Си. Соединения Zn и Fe, связанные с гидрофобной фракцией, на 57-64% поглощаются горизонтом Е торфянисто-подзолистой глееватой почвы.

5. Гравитационная влага органогенных горизонтов почв, являющаяся потенциальным источником формирования бокового внутрипочвенного стока, сохраняет основные геохимические черты состава почвенных растворов. Для гравитационной влаги, представленной как верховодкой, так и дренажными водами скважин (слой О), вне зависимости от типа почв, характерна тенденция к более высокому по сравнению с соответствующими почвенными растворами содержанию Si, Fe, пониженному содержанию К и Na и часто Свов

6. Соотношения средних концентраций элементов в составе различных форм вод показывают, что органогенные горизонты почв являются наиболее вероятным источником поступления в поверхностные воды соединений Свов? К, Мп, А1 и Fe. Обогащение вод Mg, Na и Са может происходить за счет выноса не только из органогенных, но и нижних горизонтов почвы и породы.

7. Однотипность составов почвенно-грунтовых и поверхностных вод подтверждается доминированием в составе почвенных растворов, гравитационной почвенной влаги и поверхностных вод одних и тех же элементов, в первую очередь, СВов> Са и Na. В поверхностных водах в отличие от почвенно-грунтовых вод снижается содержание Si и А1 на фоне возрастания концентраций Na и Mg.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Состав почвенных растворов из верхних органогенных горизонтов основных типов почв заповедника отражает особенности и условия их формирования.

Влияние грунтовых вод в условиях близости карбонатной морены приводит к высоким значениям рН, насыщению перегнойно- и торфяно-глеевой низинной почв основаниями и низким концентрациям Fe и А1 в растворах (наиболее резко выражены эти черты в ТГ почве). Различие между ТГ и ПГ почвами проявляется в поведении Мп: в растворе торфяно-глеевой почвы его так же мало, как и микроэлементов, а в перегнойно-глеевой, напротив, очень много, что связано, по-видимому, с различием в рН растворов и составе растительности. Повышенному содержанию Мп в биоценозе, где сформирована ПГ почва, способствует присутствие березы. Изученные торфянисто-подзолистые глееватые почвы, формирующиеся в условиях частого поверхностного переувлажнения на фоне бескарбонатных, или относительно глубоко залегающих карбонатных пород, сильно отличаются по составу растворов. Их растворы наиболее концентрированные, что объясняется отсутствием оттока веществ (плоские поверхности, локальные микропонижения), и условий для осаждения из-за низких значений рН. В растворах содержится много Si, Al, Fe, Си, СВов, и мало Мп, вероятно, из-за контрастного окислительно-восстановительного режима, благоприятствующего его сегрегации в конкреции.

Специфические черты бурозема выражены наиболее слабо, возможно в связи с тем, что этот тип представляет промежуточную стадию в развитии почвенного покрова. Растворы имеют черты сходства с остальными почвами, но содержат больше Мп, Zn и К, что связано, вероятно, с их биогенным накоплением.

По составу почвенных растворов из верхних органогенных горизонтов все почвы различаются достоверно (с р=0,90) по 4-11 признакам из 12 изученных.

Для всех почв трансформация состава растворов при переходе от подстилки к минеральным горизонтам, а также в пределах исследованного минерального профиля относительно невелика по сравнению с изменениями, которые происходят в горизонте подстилки при первичном контакте атмосферных осадков с почвой. Поэтому можно считать, что наиболее специфические черты состава почвенных растворов закладываются уже в горизонте лесной подстилки и отражают типовые особенности почв в целом.

В составе твердой фазы, так же, как и в составе растворов, проявляются специфические особенности разных типов почв. В профиле более гидроморфных (низинной торфяно-глеевой и перегнойно-глеевой) почв повышено общее содержание Са, Fe и Р. В нижних горизонтах торфяно-глеевой почвы происходит значительное накопление Fe и Р, что может быть связано с присутствием вивианита (или других минералов группы фосфатов). В буроземе повышенное содержание Мп в подстилке обусловлено составом опада. В дерновом горизонте перегнойно-глеевой и горизонте Т низинной торфяно-глеевой почв повышенному содержанию кальция способствует, как участие жестких грунтовых вод в увлажнении профиля, так и биогенное обогащение верхней части профиля.

Различия химического состава твердой фазы почв отражаются на составе почвенных растворов. Достоверные корреляционные связи между содержанием в растворах и твердой фазе обнаружены для Si, Al, Fe, Mg и С (r=-0,61; -0,62; -0,75; -0,61 и 0,78, соответственно).

