Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ"



МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА "

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯИСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ГРАЧЕВА Нина Михайловна

ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

Специальность 03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена на кафедре лесоводства и геологии Московской сельскохозяйственной академии'имени К. А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Н. Г. Васильев; кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Л. В. Мосина.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Л. О. Карпачевский; кандидат биологических наук, доцент Н. П. Покровский.

Ведущее предприятие — Всероссийский научно-исследовательский институт Охраны природы и заповедного дела, г. Москва.

Защита состоится«-^» . _ . 1992 года

в « » час. на заседании специализированного совета К.120.35 06 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева по адресу: .127550, г. Москва, И-550, Тимирязевская ул., 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан

. 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук

<

Л. В. Мосина.

ОВШ-ХАРАКГйРИЗТИКА РАБОТЫ

Актуальность^ Лео представляет сложную систему, постоянно . находящуюся в саморазвитии и движении и тесно связанную с окружающей средой. Возросшее экологическое неблагополучие на планете требует особого отношения к лесным биогеоценозам (Б1Ц), выполняющим важнейшую социально-экологическую, санитарно-гигиеническую, средообразунцую, эстетическую и другие функции в биосфере

Нормальное развитие, функционирование и высокая продуктивность лесного БЩ определяются в значительной степени лесорасти-тельными свойствами почв.

Из всех компонентов городской среды (воздух, вода, растения) заг. язнению почв, как правило, уделяется меньше всего внимания. ■ • ■ Это происходит из-за того, что загрязнение почв не так очевидно , и осязаемо, как например, воздуха или воды. Почвы городов изуче-. ны значительно меньше, чем почвы, используемые в сельском хозяй-л ■ стве. •' ' •' •' • ' ■ ~ : •:-.'_'■..■

Еще менее наученными являются почва городских и пригородных . лесов, которые подвергаются значительным антропогенным воздействиям. '.•■'■■.'•.'":"■■•'...■;.' ; .: Почвы городских и пригородных лесов с одной стороны поглощают и депонируют тонкодисперсные вещества и газы, поступавшие из атмосферы, одновременно очищая сопредельные среды (воздух, воду), во, о другой стороны, почва мохет стать вторичным источником за: 1Трязненш1 воздуха, 'растений и природных вод.

В связи с этим при оценке состояния городских лесных Б1й не. обходим комплексный биогеохимический подход, а исследование лесо-. растительных свойств почв под влиянием антропогенного загрязне-;; ния является в настоящее время одной из актуальных задач леснога . почвоведения. ."■•.•. •, • • ■• . • ' ■ .• 7

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось изучение

Г ' " 1 - ^гТРАЛЬНАЯ "(

НАУЧ, ¡ДП ВИ5ЛИОТСКА

■ »'.оси. сэ/.ь-колоз сч^домии

им. К. А. Тиуир-зр^Д

Низ. ¡-:с /кгЗи£%о

изменения лесорастительных свойств дерново-подзоллстых почв в условиях антропогенного воздействия.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

- определить содержание и накопление тяжелых металлов (ТЫ) в почвах за последние 80-90 лет. Изучить основные закономерности распределения "ГЛ в верхнем гумусовом горизонте почв;

- установить зависимость изменения физико-химических свойств и гидротермического режима почв от степени интенсивности антропогенного воздействия;

- изучить изменение плотности лесных почв в условиях поваленной рекреации;

- исследовать содержание подвижных форм соединений Т.М в дерново-подзолистых почвах и определить факторы, влияющие на увеличение доступности для растений соединений ТМ;

- определить содержание ТМ в корнях и перидерме корней основных лесообразушцих пород городских и пригородных лесов;

- провести микробиологические исследования, характеризующие лесорастительные свойства почв в условиях антропогенного воздействия.

Научная новизна. Впервые получены результаты исследований по изучению накопления Ти1 за длительный промежуток вреьени продолжительностью 80-90 лет. Выявлено, что за этот период времени содержание токсикантов в почвах значительно увеличилось: свинца в 5,623 раза, кадмия - 2,8-18,6 раза, Цинка - в 3,1-18,2 раза.

- Установлено, что в городских и пригородных лесах важным

4 \ _ фактором, влияющим на увеличение доли подвижных форм ТЛ, является степень уплотнения почвы.

При увеличении плотности почв в условиях рекреации доля подвижных форм ТО от общего содержания возрастает.

- Разработана система почвенно-микробиологических показателей г. для определения состояния.древесных насаждений в условиях повышенной антропогенной нагрузки в природных ценозах.

Практическая значимость работы.

I. Полученные физико-химические, агрохимические и биологические характеристики лесорастительных свойств почв городских и пригородных лесов мохут служить основой для оценки закономерностей их функционирования и научного подхода к ведению лесного хозяйства в этих лесах.

. 2. Использование почвенных образцов, характеризующих состояние окружающей природной среды в начале текущего столетия, позволяет использовать,полученную информацию при создании фонового мониторинга!и научного прогноза в дальнейших экологических исследованиях.■ '•.

3. Установлено; что при работе в условиях повышенных рекреационных нагрузок целесообразно выражать концентрации ТМ не в единицах массы, а в объемных единицах. Выявлена зависимость подвижности тяжелых металлов от степени уплотнения почвы, что необходимо учитывать при разработке ПДУ в городских а пригородных лесах.

4; Разработаны почвенно-микробиологические показатели для оценки состояния лесных фитоценозов в условиях повышенной антропогенной нагрузки, которые будут способствовать ранней диагностике нарушений, что поможет.предотвратить необратимые изменения . в. природных ценозах. .....

