3 курс / 2 семестр / Экология ландшафтов / Глазовская_2012

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

которое локализуется в долине между Боковым и Скалистым хребтами (Садоно-Унальская котловина), в бассейне р. Ардон и ее притоков (р.р. Уналдон, Майрамдон). Полютанты, связанные с хвостохранилищем, переходят в подвижные формы и депонируются в различные среды посредством ветрового пыления, а также прямого стока в гидросеть.

Садоно-Унальская котловина образовалась в следствие развития регрессивной эрозии рек в области распространения среднеюрских песчано-сланцевых толщ. Здесь преобладает эрозионноаккумулятивный рельеф. Территория характеризуется средне-высокогорным рельефом с перепадами высот от 900 до 3000 м над уровнем моря. Скалистый хребет сложен, в основном, верхнеюрскими и нижнемеловыми известняками и доломитами, Боковой – нижнеюрскими сланцами и докембрийскими гранитами.

Рассматриваемое хвостохранилище расположено близ селения Нижний Унал в левом борту долины реки Ардон. Слева, по течению реки, оно ограничено выровненным скалистым склоном и Транскавказкой автомагистралью, справа – ограждающей бетонной дамбой длиной около километра. По гребню дамбы проложен пульпопровод с ответвлением трубопроводов для слива пульпы. Ложе хвостохранилища сложено галечниками р. Ардон. В чаше хвостохранилища устроено водосборное сооружение шахтного типа с отводящим трубопроводом, по которому осуществляется прямой сток в р. Ардон осветленной части пульпы, поступившей в хвостохранилище [1].

Унальское хвостохранилище действует с 1984 г. В настоящий момент с учетом занимаемой площади (17,5 га и измеренных мощностей 12-15 м) емкость его превышает 2,2 млн. куб. м. Значительная часть открытойповерхности(от40до60%вразличноевремягода)постояннопокрытаводой.Выходыотносительно

профилюПр-3вдольдамбы(~700м).Отборпроизводилсячерезкаждые50мсглубины20-30смотповерхности вплоть до зоны «топких песков», разделяющей затопленные и высохшие ареалы материала хвостохранилища. Среднийвесвсехисходныхпробсоставил~2кг,далеематериалпросеивалсяивысушивалсянавоздухе.Карта фактического материала представлена на рис. 1 .

Анализ химического состава проб (37 образцов) выполнен (аналитик Якушев А.И., ИГЕМ РАН) методом рентгено-флюоресцентной спектрометрии (РФА) на спектрометре последовательного действия PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V. (Нидерланды). Подготовка препаратов для анализа микроэлементов выполнена путем прессования 1 грамма порошка пробы с полистиролом под давлением 5 т/см2. Получены количественные данные по содержанию 11-ти оксидов макроэлементов (Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3, P2O5, S) и 15-ти микроэлементов (Cr, V, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Zr, Ba, Pb, As, Cl, Mo, Se). Усредненные концентрации перечисленных веществ в 24-х пробах почв представлены на рис. 2, где также отражены средние содержания в 13 пробах сухих хвостов. Концентрации селена и молибдена не приводятся, так как их содержания составляют <10ppm (ниже предела обнаружения).

В первом приближении динамика загрязнения почв по свинцу и цинку за 1989-2011 гг. по профилю Пр-1 показана на рис. 3. Данные о среднем содержании загрязняющих элементов (1989, 1993 гг.) приведены в работе [1] (на рисунке показано среднее значение по верхней и нижней аномалии).

Установлено, что среднее содержание в пробах свинца увеличилось к 2011 г. ~ в 5 раз по сравнению с 1989 г. Оно превышает фоновое значение в 46 раз, ПДКп – в 63 раза. Среднее содержание цинка увеличилось в 2,4 раза, что в 21 раз выше фона и в 50 раз превышает ПДКп. Также выявлено превышение ПДКп для меди в 6 раз и мышьяку в 60 раз.

280

Доклады Всероссийской научной конференции

Рис.2 Валовые содержания элементов в почве и хвоста

Рис. 3 Динамика накопления свинца и цинка в почвах

Выводы:

1.Полученные данные свидетельствуют об исключительной опасности хвостохранилища для окружающей среды. Предварительные исследования химического состава почв в непосредственной близости от исследуемого объекта показывают значительное превышение ПДК по четырем элементам (свинец, цинк, мышьяк, медь), что подтверждает необходимость проведения дальнейших исследований миграции техногенных веществ.