Количественные и качественные различия состава легкорастворимых соединений в изучаемых почвах также, в целом, проявляются в составе почвенных растворов и отражают типовые особенности почв. Полученные данные показывают, что в составе водных вытяжек и почвенных растворов проявляются черты сходства. По составу обоих видов экстрактов наиболее контрастно различаются торфянисто-подзолистая глееватая и торфяно-глеевая низинная почвы. Для ТГ почвы характерно минимальное среди всех почв количество К, Fe, Mn, Zn, Свов и максимальный рН, для ТПГ почвы -максимальное содержание К, Si, СВов и минимальное значение рН. Бурозем отличает максимальное среди всех почв количество Мп. Если расположить изученные почвы в ряды в соответствии с уменьшением содержания элементов в растворах и вытяжках, то по многим показателям (особенно по содержанию Мп, Свов и значениям рН) эти ряды близки или совпадают.

Состав и свойства ВОВ влияют на растворимость и подвижность соединений твердой фазы в лесных почвах. Это доказывают взаимосвязи между содержанием, кислотностью, амфифильными свойствами, молекулярными массами ВОВ, присутствующих в жидкой фазе и поведением в почвах металлов. Кислотность жидкой фазы ТПГ почв измеряется величинами от 1,0 до 6,0 ммоль экв/л и обусловлена присутствием слабо- и сильнокислых органических компонентов со значениями pKj от 4,5 до 6,5 и рК2 от 8 до 10. Водные вытяжки отличаются от почвенных растворов большим содержанием Свов и более сильно выраженными кислотными свойствами (различия достоверны (с р=0,95) почти по всем показателям). При этом в почвенных растворах на единицу содержания Свов приходится в 2-3 раза больше протонов карбоксильных и фенольных групп.

В составе ВОВ всех почв доминирует гидрофильная (ГФЛ) фракция. Ее доля максимальна в растворах из ТГ почвы и составляет 90%, минимальна - в подгоризонтах Н ТПГ почвы и бурозема - около 75%, что связано с их большей степенью гумифицированности. Доля гидрофобной (ГФБ) фракции снижается при переходе к минеральным горизонтам, что подтверждает сведения о преимущественном ее поглощении этими горизонтами. Несмотря на абсолютное преобладание ГФЛ фракции, доля ГФБ фракции в составе органического вещества растворов выше, чем вытяжек и достигает 26%.

Водорастворимое органическое вещество почв полидисперсно: выделяется от 2 до 3 фракций с молекулярными массами от 34000 до 4000-5000 D. Для ВОВ почвенных растворов характерна большая полидисперсность и присутствие более высокомолекулярных компонентов. В почвенных растворах в большинстве горизонтов высокомолекулярная фракция преобладает или составляет примерно половину от общего содержания соединений органического углерода, при переходе к минеральным горизонтам увеличивается доля низкомолекулярных соединений. В водных вытяжках преобладает низкомолекулярная фракция, минеральные горизонты почв и подстилка по составу фракций не различаются.

Перечисленные свойства ВОВ обеспечивают и усиливают растворимость соединений металлов. Найдены многочисленные корреляционные связи между показателями кислотности, содержанием Свов и концентрацией металлов в жидкой фазе. В водных вытяжках из подстилок ТПГ почв содержание Си и Zn коррелирует (г=0,68-0,92) с количеством кислотности (суммарной и содержанием компонентов разного типа), а концентрация Fe связана с рН (г=-0,85). Содержание всех изученных металлов коррелирует с концентрацией СВов (г=0,75-0,96).

Амфифильные свойства ВОВ также влияют на подвижность соединений металлов. Основная доля Са, Mg, Fe, Mn, Zn и Си (от 65 до 100%) связана с более подвижной ГФЛ фракцией ВОВ, поэтому при миграции растворов по профилю почвы эти элементы остаются в растворе. Поступление гидрофильной фракции ВОВ в малогумусные горизонты может даже сопровождаться дополнительным выносом из них элементов (до увеличения их концентраций в 4-9 раз). Соединения Zn и Fe, связанные с ВОВ гидрофобной фракции, способны частично (на 57-64%) сорбироваться гор. Е ТПГ почвы.

Металлы в растворах распределены пропорционально содержанию в них различных по молекулярным массам фракций органического вещества. Это дает основания полагать, что изменения концентрации металлов в растворах по профилю почв, в том числе, связаны с различным соотношением фракций ВОВ.

Почвенные растворы, химический состав которых отражает специфические черты отдельных почвенных типов, в условиях переувлажнения и при наличии в почве малопроницаемых горизонтов являются основой для формирования верховодки, а также внутрипочвенного, в том числе горизонтального, стока. Верховодка, при возможности ее перемещения по границе водоупора, также образует боковой сток, роль которого в водной миграции вещества в лесных ландшафтах велика даже при незначительном уклоне территории.