Апробация работы.' Основные результаты диссертационной работы доложены на трех научных конференциях ЛСХА в 1906-1988 Г-, и опубликованы В'5, научных статьях. , ' ,

* ■ Объем работы. Диссертационная.работа■состоит из введения,. . о х-лав и- выводов . Изложена на ДЗО -.страницах маашнописного текс-

та, включая 34 таблицу, 7 рисунков. Список использованной литературы содержит 183 наименования, в том числе 36 на иностранном языке.

ОБЪЕКТЫ И '«йТОлЫ

Исследования влияния антропогенного загрязнения на лесо-раститеяьнне свойства дерново-подзолистых почв проводились на примере почв Лесной опытной дачи СЛОД), которые являнтся типичными для лесов Российского Нечерноземья. Учитывая специфику целей исследований, направленных на изучение изменений лесорасти-тельных свойств почв под воздействием антропогенного влияния различной степени интенсивности, для сравнительного сопоставления и объективной оценки дополнительно изучались лесорасти-тельные свойства почв на ряде контрольных площадей под однопо-родными одновозрастными насаждениями, аналогичными насаждениям ДОД.

В качеотве таких контрольных площадей выбианы участки, расположенные в Смоленской обл. (Дорогобужский р-он, дер.Шульгано), Ярославской обл. (вблизи оз.Неро) и Московской обл. (в Истринском и Краснополяноком лесничествах).

Насаждения на пробных площадях характеризовались по всем основным таксационным показателям: состав и возраст насаждений, средний диаметр ствола, высота, сумма площадей поперечных оече-вий, относительная полнота, число деревьев на I га, запас стволовой древесины в м3 на I га. Для более точной характеристики древостоя выделялись модельные деревья, которые выбирались методом пропотздионально-отупенчатого представительства от пяти рангов групп по их жизненному состоянии и в зависимости от поч-ве-^о-экологкческих условий.

Учитывая важное значечло для роста к развития лесных эко-

систем пространственного распределения деревьев, определялись такие показатели, как экологическая плотность и среднее расстояние между "деревьями. „ .

На пробных площадях размером 50 х 100 м (0,5 га) и.контрольных участках были заложены разрезы до глубины ПО. см, отобра-ны'образцы почв по генетическим горизонтам и.определены.их физико-химические свойства (Агрохимические методы исследования;почв, 1975). . Г,' 'j-j"-.- ■ :, - .¡е.-

■ Кроме того, по периметру проекгста крон модельных деревьев, отбирали пробы почв в 7-10-кратной.повторности, из которых сос-- . тавляли смешанный образец и^его анализировали. , . .. " . .

^ С целью оценки уровня техногенного накопления ТМ проведен ■ валовой анализ. дерново-подзолистых почв рентгено-флуоресцептвым методом. ... . .. ...... . .. f-V" • ■ <

Для определения степени токсичности загрязнителей использовали методику, ¿которая выявляет: формы .их;^подвижности по мере на- . растания прочности, связи: обменные (вытяжка ! н Са(Ы(^)2), доступные (вытяжка ЫН^Ас,.рН.4,8), потенциально-доступные (вытяжка I я HCl) и прочно.сорбированные -.недоступные;(вытяжка 6 я HCl) (Кукушкин, Наумов,.Тарасов, Фокин,-1987).¿Схема проведения.пос-ледсвательного фракционирования, ГМ основана на, следующих.принципах

'.;•',' а). проведение, селективного; экстрагирования последовательно разшчню.ш растворами из рдной; навески;пшвы: ■ , ч w ; б) последовательное возрастание экстрагирующей;способности ¡растворов; iV;, -гг.-.,! •>.:■ : '

j .С в) .прдаое.(аннв>ш:разности), определение>всех форм элемента.-г,'.Ьракци0ннкй;с0ставгт0ксикант0в,пр03еден:на плазменном.ана-/лизаторе. ..' • ' ; ' - ■''...

". При детальном изучении распределения тяжелых металлов в

верхней части профиля исследуемых почв производился отбор почвенных образцов по сдоям через 1,2,4 см.

Содержание М в нерастворимом остатке снега анализировали по общепринятой методике и определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре.

Плотность почвы определяли в динамике по сезонам года для слоя 0-3, 3-7, 7-II см. код насаждениями, где имелся слой подстилки, его сны,али. В этих хе образцах определена влажность почвы весовым методом по общепринятой методике и "дыхание" почв по Штатнову.

Пробы корней диаметром 1,5-2 см отбирали а конце вегетационного периода на расстоянии 1-1,5 м от ствола и анализировали по общепринятой методике.

Микробиологические исследования проводили в свежих образцах почвы по общепринятой методике, с использованием чашечного метода пооева на твердые питательные среда.

Общее количество аымонификаторов определяли путем посева почвенной суспензии на мясо-пептоьний агар (MIÍA, рН 7,0-7,2). Спорообразувдие бактерии - путем посева пастеризованной в течение 10 мин. почвенной суспензии при температуре 7Ь-80°С на среду, соотоящую из равных объемов мяоо-пептонного агара и сусло-агара (MI1A + СА, ри 7,0-7,2). Вегетативные клетки бацилл на ЫПА, общее количество микроорганизмов, использующих минеральные фЬр-мы азота, в том числе актиномидеты - на крахмало-аммиачном агаре (КАА, рН 7,2-7,4).

Идентификацлч бацилл проводили по методике Родиной и определителю Крас.!льчикова. Групповую принадлежность актицомиштов -по определителю лраекльнинова и шкале цветов Бсндарцева. Азот-

фиксирующую способность почвы (актуальную и потенциальну) определяли на газовом хроматографе по метолу Умарова (1976).