2.Миграция ванадия, кобальта, никеля, рубидия и стронция в почвах района исследования, вероятнее всего, не связана с Унальским хвостохранилищем ввиду гораздо меньшего содержания этих элементов в хвостах по сравнению с полученными данными о составе почв в районе исследования.

3.Десятикратное увеличение содержания свинца в почвах в течение двадцати лет, а также изменение соотношения концентраций свинца и цинка подтверждают предположение о том, что в загрязнение данной территории значительный вклад вносит ветровая эрозия материала хвостохранилища.

Литература

1.Матвеев А.А., Пряничникова Е.В., Шестакова Т.В., Семенов Ю.Н. Геохимическая оценка Унальского хвостохранилища Садонского свинцово-цинкового комбината (Северная Осетия-Алания) на окружающую среду // Известия РАЕН. Секция наук о Земле. 2004. № 13. С. 136-147

2.Паньшин А.М., Евдокимов С.И., Солоденко А.Б., Дзайнуков А.Б. Утилизация отходов горнометаллургических предприятий. Владикавказ: Изд-во «Мавр», 2009. 196 с.

281

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

УДК 631.47

РАДИАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ ВЕЩЕСТВА В ГЕОСИСТЕМАХ ПРИБАЙКАЛЬЯ

Л.Н. Семенова (1), Ю.М. Семенов (1), В.А. Снытко (2)

(1)Институт географии имени В.Б. Сочавы СО РАН, Иркутск, e-mail: semenov@irigs.irk.ru;

(2)Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН, e-mail: vsnytko@yandex.ru

СогласноМ.А.Глазовской[1],ландшафтно-геохимическиепроцессы–этосовокупностьвзаимосвязанных биогеохимических, физико-химических, физических явлений, в результате совместного действия которых в ландшафтной сфере происходит постоянное возобновление живого вещества, трансформация органических, органоминеральных и минеральных соединений, сопровождающиеся пространственной дифференциацией химических элементов, а главными факторами, определяющими основные направления ландшафтногеохимических процессов, являются вода и живое вещество.

На основе многолетнего изучения ландшафтно-геохимических свойств и процессов было установлено, чтосоотношениерадиальнойилатеральнойнеоднородностираспределенияхимическихэлементоввосновных типах ландшафтно-геохимических систем (ЛГС), доминирующих в горном обрамления Байкала, отражает региональные и локальные особенности дифференциации вещества, обусловленные местоположением, различиями в составе коренных пород, процессами латеральной и радиальной миграции, причем различным типам геохимических сопряжений свойственны определенные наборы элементарных геосистем [2]. Дальнейшие ландшафтно-геохимические исследования в бассейне озера Байкал показали, что разнообразие геосистем, отражающееся в радиальной дифференциации химических элементов, обусловлено спецификой миграционных процессов в почвах, а миграционная способность тяжелых металлов в почвах может служить индикатором чувствительности ЛГС и геосистем в целом [3].

Вместе с тем, наряду с большим объемом данных по дифференциации вещества, материалов по их миграции, полученных непосредственно в природных условиях, в регионе практически нет. Поэтому нами было предпринято определение содержаний валовых и подвижных (кислото- и водорастворимых) форм ряда химических элементов – С, N, Fe, Ca, Mg, K, Na, Ba, Sr, Cr, Со, Cu, Pb - с целью оценки их миграционной способности в формировании радиальной дифференциации в почвах, а для учета масштабов радиальной миграциивеществаиспользовалисьлизиметрическиехроматографическиеколонки(сорбционныелизиметры) И.С. Кауричева – Е.М. Ноздруновой [4, 5].

Наши предыдущие лизиметрические исследования радиальной миграции вещества в почвах юга Средней Сибири показали значительную вариабельность масштабов радиальной миграции вещества, определяемую зональными, секторными, высотно-поясными условиями формирования почв и локальными ландшафтно-геохимическими особенностями [6]. Наибольшие значения показателей нисходящей миграции вещества отмечаются в почвах геосистем на территориях с достаточно высоким количеством атмосферных осадков и промывным водным режимом. Максимум значений восходящей миграции характерен для почв или недостаточно увлажненных (с выпотным водным режимом) или испытывающих влияние грунтовых вод супераквальных ЛГС. Количество мигрирующего вещества в элювиальных и трансэлювиальных местоположениях значительно ниже, чем в аккумулятивных и трансаккумулятивных. Различия в показателях миграции отдельных веществ определяются общим содержанием того или иного химического элемента, формойегонахождениявконкретныхпочвахипроявлениямиэлементарныхпочвообразовательныхпроцессов, то есть условиями функционирования ЛГС.