Несмотря на различия состава почвенных растворов и гравитационной почвенной влаги, обе фазы сохраняют информацию о свойствах почвы. В ТПГ почве почвенный раствор по сравнению с верховодкой содержит больше катионов оснований - К, Са, Mg, Na и некоторых микроэлементов (Си, Zn), тогда как в верховодке выше концентрация Si, Fe и Al. В ПГ почве растворы, как правило, содержат меньше по сравнению с верховодкой Al, Fe и Si, но больше Na,

К и Свов- Вместе с тем, химические особенности состава верховодки сохраняют специфику, свойственную растворам из почв этих типов. В перегнойно-глеевой почве в обеих формах влаги содержится больше Na, Mg, Са и Мп по сравнению с ТПГ почвой, а в водах ТПГ почвы ниже рН, и выше концентрация Al, Si, СВов,

Если верховодка (потенциальный источник бокового стока), образованная из влаги органогенных горизонтов сохраняет в своем составе черты данной почвы и ее почвенного раствора, то почвенно-грунтовая влага, накапливающаяся на границе с подстилающей породой, характеризует состав породы и более или менее однотипна для изучаемой территории. Эта влага, наряду с внутрипочвенным стоком, также является источником питания рек. Чтобы оценить влияние этих двух форм гравитационной влаги на состав поверхностных вод были рассмотрены пробы вод, полученные из скважин, дренирующих органогенные горизонты (от О (Т) до А) и горизонты подстилающей породы (D) четырех почв: верховых торфяной и торфяно-глеевой, ТПГ и бурозема.

В водах, дренирующих горизонты D, выше концентрация Na, Mg и Са, почти на 2 ед. выше значение рН. Гравитационный сток из слоя О (гор. АО(Т)+А) содержит больше Свов, Fe, Al и Mn. По этим показателям воды из двух рассматриваемых слоев различаются достоверно с р=0,90. По количеству К, Si, Си и Zn воды значимо не отличаются, однако, в целом по составу макроэлементов исследуемые виды гравитационной влаги существенно различны.

Вместе с тем, как и верховодка, гравитационная влага из органогенного слоя почв О (гор. АО(Т)+А) сохраняет основные черты почвенных растворов из подстилок почв близких типов (отличаясь только пониженным содержанием К, Zn, Свов и более высоким содержанием Fe и Si). Таким образом, информация о свойствах растворов, отражающих типичные черты почв водосборного бассейна, в соответствующих условиях может быть перенесена с внутрипочвенным стоком (через гравитационную влагу) в поверхностные воды, в том числе реки и ручьи.

Для изучения особенностей состава разных видов поверхностных вод на исследуемой территории заповедника были проанализированы воды десяти ручьев, родника и реки Межа.

Первичная оценка неоднородности исследуемой выборки методом кластерного анализа показала, что среди них выделяются по химическому составу (макро и микроэлементы, рН, Свов) верховое болото и вытекающий из него ручей, и на это выделение не влияет сезон отбора проб. Кроме того, водотоки (ручьи и река) в отличие от болот имеют выраженную сезонную динамику состава, связанную с состоянием биоценоза. В разное время года их состав достоверно различается по ряду показателей, и эти различия обусловлены различной интенсивностью биологического круговорота и условиями функционирования почв в разные сезоны года.

Влияние почвенного покрова на состав поверхностных вод подтверждается и сходством составов вод в цепочке: «почвенные растворы - гравитационная почвенная влага - воды поверхностного стока (ручьи, реки)». Это сходство может быть выражено, например, через доминирование в составе разных вод одних и тех же элементов. Для почвенных растворов характерен ряд: CBOB>Ca~Si>Al> Na>K>Mg>Fe>Mn. Близкий состав имеет гравитационная вода из скважин, дренирующих органогенные горизонты : CBoB>Si>Ca>Al>Na~Mg>K~Fe>Mn. В составе поверхностных вод (как ручьев, так и Межи) доминируют также Свов и Са. Однако относительно почвенных вод заметно снижение роли Si и А1 на фоне усиления позиций Na и Mg. В ручьях ряд элементов-доминантов выглядит как: CB0B>Ca>Na>Mg>Si>K>Fe>Al>Mn; в Меже: CB0B>Ca>Mg>Na~Si>Fe>Al>K >Мп. Соотношение средних концентраций элементов в составе различных форм вод позволяет предположить, что почва является основным источником поступления в поверхностные воды соединений Свов» К, Мп, А1 и Fe. Источником Mg, Na и Са, вероятно, являются не только органогенные горизонты, обогащение вод этими элементами происходит также за счет выноса их из нижних горизонтов почвы и породы, дренирования днища водотоков.