• СОДЕРЖАНИЕ, НАДИШШИЕ И ПОСЛОЙНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТМ

В-ДЕРНОВО-ПОДЗШЖТЫХ ПОЧВАХ ПРИ АНТРОПОГЕННОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ

Содержание и науоп-цение во времени ТМ в' дерново-подзолистых; рочвау. В условиях города при выполнении исследований в дерново-подзолистых почвах определяли содержание ТМ в почвенных образцах . 1910 г. на ЛОД и сравнивали.с почвенными образцами, отобранными • в тех же меотах в период 1983-1985 гг.

Для сравнения содержания и накопления ТМ в аналогичных по. генетическим свойствам дерново-подзолистых почвах в сельской местности были также проанализированы почвенные образцы, отобранные в 1892 г, и.в 1985 г. в Смоленской обл^ (Дорогобужский р-н, д.Щуль-гино), расположенной вдали от крупных промышленных предприятий и автомагистралей и почвенные образцы, отобранные в.1914 г. и в 1985 г. в Ярославской обл. (около оз.Неро).

Результаты исследований по изучению увеличения содержания (накоплению) ТМ в дерново-подзолистых почвах в период с 18921914 гг. по 1983-1985 гг..представлены в табл.1.

При анализе результатов исследований, представленных в табл,1, следует выделить две группы объектов. Первую группу объектов 1,2, 3) объединяет то,: что оее расположены на терркто-риях, которые подвержены сравнительно меньшему антропогенному загрязнению, вторая группа объектов 4, 5) выделены в свя?:.. с тем, что данные участки ЛОД в значительно большей степени подвержены антропогенному загрязнению, так как находятся вблизи автомагистралей и жилых массивов города; - • / .

В первую очередь следует отметить, что содержание ТМ в дер-

1аблица I

Увеличение содерлсания (накопления) св.шца, кадмия, цлнка в дерново-подзолистых почвах за последние 80-90 лет

И пп

Наименование объекта

IСвинец | -1-1-

¡содержание,{накопление «содержание, I мг/кг I мг/кг

Кадмий т

i мг/кг ) |

исход]ась- 11.т/кГ|Крат-|исход-'соьре-|ыг/кг|крат-

, накопление г

1. Сь-оленския обл.,

д.^льгано

2. ярославская обл., I оз,Неро

1С

¡.о е ) ре- | • ьен- | ное

,ность1ное Iували: ¡чения{

¡шейное}

! ! ! '

¡ность I увеличения

Цинк

содержание, накопление мг/кг \

ас-|ссвре{пг/гг|кгаг-Х°Д- ¡мен- | |Ность ное ,ное | ¡увели-I |«ения

о 28 23 5,6 0,055 0,154 О.СЗЬ 2,8 10 35 25 3,5

Ь 45 40

0,1)75 0,108 0,133 2,8 25 78 53 3,1

3. ЛОД ТШ кв.6

1 (в центре лесного о 62 5 6 10,3 0,04 0,42 0,38 10,5 11,6 1>,5 ¿3,9 3,9

массива)

Среднее значение по трем объектам

4. ЛОд ТСХА .№.14 (¿0 м от автомагистрали)

¿>. 10Д ТСХА 1В.Ю (¿0 м от авто-га гистрали)

5,3 45 39,7 8,5 0,057 0,25 0,203 4,5 15,5 53 37,5 3,4 6 104 98 17,3 0,04 0,715 0,703 18,6 11,3 ЬЗ 141 13,2

о 139 133 23,1 0,04 0,СЬ4 0,614 1о,4 11,6 211 195 18,2

11рш ечание. Исходное - содерглние Ш в образцах почв, отобранных в 1ь92-19И гг., совреиенное - содержание И в образцах почв, отобрашых % ЬоЗ-19ЬЗ гг.

ново-подзолиотых почвах за последние 80-90 лет во всех случаях значительно увеличилось.

За последние 80-90 лет содержание'свинца увеличилось с; 5-6 мг/кг до 28-139 мг/кг, т.е. в 5,6-23,1 раза, содержание кадмия с 0,056-0,076 мг/кг.до 0,154-0,745 мг/кг, т.е. в 2,8-18,6 раза, содержание цинка с 10-25 мг/кг до 35-211 мг/кг, т.е. в 3,1-18,2 раза. ;

Результаты исследований показали, что наибольшее накопление ТМ происходит в почвах, расположенных особенно вблизи источников антропогенного загрязнения. Так, во. второй группе объектов отмечено более значительное накопление ТМ по сравнению о первой группой, за исследованный период времени накопление свинца превышает в 2-3 раза, кадмия в 4-^-5 раз, цинка в 3-5 раз соответствующее накопление на участках, расположенных в сельской местности.

Послойное распределение ЗД в гумусовом горизонте почв. Для оценки загрязнения почв ТМ было проанализировано послойное распределение свинца и цинка в гумусовом 'горизонте почв на участках расположенных в центре лесного массива - кв.6 ЛОД ТСХА в 500 м от автомагистрали и в 30 м от дороги - кв.14. . . ..

Содержание свинца в почве, отобранной в кв.6, уменьшается о глубиной о 62,0 мг/кг на глубине I см до 45,4 мг/кг на глубине 5 см и далее до 34 мг/кг на глубине 20 см Срис.1). Наибольшее накопление в слое 0-5 см, где, в данном случае содержится до 35% от общего количества свинца..

. ' ' Для образцов почв, отобранных в кв.14 вблизи дороги, зависимость уменьшения содержания свинца в слоях почвы с глубиной еще более сильно выражена. В данном случае уменьшение содержания свинца составило-более:3'раз и снизилось со 104,1 мг/кг на глубине I см до 33,3 мг/кг на глубине 20 см., В верхних 5 см содержит-

содержание, мг/кг

1 А 3 д —

1

1 /

1 /

1 Л / -2 ■з

г у /

1 / У

1 V

1 /

1 /

1 / г

1 ■

1 V

1 1 /

1 // 1

1

1

1 1 1

1 Л

1 1

ом

Рис.1. Послойное распределение свинца в дерново—подзолистой почве до глубины 20 см. ЛОД ТСХА. кв. 6. кв. 14.