Величины среднегодового радиального выноса химических элементов из генетических горизонтов почв ЛГС отдельных районов Прибайкалья (северный макросклон хребта Хамар-Дабан и урочище Куркут в Приольхонье), полученные в последние годы в результате анализов сорбента из лизиметрическихколонок,поставленныхнасоответствующихглубинахподгоризонтами,представлены в табл. 1.

282

Доклады Всероссийской научной конференции

Приольхонье 2. Дерновая степная бескарбонатная на элювии гангстингситовых амфиболитов

Из данной таблицы видно, что для тех или иных ЛГС характерны контрастные спектры наиболее активно мигрирующих (K и Sr – в почвах на мраморах) или, наоборот, практически не мигрирующих (Ca, Mg, K, Na, Ba, Sr - в тайге, Cr, Со, Cu, Pb - в степи) химических элементов (данные по выносу некоторых элементов не показаны из-за отсутствия его резких различий). Поэтому их миграционная способность может использоваться в качестве критериев условий ландшафтообразования и чувствительности к внешним воздействиям, при этом выбор конкретных индикативных показателей (элементов или их ассоциаций) зависит от региональной и местной специфики миграционных процессов в почвах.

Литература

1.Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988. 328 с.

2.Снытко В.А., Семенов Ю.М., Семенова Л.Н., Данько Л.В. Геохимия ландшафтов бассейна озера Байкал // География и природ. ресурсы. 2007. № 3. С. 191-197.

3.Семенова Л.Н., Семенов Ю.М. Миграционная способность тяжелых металлов в почвах как индикатор чувствительности геосистем // География и природ. ресурсы. 2010. № 2. С. 26-33.

4.Кауричев И.С., Ноздрунова Е.М. Учет миграции некоторых соединений в почвах с помощью лизиметрических хроматографических колонок // Почвоведение. 1960. № 12. С. 30-35.

5.Кауричев И.С., Яшин И.М., Черников В.А. Теория и практика метода сорбционных лизиметров в экологических исследованиях. М.: Изд-во МСХА, 1996. 144 с.

6.Семенов Ю.М., Данько Л.В., Семенова Л.Н., Палкин О.Ю., Семенов М.Ю. Лизиметрическая диагностика развития геосистем // География и природ. ресурсы. 2002. № 3. С. 110-120.

УДК 631.48

ВЫВЕТРИВАНИЕ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ПЕЩЕР И ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

А.А.Семиколенных

Факультет почвоведения МГУ им. В.М.Ломоносова, Москва, e-mail: aasemik@list.ru

К настоящему времени описан ряд специфических подземных экосистем в пещерах и горных выработках. В зависимости от типа организмов низшего трофического уровня эти экосистемы можно разделить на следующие: 1) сапротрофный тип I (потребление органического вещества с поверхности или привнесенного человеком); 2) сапротрофный тип II (потребление органического вещества горных пород или газообразных углеводородов глубинного происхождения); 3) автохемолитотрофный тип (ассимиляция углекислоты воздуха при окислении соединении серы, железа, марганца, водорода); 4) автофотолитотрофный (представленный водорослями, цианобактериями и мхами, формирующийся в искусственно освещенных пещерах под лампами или в привходовых зонах со слабым рассеянным светом). Возможны также смешанные типы из вышеуказанных.

По способу связи с поверхностью подземные местообитания могут быть также классифицированы как: 1) активно связанные (развивающиеся карстовые системы, как правило, периодически или постоянно обводненные,илисинтенсивныминфильтрационнымпитанием);2)слабосвязанные(какправило,глубинные полости, сформированные в иные климатические эпохи или гипогенной природы, вмещающие экосистемы сапротрофного и автохемолитотрофного типов, где эндогенные потоки вещества и энергии преобладают); 3) фоссилизированные (местообитания, не имеющие значительных современных потоков вещества и энергии, вмещают реликтовые экосистемы - стабильные или медленно деградирующие).

Микробныесообществапещермогутбытькакпростыми,такисложнымииобладаютрядомспецифических черт. Как правило, для микроорганизмов характерны высокие показатели обилия при низкой встречаемости, это обозначает присутствие монодоминантных сообществ, полностью оккупирующих выбранный субстрат. В целом для сообществ характерна низкая межвидовая конкуренция и ненасыщенность видами. Антропогенное воздействие еще усиливает эту особенность. В часто посещаемых пещерах возрастает общая биомасса и численность микроорганизмов (преимущественно мезофильных) на фоне снижении биоразнообразия [1, 2].