В целом, полученные нами закономерности доминирования элементов в составе поверхностных вод коррелируют с их различной геохимической миграционной способностью и отражают черты, унаследованные от почв водосборной территории.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Белянина, Лариса Александровна, Москва

1. Абрамова Л.И., Уланова Н.Г. Парцеллярное строение основных типов ельников в условиях Центрально-лесного заповедника//Генезис и экология почв Центрально-лесного государственного заповедника, М.: Наука, 1979.

2. Абрамова М.М. Сезонная изменчивость некоторых химических свойств лесных подстилок // Труды Почв, ин-та им. Докучаева, М: АН СССР, 1947, т.25, с. 228-273.

3. Алекин О.А. Основы гидрохимии //Л.: Гидрометеоиздат, 1970,444 с.

4. Алекин О.А., Бражникова Л.В. Сток растворенных веществ с территории СССР // М.: Наука, 1964, 144 с.

5. Ананко Т.В. Основные закономерности изменения химического состава лизиметрических вод в вертикальном ряду почв хр. Тукуринга // Генезис, география и эволюция почв, М., 1992, с. 60-70.

6. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв // М.: Изд-во МГУ, 1970.

7. Белоусова Н.И. Роль миграции водорастворимых веществ в формировании подзолистых Al-Fe-гумусовых почв (по данным лизиметрических исследований) // Почвоведение, 1974, №12, с. 54-70.

8. Белянина Л.А. Кислотность и водорастворимое органическое вещество почвенных растворов, как факторы подвижности металлов, в торфянисто-подзолисто-глееватых почвах ЦЛГПБЗ. Дипломная работа // МГУ, факультет почвоведения, 2003, 50 е.

9. Бессонов О.А. Миграция тяжелых металлов в системе речной водосбор-конечный водоем стока // Проблемы экологии Прибайкалья. Тезисы докл. III Всесоюз. науч. конф., Иркутск, 5-10 сент., 1988, с. 34.

10. Ю.Бобрицкая М.А. Миграция элементов в местном геохимическом ландшафте реки Истры Московской области //Почвоведение, 1964, №11, с. 79-87.

11. П.Богатырев Л.Г. О классификации лесных подстилок // Почвоведение, 1990, №3, с. 118-127.

12. Ведрова Э.Ф. Подстилка и подстилочные растворы под разными древесными породами // VIII съезд ВОП: Тез. докл., Новосибирск, 1989, кн.4, с. 151.

13. Вернадский В.И. Избранные сочинения // М.: Изд-во АН СССР, 1960.

14. Н.Вернадский В.И. История природных вод // История минералов земной коры,т. II, ч. I, вып.1, 1933.

15. Воробьева JI.A. Химический анализ // М.: Изд-во МГУ, 1998,272 с.

16. Воронков П.П. Закономерности процесса формирования и зональность химического состава вод местного стока (а) // Тр. ГГИ, вып.102, 1963.

17. Воронков П.П. Основные закономерности формирования химического состава поверхностных вод // Тр. III Всесоюзн. Гидрол. Съезда, т. X, Гидрометеоиздат, 1959.

18. Воронков П.П. Формирование химического состава атмосферных вод и влияние его на почвенные растворы и склоновые воды (б) // Тр. ГГИ, вып.102, 1963.

19. Гаррелс Р. М., Крайст Ч. JI. Растворы, минералы, равновесия // М.: Мир, 1968.

20. Глухова Т.В. Химический состав почвенно-грунтовых вод лесных болот и вынос веществ со стоком при гидролесомелиорации // Автореф. дис. канд. биол. наук//МГУ им. М.В. Ломоносова, фак. почвоведения, М., 1990,18с.

21. Говоренков Б.Ф. Сезонная динамика состава лизиметрических вод в песчанной подзолистой почве под лиственничником // Почвоведение, 1975, №12, с. 11-17.

22. Гончарук Н.Ю. Почвенный покров Центрально-лесного государственного биосферного заповедника. Автореф. дис. канд. биол. наук // МГУ, факультет почвоведения, 1995.

23. Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии // М.: Наука, 1983, 160 с.

24. Гришина Л.А., Копцик Г.Н., Макаров М.И. Трансформация органического вещества почв // М.: Изд-во МГУ, 1990, 87с.

25. Губарева В.А. Роль атмосферных осадков в круговороте минеральных элементов в дубравах лесостепи // Круговорот химических веществ в лесу, М.: Наука, 1982,112 с.

26. Добровольский Г.В. Почвы речных пойм центра Русской Равнины // М.: Изд-воМГУ, 1968,295 с.

27. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (Экологическое значение почв) // М.: Наука, 1990,261с.

28. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы // М.: МГУ, 1986.

29. Добровольский Г.В., Урусевская И.И. География почв // М.: МГУ, 2006.

30. Дривер Дж. Геохимия природных вод // М.: Мир, 1985,440 с.

31. Дылис Н.В., Бурова Л.Г., Выгодская Н.Н. и др. Опыт сравнительного биогеоценотического изучения искусственных лесных насаждений // Труды МОИП, 1970, т. XXXVIII, с. 34-50.

32. Елпатьевский П.В. Геохимия миграционных потоков в природных и природно-техногенных геосистемах // М.: Наука, 1993, 252 с.

33. Караванова Е.И., Белянина Л. А., Степанов А. А. Водорастворимое органическое вещество и кислотность почвенных растворов главных типов почв ЦЛГПБЗ // Почвоведение, 2007, №5.

34. Караванова Е.И., Белянина Л.А., Шапиро А.Д., Степанов А.А. Влияние подстилок на подвижность соединений цинка, меди, марганца и железа в поверхностных горизонтах подзолистых почв // Почвоведение, 2006, №1, с. 4351.

35. Карпачевский Л.О., Строганова М.Н., Трофимов С .Я., Гончарук Н.Ю. Организация почвенного покрова Центрально-лесного государственного биосферного заповедника // Почвенные исследования в заповедниках. М., 1995, с. 17-37.

36. Карпухин А.И., Гасанов A.M., Галушко В.А. Миграция соединений марганца в осушенной дерново-подзолистой глеевой почве // Генезис и мелиорация почв, Москва, 1986.

37. Карпухин А.И., Черников В.А., Яшин И.М., Нмадзуру И. Водорастворимые органические вещества как фактор почвенно-геохимической миграции тяжелых металлов //Докл.ТСХА, Моск.с.-х.акад., 1995, вып.266а, с. 119-125.

38. Карпухин А.И., Шуваева JI.B. Влияние геохимических барьеров на миграцию в подзолистых почвах марганца-54, поступающего из органических остатков // Актуал. вопр. почвоведения, 1987, с. 18-26.

39. Карпухин А.И., Яшин И.М., Черников В.А. Формирование и миграция комплексов водорастворимых органических веществ с ионами тяжелых металлов в таежных ландшафтах европейского Севера // Изв. ТСХА, 1993, вып.2, с. 107-126.

40. Кауричев И.С., Базилинская М.В., Заболотнова JI.A. Качественный состав водорастворимого органического вещества, извлекаемого из гумифицированных и негумифицированных растительных остатков // Известия ТСХА, 1972, вып. 2, с. 100-109.

41. Кауричев И.С., Иванова Т.Н., Ноздрунова Е.М. О содержании низкомолекулярных органических кислот в составе водорастворимого органического вещества почв //Почвоведение, 1963, №3 с. 27-35.

42. Кауричев И.С., Орлов Д.С. Окислительно-восстановительные процессы и их роль в генезисе и плодородии почв // М.: Колос, 1982.

43. Классификации почв СССР // М.: Колос, 1977.

44. Коновалов Г.С., Назарова JI.H. Картирование микроэлементов в речных водах //Гидрохимические материалы, 1975, т.62, с.37-42.

45. Корж В.Д. Геохимия элементного состава гидросферы // М.: Наука, 1991, 244 с.

46. Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии // М.: Высшая школа, 1991.

47. Кошелева Ю.П., Трофимов С.Я. Фосфор в ненарушенных почвах южной тайги (на примере Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника) // Вестн. МГУ, Сер. 17, Почвоведение, 2005, № 4.

48. Кошельков С.П. Групповой состав органического вещества лесных подстилок хвойных лесов южной тайги // Почвоведение, 1964, №1, с.86-95.

49. Лазарева И.П. О миграции железа и органического вещества в песчаных подзолистых почвах // Почвы сосновых лесов Карелии, Петрозаводск, 1978, с. 67-71.

50. Лебедев А.Ф. Почвенные и грунтовые воды // М., Л.: АН СССР, 1936, 315 с.

51. Максимова А.Е. Характеристика водных вытяжек из растительного опада различных типов леса Московской области // Почвоведение, 1969, №5, с. 4149.

52. Максимович Г.А. Химическая география вод суши // М.: Географгиз, 1955, 328 с.

53. Милановский Е.Ю. Амфифильные компоненты гумусовых веществ почв // Почвоведение, 2000, №6, с. 706-715.

54. Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества как система гидрофобно-гидрофильных соединений. Дис. в виде научного доклада. докт. биол. наук // МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, М., 2006.