1-почвы, отобранные в 1910 г.

2- почвы, отобранные в ценре лесного массива, га.6. 1985

3- почвы, отобранные вблизи автомагистрали, кв. 14. 1985

ся до 45$ общего количества свинца.

За последние 80 лет значительно увеличилось содержание свинца в' почвах, как в кв.6, так и в кв.14. В верхних слоях почвы оно возросло с 6 мг/кг до 62,0-63,4 мг/кг, т.е. более чем в 10 раз (кв.6) и о б мг/кг до 104,1-108,1 мг/кг, т.е. более чем в 18 раз (кв.14). ;

Таким образом, содержание свинца в верхних слоях почвы за последние 80 лет увеличилось в зависимости от расстояния до источника загрязнения.в 10-18 раз, в нижних слоях на глубине 20 см примерно в 5-6 раз. Аналогичная закономерность распределения выявлена и для цинка.

Подвижные Формы соединений ТМ в дерново-подзолистых почвах. В сг.стёме контроля за загрязнением почвенного покрова ТМ в экосистемах большое внимание уделяется их валовому содержанию. Однако более важными являются сведения о подвижных формах соединений в почвах, так как именно они представляют наибольшую опасность для . биологических систем. * .

■ Определено содержание подвижных форм соединений ТМ в современ ных образцах дерново-подзолистых почв. Установлено, что с увеличением общего содержания свинца с 28 до 104 мг/кг, содержание его подвижных форм изменяется от 3 до 18 мг/кг почвы, что составляет от 10,7 до 17,3$ от общего содержания. С увеличением общего содержания цинка с 35 до 153 мг/кг содержание1подвижных форм изменяется от 5 до 40 мг/кг и их доля составляет от 14,3 до 26,1$ от общего содержания.

Выявлена закономерность, что для почв мало подверженные антропогенному1 загрязнению, доля подвижных форм та, как правило,, в It7-2 раза меньше от их общего содержания по сравнению с загрязненными участками. Таким образом, при загрязнении почв свинцом и uzÄkom более .интенсивно происходит-.накопление подвижных форм

металлов по сравнению с общим увеличением их содержания.

Поступченге ТМ на поверхность почв. Определены содержание Т!»1 в нераствориуом остатке снега и величина потоков ТУ на поверхность почв за холодный период года. Остановлено, что на участках ЛОил, приближенных к автомагистралям, содержание Тт в нерастворимом остатке снега в 2,2-6 раз вше по сравнению с -участками в центре лесного массива.

поток ТМ на поверхность почв на ЛОд вблизи автомагистралей за холодныЛ пв11'од года составляет: свинец - 1^1,9 мг/м^, цинк -Ь92,1 мгЛ?, медь - 192,Ь мг/м?, что в 6-9 раз выше, чем в центре лесного маосива и в 18—»0 раз выше по сравнению с сельской местностью. Почвы, на поверхность которых воздействует более интенсивный поток ТМ, содержат большее количество ТМ.

Определены относительные показатели загрязнения в системе рочва-оастение ЛОЛ ГСХА. Установлено, что на участках, расположенных в центре лесного массива (вблизи автомагистрали), показатель накопления элемента в почве составляет: по свинцу - 10,3 («и,1), по цинку - 3,9 (18,2); показатель активного загрязнения почвы равен: по свинцу - 16,6 (30), по цинку - о,75 (28,8); показатель защитных возможностей почвы составляет: по свинцу -1,о1 (1,29), по пинку - 1,47 (1,58).

ВШПШ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛгЕО-РАСТнТйГЫМ: СВОлСГВА дгРЬОВОЧНЫОЙЬСТЫХ почв

Плотность яерново-подзодистнх почв в условиях ра^ллчного антропогенного воздействия. Исследования показали, что в результата массового посещения населением ЛОД плотность гсчв в чапо-веднике различна и определяется, главные образом, степенью ин-те'-олвностл антропогенной нагручк.'. / насаждений осчовных лесо-

образующих пород средние значеш.л плотя с 5 т.: почв состчел> т, как правило, в условиях естест е-пюго ае?рочог°чного воз ,о *ст-вия Спр.пл. I згр.) - 0,59-1,0 г''см3. В '.слон^ях повышенного антропогенного воздействия (пр.пл. 11 го.) плотность почв увеличивается в 1,3-1,8 раза и составляет 1,3-1,4 г/см3.

Исследования плотности почв год нас «'денлями с различной антропогенной нагрузкой в динамике от сезона года показали, что на пр.пл. I гр. плотность почв уменьшается от весны к осени по мере иссушения почвы, при этог.* /з\,енечле плотности, как правило, незначительно и составляет Ю--31' от первоначально«: величины. Под дубовыми насаждениями Х-лн класса возраота в слое 0-3 см величина плотности уменьшилась с 0,99 г/см3 до 0,65 г/см3, в более молодых дубравах - от I,СЬ г/см3 до 0,ь г/см3, а в сосно-во-березовых. - от 1,1 г/см3 до 0,о5 г/см3.

Противоположная закономерность прослеживается на пр.пл. П группы. Установлено, что на этих участках от весны к осени практически во всех случаях произелло значительное увеличение плотности до глубины II см незавге^о от состава и возраста насаждений. Увеличение плотности в отдельные периоды достигало 50-^0$, причем наибольшему уплотнению поясовгается слой 0-3 см. Учитывая то, что за наблюдаемый период времени влажность почвы существенно не изменилась, следует отнести увеличение плотности за счет уплотнения почвы.