283

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

Зоны контакта и взаимодействия организмов и минерального субстрата, исследованные на стенах пещер, функционально выполняют роль почв на дневной поверхности, осуществляя регуляторную, структурнуюибиоаккумулятивнуюфункциивподобныхэкосистемах.Ониобладаюттвердофазнымкаркасом иимеютсистемугенетическихгоризонтовсубпараллельныхфронтудействующихфакторовпримощностиот несколькихмикро-имиллиметровдо5сантиметров.Этопозволяетрассматриватьихнетолькофункционально, но и структурно в качестве биокосных природных почвоподобных тел, имеющих инситный вертикальноанизотропный профиль. При этом разрушение исходных минералов сопровождается их трансформацией и новообразованием иных минеральных форм, которые могут быть специфичными именно для подземного (замкнутого) пространства, например, так называемое «лунное» или «каменное» молоко.

Предполагается,чтоподходыиметодыгенетическогопочвоведениямогутбытьнаиболееэффективныв изучениисостава,организации,генезисаифункционированияпочвоподобныхтелкаккомпонентовэкосистем карстовых пещер. Оценка функциональной роли почвоподобных тел пещер, позволяет разработать подходы к изучению и оценке продуктивности малых условно изолированных автохемолитотрофных экосистем, в том числе при поиске жизни в подповерхностной среде других планет солнечной системы.

В ранних публикациях посвященных исследованию пещеры Лечугия (США) для наименования почвоподобныхтелпещериспользовалсятермин«corrosionresidue»[3],приэтомотмечалось,что«..остаточный порошкообразный материал, обнаруживаемый в пещере, оказывается нетронутым продуктом микробиальных процессов,участвующихвпочвообразованиинаповерхностиизвестняковыхидоломитовыхпород»(перевод). Позднее нами был употреблен термин «cave soil» [4] или «почвоподобные тела пещер» [5] при описании процессов в пещерах хребта Кугитангтау (Туркменистан). В поздних публикациях американские авторы уже уверенно используют термин «спелеопочвы» - «Speleosol: a subterranean soil» [6].

Литература

1.Семиколенных А.А., Иванова А.Е., Добровольская Т.Г. Микробные сообщества гипсовых пещер и почв карстовых ландшафтов Архангельской области. Почвоведение, 2004. №2, стр. 224-232.

2.IvanovaA.E., SemikolennykhA.A. Microfungi in some caves of Sweden: Lummelunda Cave (Gotland island), Icekrystall and Hopplet caves (Vadve upland).Abstract book of Int. Conf. “Northern karst systems in our changing environment”, 5-10 September 2011, Golubino-Pinega. Printed by OOO “FED+”, Moscow. Pages 45-49.

3.Cunningham K.I., Northup D.E., Pollastro W.G., Wright W.G., LaRock E.J. Bacteria, fungi and biokarst in Lechugilla Cave, Carlsbad Caverns National Park, New Mexico. Environmental Geology, #25. 1995. Pages 2-8.

4.MaltsevA., Korshunov V., SemikolennykhA. Cave chemolithotrophic soils. Proc. of 12th Int. Cong. of Speleology. - La Chaux-de-Fonds, Switzerland, 10-17.08.1997. Vol.1, p.29-32.

5.Семиколенных А.А., Таргульян В.О. Почвоподобные тела автохемолитотрофных экосистем пещер хребта Кугитангтау (Восточный Туркменистан. Почвоведение. 2010, №6. Стр. 658-672

6.Spilde M., KooserA., Boston P., Northup D., Speleosol: a subterranean soil. Proc. of 15th Int. Congress of Speleology, Vol.1, pp. 338-344, 2009

УДК 550.47

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ВОЛЖСКО-КАМСКОГО ЗАПОВЕДНИКА

М.Ш. Сибгатуллина, Д.В.Иванов

ГБУ Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан, Казань, e-mail: sibmad@list.ru

Основным интегральным показателем устойчивости почв к различного рода химическим воздействиям является ее эколого-геохимическое состояние, обеспечивающее нормальное функционирование присущих данной биогеоценотической системе совокупностей живых организмов [1]. Почва и растительный покров

– это тесно взаимосвязанные блоки единой биогеоценотической системы, в которой изменение состояния одного компонента приводит к изменению другого. В связи с этим целью настоящей работы было изучение биогеохимических особенностей травянистой растительности Волжско-Камского заповедника.

