ЛАНДШАФТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

УДК; 631.4; 504.4.054 581.192.6
ЛАНДШАФТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В СИСТЕМЕ ПОЧВА-ВОДА-РАСТЕНИЯ
Медведев И.Ф1., Деревягин С.С1., Губарев Д.И1., Нецветаев М.Ю.2
ФГБНУ «НИИСХ Юго-Востока»1
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный
университет имени Н.Г. Чернышевского»2
[email protected]
Выявлены закономерности распределения и накопления тяжелых металлов в
системе почва-вода-растения. Определены географические особенности распределения
тяжелых металлов по основным ландшафтным провинциям черноземной зоны
Поволжья. Выявлена определенная зависимость содержания гумуса в почве с
подвижными формами тяжелых металлов. Полученные данные могут быть
использованы для определения площади пашни, пригодной для получения экологически
чистой продукции.
Ключевые слова: тяжелые металлы, ландшафт, гумус.
Территория Правобережья Саратовской области имеет сложное геологическое и
геоморфологическое
строение.
В
геоморфологическом
аспекте
наиболее
представительными по территории и уровню развития почвенных процессов являются
«азональные ландшафтные единицы» низкая Окско-Донская равнина и высокая
Приволжская возвышенность. Окско-Донская равнина характеризуется покатоволнитстым рельефом, слабой изрезанностью и расчлененностью территории.
Преобладающие (65%) площади территории – равнинные пространства. Территория
микрозоны восточнее р. Медведицы расположена на западном склоне Приволжской
возвышенности, которая характеризуется сильным уровнем расчленения (коэффициент –
0,62 км/км2). Общий характер рельефа здесь холмисто-увалистый, местами гористо –
увалистый. На долю равнинных участков приходится всего лишь 30% площади. В
последние десятилетия наблюдается интенсивное изменение экологического режима
почвенных экосистем в сторону их деградации практически на всей территории области
под воздействием мощных факторов загрязнения. К таким факторам относятся
загрязнение земель тяжелыми металлами, входящими в состав различных отходов.
Ландшафтные и рельефные различия оказали заметное влияние на генезис почвы, в
том числе и на содержание в них тяжелых металлов (ТМ). Как известно, содержание и
уровень накопления ТМ в почвах определяются характерными особенностями природных
ландшафтов, составом почвообразующих пород, типовой принадлежностью почв,
содержанием гумуса, гранулометрическим составом, кроме того, содержание ТМ в почве
связано с реакцией среды и видовым составом растительного покрова и хозяйственной
деятельностью человека. К этой группе металлов относят элементы с атомной массой
более 50 [1, 2]. Исследования показали, что в географическом аспекте распределение
тяжелых металлов в пределах черноземной зоны выглядело следующим образом (табл.1).
Таблица 1. Географическое распределение ТМ, мг/кг, по основным ландшафтным
провинциям черноземной зоны Поволжья
Место отбора проб
Cu
Zn
Cd
Ni
Pb
Cr
Окско-Донская равнина
14,6
33,5
0,25
12,2
8,8
0,018
Приволжская Возвышенность (запад)
6,9
11,9
0,1
11,2
7,3
0,09
Приволжская Возвышенность (восток)
15,7
35,5
0,30
14,19
9,24
1,41
Наиболее высокие показатели по содержанию ТМ в почве отмечаются в восточной
части Приволжской возвышенности. Основная причина повышенного содержания в
почвах ТМ – наличие на этой территории большого количество геологических разломов и
геохимических барьеров, а также близость предприятий с высоким уровнем техногенных
выбросов. Средневзвешенное (по 6 ТМ) содержание в верхнем слое почвы восточной
части Приволжской возвышенности было на 13,0% выше, чем в Окско-Донской равнине и
в 2,03 раза, чем в почвах западной части Приволжской возвышенности. Верхний
пахотный горизонт по сравнению с подстилающей породой имеет повышенное
содержание практически всех форм ТМ. Одна из основных причин увеличения тяжелых
металлов в верхнем слое почвы – это аккумуляция их органическим веществом почвы [13]. Так, при анализе обыкновенных черноземов количество подвижных форм фтора, меди,
цинка, свинца, кадмия, никеля, хрома было, соответственно, в 1,46; 1,28; 3,25; 1,18; 1,19;
1,51 раза выше, чем в подстилающей породе и только количество хрома осталось на
уровне подстилающей породы. В этой связи различное сельскохозяйственное
использование пашни отразилось на уровне содержания в почве как гумуса, так и тяжелых
металлов (табл. 2).