Различны изменения плотности почвы с глубиной по сезонам года. Плотность почвы на пр.пл. I гр. снимется с глубиной в весенний период и увеличивается в летие-оеврний сезон, причем изменения составляет не более 10-20$ в слоях 0-3 см и 7-11 см. Так, плотность почвы под дубравами старшего класса возраста (Х-Л1) в весенний период уменьшается от 0,99 г/см3 в верхней чаоти гу-

щсового слоя 0-3 см до 0,64 г/см3 в нижнем его слое 7-11 см и от 1,06 г/см3 до 0,67 г/см3 соответственно под молодыми дубра-(УП-ЗТ11) класса возраста. В осенний период под данными насаждениями плотность увеличивается о 0,65 т/он? в слое 0-3 см до 0,В7 г/см3 в слое 7-11 см и с 0,60 г/см3 до 0,75 г/см3 соответственно, а ее увеличение составляет 0,15-0,22 г/см3.

Под насаждениями с повышенным антропогенным воздействием пр.пл. П гр. плотность-почвы с глубиной снижается, в весенний период - незначительно, в летне-осешшй сезон снижение достига-, ет существенных значений - 0,3-0,4 г/см3.

Исследования по изучению изменения плотности почвы да контрольных участках Истринского лесничества, где практически полностью отсутствуют Дополнительные антропогенные нагрузки, остается, как правило, постоянной как во времени - от весны к осени, так и по глубине.

Изменение влажности, температуры и "дыхания" почв в результате антропогенных нагрузок. Для изучения изменения лесорасти-тельных свойств почв под влиянием антропогенных воздействий.были проведены наблюдения за режимом влажности и температуры за весенне-летне-осенний период. На участках с естественной для ПОД антропогенной нагрузкой за исследованный пвриод(пр.пл. Ггр.) влажность почвы выше, чем на соответствующих участках с повышенной антропогенной нагрузкой (пр.пл. П гр.), а температура верхнего 10 см слоя почвы в этом случае, как правило, на 3-4 градуса выше, чем на пр.пл. I гр.

•В условиях повышенного антропогенного воздействия не только повышается температура почвы и снижается.еа влажность, но и значительно ниже интенсивность , "дыхания" почвы.'В среднем за веге- . тационный период (табл.2) в услоь:;ях повышенного антропогенного

воздействия наблюдается повышение температуры на 1Ь-2Си с 15,716,1 до 17,8-19,0 град., происходит сы-лоиие влакнооти нт с 19,8-25,1$ до 17,7-18,1$, а так^е знач» тельно гнлжаатся интенсивность "дыхания" почвы, которое вьгоахается в сокрашеч.ш выделения СО2 в зависимости от возраста и состава насаждений в 1,5-3 раза со 128,0-^84,0 мгЛ^ ро 8о,4 мгЛ? за I час.

Таблица 2

"Дыхание" почвы, темперхтура и еч^оюсть под насаждениями ЛСД (верхний 0-10 см слой)

>№ пробных {Выделение С02I Температура,°С ¡Влачность,

площадей, >мгЛ? за чао '--

состав насаждений ,»1'1И чач , спеднее за

| | вогетац/онный перлод

Л0Д. I группа. Участки с есте; твенной антропогенной нагрузкой

6 Дуб Х-ХП 284,5 1о ,7 2Ь,1

8 Дуб УП-УШ 113,7 1о,7 21,7

9 березой 128-° ^ 19,8 ЛОД. П группа. Участки о повышенной антропогенной нагрузкой

II Дуб Х-ХП 85,4 19.0 18,1

7 Дуб УП-УШ 85,4 18,7 17,7

10 бермой 1Х-Н в5'4 17-а

Содержание ТЛ в дерново-подзолигтых почвах в зависимости от удаленности от городски^ магистралей, породного состава и возраста насаждений. Выполненные лсследовьнля позволили выявить закономерность содержания ТМ в почвах по мере приближения к городским магистралям с ЬОО м до 100 м (таол.З). Содержание свинца при этом увеличивается в 2 рача, цинка в 1,Ь-2,2 раза, меди в 3-10 раз.

Таблица 3

Содержание ТМ в почвах ЛОД в зависимости от удаленности городских магистралей (мг/кг почвы)

аЯ пробных площадей, . состав наоаедений Класс возраста | , Свинец 1 Цинк ; Медь.

! 1 НОВ м ¡500 м 1 1 ! ■ 1 " !100 м 1500 м ! 1 ! 100 м 1500 м 1

II 6 Дуб Х-ХП 120 62 114 73 77 10

7 8 Дуб УП-УШ 114 ' 86 . .100 • 97 108 . ю,.

10 9 Сосна с березой 1Х-Х1 139 77 '211 . 96 '92 36 .

В исследованиях по загрязнению почв ТМ концентрация последних, как правило, выражается в единицах массы (мг/кг). При проведении сравнительного.анализа по содержанию в почвах ТМ в условиях рекреации на ЛОД с учетом уплотнения сопоставление концентраций в единицах массы является не.совсем корректным. Более объективной оценкой концентрации тяжелых металлов, по нашему мнению, является характеристика, выражающая суммарное содержание загрязнителей в слое почвы на единицу площади, например, рассчитанная, в граммах на I в верхнем 10 см слое с учетом плотности почв.

Содержание ТМ в почвах по мере приближения к автомагистралям о учетом плотности почв возрастает еще значительнее. Общее;содержание ТО в' верхнем 10 см слое почвы на площади в I г? по мере , приближения к автомагистрали с 500 м до 100 м увеличивается с учетом плотности: свинца - в 2,5-3,4 раза, цинка - в 1,5-4,2 раза и меди - в 5-1в раз. . . ' • ' . ' .