55. Мина В.Н. Выщелачивание некоторых веществ атмосферными осадками из древесных растений и его значение в биологическом круговороте // Почвоведение, 1965, №6, с. 9-17.

56. Миняев Н.А., Конечная Г.Ю. Флора Центрально-лесного государственного заповедника // Л.: Наука, 1976.

57. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология // М.: Высшая шк., 2005,463 с.

58. Мотузова Г.В., Дегтярева А.К. Формы соединений Fe в почвенных растворах и дренажных водах на примере Яхромской поймы // Почвоведение 1993, № 1.

59. Мотузова Г.В., Малинина М.С. Методы получения почвенных растворов при почвенно-химическом мониторинге // В сб. Физические и химические методы исследования почв, изд. МГУ, 1994, с. 101.

60. Назаров А.Г. Биогеохимический цикл кремнезема в кн. Биогеохимические циклы в биосфере // М.: Наука, 1976, с. 199-258.

61. Назаров Г.В. Гидрологическая роль почвы // JL: Наука, 1981, 216 с.

62. Перельман А.И. Геохимия ландшафта // М.: Высшая школа, 1966, 392 с.

63. Перельман А.И. Геохимия природных вод // М.: Наука, 1982, 150 с.

64. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта // М.: Астрея-2000, 1999, 768 с.

65. Пономарева В.В., Сотникова Н.П. Закономерности процессов миграции и аккумуляции элементов в подзолистых почвах // В сб. Биогеохимические процессы в подзолистых почвах, Л.: Наука, 1974.

66. Почвоведение. Учеб. для ун-тов. В 2 ч. (под ред. Ковды В.А., Розанова Б.Г.) // М.: Высшая школа, 1988.

67. Растворова О.Г., Цыпленков В.П. Особенности формирования лизиметрических растворов в лесных и лесостепных почвах // Применение лизиметрических методов в почвоведении, агрохимии и ландшафтоведении, Л.: Изд-во геогр. общ-ва СССР, 1972, с.89-94.

68. Регуляторная роль почвы в функционировании таежных экосистем (под ред. Добровольского Г.В.) // М: Наука, 2002, 364 с.

69. Ремезов Н.П. О методике изучения биологического круговорота элементов в лесу // Почвоведение, 1959, №1, с.71-79.

70. Ремезов Н.П. Разложение лесной подстилки и круговорот элементов в дубовом лесу // Почвоведение, 1961, №7, с. 1 -12.

71. Роде А.А. Несколько данных о физико-химических свойствах воднорастворимых веществ лесных подстилок // Почвоведение, 1941, №3, с. 103-128.

72. Роде А.А. О почвенных водах и почвенном стоке (К дискуссии о внутрипочвенном стоке) // Почвоведение, 1954, №9 с.52-63.

73. Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. Т.П. Методы изучения водного режима почв//Л.: Гидрометеоиздат, 1969.

74. Роде А.А. Почвенная влага // М.: Изд. АН СССР, 1952.

75. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот в основных типах растительности // Л.: Наука, 1965,253 с.

76. Рожнова Т.А., Счастная Л.С. Изучение взаимосвязи растительности и почв в условиях Карельского перешейка // Почвоведение, 1959, №1, с. 19-29.

77. Рудакова Т.А., Воробьева Л.А., Новых Л.Л. Методические указания по расчету диаграмм растворимости труднорастворимых соединений // М.: Изд-во МГУ, 1986.

78. Самойлова Е.М., Дёмкин В.А. О составе различных фракций почвенного раствора // Почвоведение, 1976, №11 с. 24-27.

79. Скакальский Б.Г. Особенности формирования химического состава вод местного стока в бассейне р. Шелони // Труды ГГИ, вып. 119, 1965, с.67-86.

80. Скрынникова И.Н. Опыт изучения почвенных растворов лесных подзолистых почв Московской области и их роли в процессах почвообразования // Почвоведение, 1948, №5 с. 12-17.

81. Скрынникова И.Н. Опыт изучения динамики химического состава почвенно-грунтовых вод подзолистой зоны // Труды Почв, ин-та, т. XXXI, 1950.

82. Снакин В.В. Анализ состава водной фазы почв // М.: Наука, 1989, 118 с.

83. Соколов Н.Н. Рельеф и четвертичные отложения Центрально-лесного заповедника // Ученые записки ЛГУ, сер. Геогр. наук, 1949, № 6.

84. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах: Учебное пособие // Тула: Гриф и К, 2005, 336с.

85. Сотникова Н.С. Сезонная динамика состава лизиметрических и ручьевых вод в подзолистых почвах под хвойным лесом // Почвоведение, 1970, №10, с.31-43.