Таблица 2. Взаимосвязь содержания гумуса в почве с подвижными формами (ААБ)
ТМ, мг/кг, при различном сельскохозяйственном использовании пашни
Вид угодья,
Гумус,
Cu
Zn
Pb
Cd
Ni
Cr
горизонт
%
5,98*
14,7
36
9,0
0,38
16,4
5,6
Целина (гор.А)
6,55
15,3
37
9,3
0,42
18,8
5,8
Залежь 10 лет
4,92
14,6
30
8,9
0,3
15,6
4,0
(гор.А)
4,81
15,2
25
8,1
0,3
14,8
3,9
Пашня (гор.
3,47
14,2
29
5,6
0,23
12,9
3,8
Апах.)
6,20
16,4
38
7,1
0,33
18,5
4,5
Лесная полоса
6,48
12,3
30
7,3
0,32
13,0
6,1
(гор.А)
5,97
11,3
26
7,0
0,29
11,7
5,8
Коэф. корр.ТМ с
0,03
0,49
0,45
0,79
0,37
0,82
гумусом (R)
* в числителе чернозем южный, знаменателе чернозем обыкновенный
В перечне исследуемых сельскохозяйственных фонов более высокое содержание
гумуса в почве отмечено под целиной и лесной полосой. Поэтому содержание ТМ в
верхних горизонтах этих фонов было, соответственно, на 10,7 и 6,7% выше, чем в
пахотном горизонте на постоянно обрабатываемой пашне. Лесная полоса и залежь на
черноземе южном наиболее активно участвует в аккумуляции ТМ, поступающих из
атмосферы крупных городов. Их относительная статичность во времени, отсутствие
механических обработок обуславливают постепенное накопление ТМ. В то время как на
целине и на пашне наибольшее загрязнение отмечено на черноземе обыкновенном, что
связано с геохимическими особенностями территории и результатом протекающих
процессов водной эрозии на черноземе южном. В условиях повышенной активности
водной эрозии вектор перераспределения ТМ направлен от водораздела по склону, где на
их пути становятся защитные рубежи в виде лесных полос. Систематический смыв
водными потоками верхних, наиболее обеспеченных гумусом слоев почвы способствует
снижению уровня содержания ТМ в почве. В результате проведенного математического
анализа установлена корреляционная связь гумуса с подвижными формами ТМ.
Подвижные формы хрома и кадмия имеют высокую и очень высокую, цинк и свинец
среднюю, а никель умеренную корреляционную связь с гумусом и только у меди не
обнаружено доказуемой связи между содержанием гумуса и меди в почве.
Водные потоки в период весеннего стока и выпадающих летом ливней переносят в
гидрографическую сеть частицы почвы, содержащие органические и минеральные
вещества, в том числе и ТМ. Нижележащие горизонты почвенного профиля исследуемых
почв по содержанию тяжелых металлов, независимо от степени смытости почвы, мало
отличаются между собой. Закономерность изменения под действием водной эрозии
содержания ТМ как растворимых в 2н HCl, так и в ААБ остается постоянной. Однако для
форм ТМ, растворимых в ААБ, она наиболее выражена. Так, количество растворимых
форм ТМ в верхних горизонтах средне и сильносмытых почв снизилось по сравнению с
аналогичным горизонтом несмытой почвы на 31,7 и 60,9%, а нерастворимых,
соответственно, на 2,5 и 50,6%.
Сельскохозяйственные культуры активно реагируют на обеспеченность почв ТМ.
Сравнительный анализ различных групп сельскохозяйственных культур показал, что
зерновые культуры больше других выносят свинца, бобовые – цинка, никеля,
подсолнечник – меди, кадмия, хрома, фтора, многолетние травы – железа и марганца.
Более высокая средневзвешенная концентрация (по 6 элементам) отмечается у бобовых,
минимальная у зерновых культур.
Максимальное количество ТМ содержат сельскохозяйственные культуры, которые
возделываются в восточной части Приволжской возвышенности, минимальное – в
западной части той же ландшафтной единицы.
1. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука,
1991. 151 с.
2. Ковальский В.В., Андрианова Г.А. Микроэлементы в почвах СССР //М: Наука.
1970. С.180.
3. Плеханова И.О. Содержание тяжелых металлов в почвах парков г. Москвы
//Почвоведение.-2000. №6.- С.754-759.