Масштабы накопления ТТЛ в почвах во всех случаях выше в условиях повышенной антропогенной нагрузка по сравнению с естественной нагрузкой, однако содержание токсикантов под сосной и березой, как правило, несколько выше, чем в почвах под дубравами, как в случае естественной, так к повышенной плотности, В условиях ее- 16 -

о

тественноЛ плотности почв содер.кин/о св» нца «• IV и га сыша под голодьми насаждениями, чем под о гее зр - ,, оравам*. - ,ело-виях повышенной рекреашш Оолее ~ с -ое ("д^.. *ан«"в стш .* юр ка в почвах под наса/чдеилямл еде 1 С-л^о < таг чго ш лз-ют 1.

Блля-п'е уплотнения почв н< г ^но ть ту г"ткх ' р-пгов. Исследования, проведенные на ./чистках ••е-а с неоки ткоьои (штро-погенной нагрузкой, показал.! зав с,2/6сть газлгчиих по прочности связи форм ИЛ от степени уплотнения ггочвь, (-1"сл.4).

Среднее содержание подвижных ;орм <л> та в верхее4»1 части гумусового горизонта естественного чп-отжчля - 1^,4 чг/кг, в уплотненной почве концентрация точоккалт- е^тг-1 тает до —.,6 мг/кг. То есть, евлнец в результате аэ^-м,ыо загрязнения накапливается в верхней части почвенного лэ^ и ля, пр.-чем доля его наиболее подвижных форм возрастает на ..гп'атнешшх 5частках. Аналогичную зависимость проявляет цгнк. Гак, а горизонте А]г по пр.пл. П гр., где плотность 1,6-1,ь г/см3, шнпентрацкя обменного и потеншально-доступного цинка - о*. ,о >т/кг, тогда как на пр.пл. I гр., где плотность О.о-О.и г/см3 только мг/кг. Однако доля обменного и потенциально доступного ишка в зав. сга/о-сти от уплотнения почвы распределяется по-разному. Ь почве естественного уплотнения верхний гумусовый акт уулят.'вный горизонт обменного и потенциального цинка иодеи^'т в соотношении примерно 1,5:1 (14,9:10,6), то в уплотненной почвт преобладает обменный цинк. Соотношение форм соедпчеьлЛ эл; ! ьта по степени прочности связи здесь уже значительно оыла - о,>:1 (~о,7:6,9). В нижней части гумусового слоя этг раз л; ч.д сгладываются. Количество меди по всем пробным площадям отлич^с-тся незначительно, однако и здесь проявляется тенденция, откачанная дтя свинца и цинка; с увеличением плотности почгы гоеыи ются д^ля подвижных

Таблица 4

Содержание доступных форм свинца и цинка в дерново-подзолистых почвах (мг в слое почвы толщиной I см на I ^ )

№li пробной |Генетиче-| Свинец j . Цинк

oaS' '¡общее j »ggg™ , 1общее \ ^Г" порода { см ¡еодер- jÜOflegT jcogep- jCOK^f ■ __J_¡жание . 1Жани§ \ % ¡жание !жани£ ¡ Ъ

ЛОД. I группа» Участки с естествен, антропогенной нагрузкой. Плотность почвы 0,6-0,8 г/см3. 500 м от автомагистрали

6 Дуб ХХПА1 0-10 620 107 17,2 737 194 26,5

" Aj 10-20 604' 122 . 20,1 712 146 20,2.

8 Луб УП А1 0-12 770 86 11 '2 884 156 17'7 . W Aj 12-30 930 120 12,8 790 89 И,2

9 Сосна с Aj. 0-6■ , 630 105 16,6 674 142 ' 21,1 "iS-XI* AI 6~24 830 122 14,6 510 156 30,5

значение по А1 673 99 15,0 760 . 165 . 21,7

I группе Aj '788. 121 15,3 673 130 19,3

ЛОД. Л группа. Учаотки с повышенной антропогенной нагрузкой. Плотность почвы 1,5-1,8 г/см3. 100 м от автомагистрали

II Дуб Ат 0-4 1230 399 32,4 1396 364 26,2

Aj 4-22 1180 359 30,4 9-Ю 190 20,2

7 Дуб Ат 1-6 1126 412 3-3,6 1327 520 . 39,3

'Aj. 6-23 III8 358 32,2 1055 .359 34,1

10 Сосна Ат 0-6 1297 387 - 29,8 2721 819 30,1 С а-Х1°Й Aj 6-51 1140 313 27,4 1240 313 25,2

Среднее Aj 1223 399 32,9 1810 • . 5S7 31,8

^группе П° АГ 1143 343 30,0 1076 287 26,6

ЛОД. Ш группа. Участки с выооким антропогенным загрязнением.. ■ Плотность почвы 0,7-0,9 г/см3. 20 м от автомагистрали '

"Ю" Сосна' Ат 0-10 1497 .259 17,3 1477 247 16,7 XI Aj 10-23 1327 284 21,4 1321 • 219 16,5

■■ Ат 0-10 1272 258 18,7" 1300 297 22,8 "О" Дуб XI TQ-24 1200 2СЗ 21,9 1247 272 21,8

форм этого элемента.

В среднем по пробным площадям на долю обменных форм тия цинка, меди приходится соответственно 04, 62 и от оби го содержания подвижных форм.

В работе проанализировано поведение тяжелых металлов на примере свинца и цинка в зависимости от утотнения и загрязнения почвы и установлено, что в городских .1 пригородных лесах степень уплотнения почв является важным актором, влияющим на подвижность та.

Так, в условиях естественного уплотнения (0,6-0,8 г/см3) в центре лесного массива на пр.пл. I гр. среднее содержание доступных форм свинца в горизонте А^- с учетом плотности составляет 99 мг в слое почвы толщиной X см на площади I (мг/1 см«1 или 15% от общего количества, в то время как на участках с наибольшей степенью уплотнения 1,5-1,8 г/см3 - пр.пл. П гр. - 399 мг/см-М^ или 32,9%.