86. Строганова М.Н., Бондарь В.И., Карпачевский Л.О. Морфологическое строение и структурная организация подзолистых почв южной тайги // Почвообразование в лесных биогеоценозах, М.: Наука, 1989.

87. Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере // М.: Наука, 2003,364 с.

88. Таргульян В.О., Соколов И.А. Структурный и функциональный подход к почве: почва-память и почва-момент // В кн. Математическое моделирование в экологии, М.: Наука, 1978.

89. Трофимов С .Я. Особенности склонового почвообразования в ненарушенных ельниках южной тайги. Дисс. канд. биол. наук // МГУ, факультет почвоведения, 1989.

90. Трофимов С.Я. Функционирование почв ненарушенных биогеоценозов южной тайги. Дисс. докт. биол. наук // МГУ, факультет почвоведения, 1998.

91. Трофимов С.Я., Строганова М.Н. Особенности почвообразования на дренируемых склонах в ненарушенных южнотаежных биогеоценозах // Вестник МГУ, сер. 17, Почвоведение, 1991, №3.

92. Учватов В.П. Особенности почвенных и грунтовых вод Приокской зандрово-аллювиальной равнины // Почвоведение, 1985, №6.

93. Учватов В.П., Башкин В.Н. Гидрогеохимия тяжелых металлов природных вод центра Европейской России // Тяжелые металлы в окружающей среде, Пущино, 1997.

94. Ушакова Г.И. Биогеохимическая миграция элементов и почвообразование в биогеоценозах Хибин // Почвоведение, 1999, №6, с.712-720.

95. Ушакова Г.И. Биогеохимические особенности миграции элементов в еловых и сосновых лесах Кольского полуострова//Почвоведение, 1995, №6, с.759-767.

96. Физико-химические методы исследования почв (под ред. Зырина Н.Г., Орлова Д.С.) // М.: Изд-во МГУ, 1980.

97. Ю8.Фишман В.Я., Шаповалова Т.С. Ионный состав поверхностных и грунтовых вод водораздела рек Уста Вая как отражение почвенных процессов // Изменение почв, процессов и факторов плодородия при земледел. использ. почв, 1988, с. 96-105.

98. Фокин А.Д. Процессы трансформации и миграции вещества в почвах. Биологические структуры и их роль в существовании жизни на Земле // Почва, биосфера и жизнь на Земле. М.: Наука, 1986, с. 32-56.

99. ПО.Шаврыгин П.И. Соотношение между почвенными растворами и водными вытяжками в засоленных почвах // Почвоведение, 1947, №3, с. 172-177.

100. Ш.Шилова Е.И. О качественном составе лизиметрических вод целинной и окультуренной подзолистых почв по данным пятилетних исследований //

101. Почвоведение, 1959, №1, с. 86-97.

102. Шилова Е.И. Почвенный раствор как система взаимодействия растений и микроорганизмов с почвенной средой//Докл. геогр. общ-ва, 1969, вып. 13, с. 12-30.

103. Яшин И.М. Водорастворимые органические вещества почв таежной зоны и их экологические функции. Дисс. док. биол. наук // М: МСХА, 1993.

104. Яшин И.М., Нмадзуру И., Шестаков Е.И. Особенности формирования водорастворимых органических веществ в подзолистых почвах и их роль в абиогенной миграции типоморфных элементов // Изв. ТСХА, 1993, вып.З, с. 126-142.

105. Яшин И.М., Черников В.А., Карпухин А.И., Раджабова П.А. Содержание и состав водорастворимых органических веществ в поверхностных природных водах европейского Севера//Изв. ТСХА, 1990, вып.З, с. 68-83.

106. Berggren D., Bergkvist В., Falkengren-Grerup U., Folkeson L., Tyler G. Metal solubility and pathways in acidified forest ecosystems of South Sweden // Sci. Total Environ., 1990, v.96, p.103-114.

107. Chairidchai P., Ritchie G.S.P. Zinc adsorption by a lateritic soil in the presence of organic ligands // Soil Sci. Soc. Am. J, 1990, v.54, p.1242-1248/

108. David M.B., Zech W. Adsorption of dissolved organic carbon and sulfate by acid forest soils in the Fichtelgebirge, FRG // Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd., 1990, v. 153, p.379-384.

109. Dawson H.J., Ugolini F.C., Hrutfiord B.F., Zachara J. Role of soluble organics in the soil processes of a podzol, Central Cascades, Washington // Soil Sci., 1978, v.126, №5, p.290-296.

110. De Vries W., Reinds G.J., Deelstra H.D., Klap J.M., Vel E.M. Intensive monitoring of forest ecosystems in Europe // 1999 Technical report, ES, UN/ESE, Brussels, Geneva, 1999.