Участки леса - пр.пл. "Ю" и "О", расположенные в 20 м от автомагистрали, в условиях естественной плотности почв (0,7-0,9 г/см3), отличаются максимальной концентрацией свинца в верхнем горизонте почв, но о учетом плотности содержание подвижных форм токсиканта составляет 248 мг/см-м? или 1ЬЛ от общего количества.

Таким образом, на пр.пл. П гр., характеризующихся наибольшей степенью уплотнения, доля подвижных фор\» свинца от общего содержания в 2 раза выше, чем на пр.пл. I гр. и в 1,8 раза больше, чем на пр.пл. "й" и "О", несмотря на го, что концентрация свинца на пр.пл. "Ю" и "О" по сравнению о остальными участками была максимальной. Аналогичные закономерности и/рют \ еото и в отношении подвижных форм цинка.

- -

. ашьхеяшвд' та в корнях дуба,, березы ■ •

и соскы под'ГОашССТДШй.рш'кацш.в'' комшшссе с .загрязкы;ш,1 сгащы-обитанш ,. .:. ;

Выполненные исследования позволили.установить,'что в настоящее время.содержание тякелых;металлов В:корнях-древостоев составляет: кадаия - 0,113-0,63,.:'.цинка-7;12-62,3 ^ меди 3,15-8,1, кобальта 0,1-1,15, ншсоля 0,83-7,83 мг/кг воздушно-сухого вещества. . - ■■».->: ¡.*-'

' Изучение накопления ТТЛ в перидерме корней показало, что на всех пробных: площадях концентрация; всех- исследованных* химических элементов была, в 2-10 раз выше, чем-в целом корне.>Г:

Установлено, что в.результате повышенной.антропогеннойгна-грузки в условиях: загрязнения окружающей среды на'ЛОД'содерка-. нив..ТО в корнях• березы и сосны: значительно. выше,' чем на-конт- *'" '

рольных площадях;Истринского лесничества. ""........

В условиях л од выявлена, закономерность, более: высокой'кон-центрацки.ТМчв корнях: дуба, - берёзы и-"сосны- на участках леса^

где плотность под.насаждениями^значительноУвеличилась;: '.*

г.. л -

'• .'" ..1ышсюн1сйьп1ч0с!кйя характ ерш тика люорасжшшхго:;.;, . г

■.свойств--почвы ■ в. условиях антрогогшныхвсвдействиИ

Анализ микробного населения? почвы : показ ал .,существенные из. .мг.енкя количественного и качественного состава'микроорганизмов ' е. их.физиолого-биохимических функций на1 участках -леса с различ- "; кой антропогенной-нагрузкой., ■ ^ «'"*"'" к-

.Отмечается, изменение ¡обе емакешости и-хар'актера* распределения микроорганизмов по профюто ■ почы в • зависимости: от; ее! уплот-'' нения и загрязнения. ■ . -1'4 •'■'Ч~■'■; г'5'.'/"' ' ч

Показана лучшая прьеп^оЛг.^нность; бпьегдл к: неблагоприятна! условиям- среды, что шр*. »аетез л ув-мкчгнгя:. деля, епорообразу:—

щих бактерий в сильно уплотненных горизонтах с до 19'« » насаждениях дубравы и с 12"? до lot в сосново-оерезовых $итои«нозах.

Меняется поведение зародышей йас а завис,мгоги

от уплотнения почвы: возрастает обсеменвнность данного вида.

Чувствительными к уплотнению являются и актином»шеты: на 4OS сокращается примерно их численность и возрастает доля аспорогенных форм.

ВЫВОДЫ

1. Натурными и лабораторными исследованиями установлено, что под влиянием антропогенного воздействия значительно изменяются лесорастительные свойства дерново-подзолистых почв, особенно в городских и пригородных лесах. Среди факторов наиболее существенно влияющих на ухудшение лесорастятельных свойств, следует выделить содержание и накопленле в почвах ТМ, их доступность для растений, а также уплотнение почвы и связанное с этим нарушение гидротермического режима и биологической активности почв.

2. Впервые получены результаты исследований по изучению накопления ТМ за длительный промежуток времени продолжительностью 80-90 лет. Выявлено, что за этот период времени содержание токсикантов в почвах сельской местности и на ЛОД в центре лесного массива значительно увеличилось: свинца в 5,6-10,3 раза, кадмия - 2,8-10,5, цинка - в 3,1-3,9 раза. Ка участках ДОД, расположенных вблизи автомагистралей, содержание ТМ в почвах за последние 80-90 лет увеличилось еще более значительно: свинца -в 23 раза, кадмия - 18,6, цинка - в 18,2 раза, что в 2-5 раз больше, чем на участках сельской местности за тот же период времени.

3. Изучено послойное распределение ТМ в гумусовом горизонте почв, выявлена закономерность уменьшения содерлар»^я токспкан-

тов о '.глубиной; Так, содержание свинца снижается с 62-104,1' мг/кг на глубине I см до 34,2-33,3 мг/кг на глубине 20 см, т.е. а 2-3 раза, при этом в верхнем 5 см слое содержится 35-45$ свинца от его общего количества, содержащегося в 20 см слое. Таким образом, в последние года происходит более интенсивное накопление ТТЛ в верхнем слое почв. За последние 80 лет содержание свинца в верхних 5 см слоях почвы увеличилось в зависимости от расстояния до источника загрязнения в 10-18 раз, в нижних слоях на глубине 15-20 см в 5-6 раз.

4. Установлено, что в результате повышенного антропогенного воздействия, которое проявляется в данном случае в массовом посещении населением заповедника, существенно ухудшаются лесорастительные свойства дерново-подзолистых почв.

Под воздействием повышенной антропогенной нагрузки происходит уплотнение верхнего слоя почвы, причем отмечено сильное-уплотнение в верхнем 0-3 см слое, при этом плотность почвы мо-. жет.увеличиваться до 1,8 г/см3. Отмечена закономерность изменения плотности почвы во времени.от весны к осени по глубине в зависимости от степени рекреационной нагрузки, влажности почвы, соотава и возраста лесных .насаждений. /. ' .. -

5. На пробных площадях с повышенной плотностью почв наблюдается повышение'~температуры'почвы в среднем за вегетационный период с I5,7-I6,I°C до 17,8-1&°С,, т.е. на 15-20$; отмечено• снижение влажности с 25,1 до 10,1% в спелых древостоях и с 21,7 до 17,1% в более молодых одиопородных насаждениях, что-составляет 15-20$;; значительное снижение интенсивности "дыхания".почвы, которое;выражается в сокращении выделения COj в зависимости от возраста и состава насаждений! в 1,5-3 раза по сравнению. -о участками с естестг.еюои для /ОД- антропогенной нагрузкой.

6. Определены содержание и доля от общего количества .сдвижных {юрм соединений Ш в дерново-подзолисты/ почвах, икявлв-на завис.-моьть доли подв.ишых рорм ТМ от степени уплотнения почв и уровня их загрязнения.

Установлено, что в городских и пригородных лесах важным фактором, влияющим на увеличение доли подвижных форм та, является степень уплотнения почвы. 11ри увеличен.«! плотности почв о 0,6-0,8 г/см3 до 1,0-1,8 г/см3 доля подвижных форм свинца от общего количества увеличилась с 15,0 до 32,9^, т.е. в 2 раза, при этом на участке, имеющем наиболее высокую концентрацию Т« в почве, по сравнению о двумя предыдущим случаями, при плотности почв 0,7-0,9 г/см3 доля подвижных форм сб. нца составляла только 17,35?.

7. Проведенные исследования позволили установить, что в настоящее время содержание ТМ в основных лесообразующих породах составляет: кадмия 0,113-0,56 мг/кг, цинка 7,12-62,3 мг/кг, меди 3,15-8,1 мг/кг, кобальта 0,1-1,15 мг/кг, никеля 0,86-7,89 мг/кг воздушно-сухого вещества.

Концентрация всех исследованных химических элементов в перидерме, как правило, в 2-10 раз выше, чем в целом корне.

Выявлено, что в корнях дуба, березы и сосны на участках леса в условиях повышенной антропогенной нагрузки более высокие концентрации Ш.

В результате повышенной рекреационной нагрузки в условиях загрязнения окружающей среды на ЛОД содерлание ТМ в корнях березы и сосны значительно выше, чем на контрольных площадях: кадмия в 1,2-1,9, цинка в 1,5-2,8, кобальта и ь'еди в 2,3-2,6, никеля в 9,2-1,9 раза.

8. Установлено изменение количественного и качественного состава аэробных гетеротрофных микроорганизмов в условиях повы-

шейного антропогенного воздействия. Под влиянием уплотнения почв '.зарастает доля спорообразующих бактерий с 15,9 до 19,в дубравах и с 12,0 до 16,7% в сосноао-березових насаждениях.

Наиболее устойчивыми к ухудшению аэрации Вас. , а ,

наиболее чувствительными к уплотнению почвы актиномицеты, их относительное содержание снижается на 27-42%. ,

Таким образом;, в условиях повышенного антропогенного воздействия характеристики почвенных микроорганизмов являются важными показателями, регистрирующими ухудшение лесорастительных свойств почв, что позволяет использовать их в качестве индикаторов рекреационной нагрузки на ранних стадиях диагностики степени загрязнения биогеоценозов. ....

9. Для дальнейших научных исследований, сравнительных анализов и экологических прогнозов в условиях городской среды при ■ антропогенном воздействии представляется целесообразным принять показатели загрязнения почв 1910 г. на участках Лесной опытной>; дачи в качестве фоновых значений.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1 Мосина Л В, Пралнн В В, Грачева Н. М, Боч-кова Т И, Евдокимова Н В, Кузнецов Е В., Шмидт В П. Влияние антропогенных факторов на накопление ТМ в почвах некоторых насаждений ЛОД Т1СХА // Лесные экосистемы и вопросы моделирования — Ч ТСХА, 19(35 —С 42—415.

2 Мосина Л В, Грачева Н М, Бочкола Т, И. Шмидт В П Содержание микроэлементов под некоторыми лесными насаждениями Лесной опытной дачи ТСХА в условиях урбанизации —Деп во ВНИИТЭИСХ «Охрана природы Охотничье хозяйство» — М, 1987, — с. 48

3 Мо с л на Л В, Грачева Н М, Кузнецов А. В., П е <р-ш и н о в Е Б Изменение подвижности ТМ в дерново-подзолистых почвах под влиянием антропогенных воздействий // Влияние химизации земледелия на содержание ТМ в почвах с.-х угодий и продукции растениеводства — М ЦИНАО, 198989 —С 23—2:7

4 Васильев Н Г, Кузнецов Е В, Мосина Л. В, Г р а, ч е в а Н М Влияние городской среды на состояние почв Лесной опытной дачи ТСХА // Экологические исследования в Москве и Московской области — М ИНИОН \Н СССР, 1990 —С 203—211

5 Мосина Л В, Паракил В В, Грачева Н М. Азот-фивсярующая активность почв под насаждениями рекреационных лесов // Биозкологическая оптимизация лесных и аграрных ценозов —М ТСХА, 1991 — С 49,-54 _ _

Объем 1'/г н л

Заказ 964.

Тираж 100

Типография Московской с -х академии имени К А Тимирязева 127650, Москва И 553, Тимирязевская ул, 44