111. Dijkstra F.A., Geibe C., Holmstrom S., Lundstrom U.S., van Breemen N. The effect of organic acids on base cation leaching from the forest floor under six North American tree species //European J. of Soil Sci., 2001, v. 52, p. 205-214.

112. Gu В., Schmitt J., Chen Z., Liang L., McCarthy J.F. Adsorption and desorption of natural organic matter on iron oxide: Mechanisms and models // Environ. Sci. Technol., 1994, v.28, p.38-46.

113. Gu В., Schmitt J., Chen Z., Liang L., McCarthy J.F. Adsorption and desorption of different organic matter fractions on iron oxide // Geochim. Cosmochim. Acta, 1995, v.59, p.219-229.

114. Hogg D.S., McLaren R.G., Swift R.S. Desorption of copper from some New Zealand soils // Soil Sci. Soc. Am. J., 1993, v.57, p. 361-366.

115. Jardine P.M., Weber N.L., McCarthy J.F. Mechanisms of dissolved organic carbon adsorption on soil // Soil Sci. Soc. Am. J, v. 53, 1989, p. 1378-1385.

116. Kaiser K., Guddenberger G., Zech W. Sorption of DOM and DOM fractions to forest soils // Geoderma, 1996, v.74, p.281-303.

117. Kaiser K., Zech W. Competitive sorption of dissolved organic matter fractions to soils and related mineral phases // Soil Sci. Soc. Am. J., 1997, v.61, p. 64-69.

118. Kaiser K., Zech W. Rates of dissolved organic matter release and sorption in forest soils // Soil Sci. Soc. Am. J, v. 163,1998, p. 714-724.

119. Kaiser K., Zech W. Release of natural organic matter sorbed to oxides and a subsoil // Soil Sci. Soc. Am. J, v. 63, 1999, p. 1157-1166.

120. Kaiser K., Zech W. Soil Dissolved Organic Matter Sorption as Influenced by Organic and Sesquioxide Coatings and Sorbed Sulfate // Soil Sci. Soc. Am. J, 1998, v.62, p.129-136.

121. Malcolm R.L., McCracken R.J. Canopy drip: a source of mobile soil organic matter for mobilization of Fe and Al // Soil Sci. Soc. Am. Proc., 1968, v.32, 834838.

122. McBride M.B., Blasiak J.J. Zinc and copper solubility as a function of pH in an acid soil // Soil Sci. Soc. Am. J., 1979, v.43, 866-870.

123. McCarthy J.F., Zachara J.M. Subsurface transport of contaminants // Environ. Sci. Technol, 1989, v.23, p. 496-502.

124. Moore T.R., De Souza W., Koprivnjak J.-F. Controls on the sorption of dissolved organic carbon by soils//Soil Sci., v. 154, 1992, p. 120-129.

125. Naidu R., Harter R.D. Effect of different organic ligands on cadmium sorption by and extractability from soils // Soil Sci. Soc. Am. J., 1998, v.62, 644-651.

126. Pohlman A. A., McColl J. G. Soluble organic from forest litter and their role in metal dissolution // Soil Sci. Soc. Am. J., 1988, v.52, p. 265-271.

127. Quails R.G., Haines B.L. Geochemistry of dissolved organic nutrients and humic substances in a deciduous forest ecosystem // Soil Sci. Soc. Am. J., 1991, v.55, p. 1112-1123.

128. Romkens P.F.A.M., Salomons W. Cd, Cu, Zn solubility in arable and forest soils. Consequences of land use changes for metal mobility and risk assessment // Soil Sci, 1998, v.163, №11, p.859-871.

129. Sauve S, McBride M, Hendershot W. Soil solution speciation of lead(l 1): effects of organic matter and pH // Soil Sci. Soc. Am. J, 1998, v.62, 618-621.

130. Stahl Randal S, James Bruce R. Zinc sorbtion by В horizon soils as a function of pH // Soil Sci. Soc. Am. J, 1991, V.55, p. 1592-1597.

131. Takamatsu T, Yoshida T. Determination of stability constants of metal-humic acids complexes by potentiometric titration and ion-selective electrodes // Soil Sci, 1978, v.125, №6, p. 377-386.

132. Wershaw R.L., Llaguno E.C., Leenheer J.A. Mechanism of formation of humus coating on mineral surfaces. 3. Composition of adsorbed organic acids from compost leachate on alumina by 13C NMR // Colloids Surf., 1996, v. A 108, p.213-223.

133. Zabowski D. and Ugolini F.C. Lysimeter and centrifuge soil solutions: seasonal differences between methods // Soil Sci. Soc. Am. J., 1990, v.54, 1130-1135.