Для реализации поставленной цели в июле 2009 г. были отобраны 35 проб растений и 35 проб почвы в лесных фитоценозах Волжско-Камского государственного природного биосферного заповедника (ВКГПБЗ). Дерново-подзолистыепочвыВКГПБЗсформированыдвумятипамипочвообразующихотложений–эоловыми и аллювиально-делювиальными. Материалом для работы послужили 10 наиболее распространенных видов растений травянисто-кустарничкового яруса - пролесник многолетний, сныть обыкновенная, осока волосистая, копытень европейский, щитовник мужской, черника, ландыш майский, орляк обыкновенный, костяника, кочедыжник женский. В почве анализировали содержание подвижных форм микроэлементов, как наиболее доступных для поглощения растениями, извлекаемых ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4.8. Содержание Mn, Fe, Zn, Cu, Co, Cr, Ni, Cd, Pb в исследованных образцах определяли атомноабсорбционным методом на спектрофотометре AAnalyst фирмы Perkin Elmer. Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета Statistica 6. В качестве критерия сравнения средних между двумя группами сравниваемых показателей использовали критерий Манна-Уитни.

По содержанию подвижных форм в почве микроэлементы были расположены в следующий ряд: Mn(122) >Fe(58) > Cr(4.6) ≥ Zn(4.2) > Pb(1.7) > Ni(0.6) ≥ Cu(0.5) > Cd(0.1). По степени доступности (процент

284

Доклады Всероссийской научной конференции

от валового содержания) форм микроэлементов в почве исследованные элементы соответствуют ряду (%): Cr (71) > Cd (51) > Mn (24) > Zn (17) > Pb (15) > Cu (11) > Ni (9.5) > Fe (2.1) > Co (1.6). Таким образом, тройку максимально доступных микроэлементов для поглощения растениями в дерново-подзолистой почве ВКГПБЗ образуют Cr, Cd и Mn. Предыдущими исследованиями почв Предкамья Республики Татарстан был также выявлен повышенный региональный фон Mn и Cd [2]. Железо, несмотря на второе место в ряду подвижных форм микроэлементов в почве, оказалось в наименее доступной для растений форме.

Среднее содержание изученных микроэлементов в растениях приведено в таблице 1.

Таблица 1

Вариационно-статистические показатели распределения микроэлементов в растениях травянистокустарничкового яруса Раифского участка ВКГПБЗ, мг/кг воздушно-сухой массы.

Обнаружено, что наибольшим содержанием Mn отличаются растения черники, наименьшим – растения орляка и щитовника. Растения черники аккумулируют Fe в гораздо меньших количествах, чем группа неморальных видов – осока, пролесник, сныть. Содержание Zn максимально в растениях пролесника, а минимально в растениях орляка. В растениях щитовника и орляка обыкновенного содержание кадмия обнаружено в наименьших количествах, а максимальное – в растениях пролесника, копытня и ландыша. Максимальное содержание Cu выявлено в растениях черники и ландыша, минимальное – в растениях сныти.

Среднее содержание Mn и Cu в растениях на дерново-подзолистой почве, образованной эоловыми отложениями, оказалось в 2 раза (p<0.05) выше, чем в растениях на почве, сформированной аллювиальноделювиальными отложениями. Напротив, содержание Fe и Zn оказалось выше (p<0.05) в растениях на почве, сформированной аллювиально-делювиальными отложениями, чем в растениях на почве, сформированной эоловыми отложениями.

Расчет индексов аккумуляции (IA), представляющих собой отношение концентрации микроэлемента в растении к концентрации его подвижных форм в дерновом горизонте почвы [3], позволяет определить интенсивность поглощения микроэлементов растениями, необходимость и значимость их для процессов метаболизма. В общем виде степень биоаккумуляции изученных микроэлементов растениями по величине IA соответствуетрядуCu(16.1)>Zn(9.0)>Ni(4.4)>Cd(2.4)>Fe(1.6)>Mn(1.0)>Co(0.9)>Pb(0.7)>Cr(0.1). В целомисследованныерастениятравянисто-кустарничковогоярусахвойныхлесов,произрастающихнапочвах, сформированных на эоловых отложениях, отличаются сравнительно большим индексом биоаккумуляции всех изученных микроэлементов за исключением Fe, чем растения широколиственных лесов, произрастающих на почвах, сформированных на аллювиально-делювиальных отложениях.

Таким образом, получены новые данные о содержании микроэлементов Mn, Fe, Zn, Cu, Cr, Co, Cd, Pb, Ni в дикорастущих растениях травянисто-кустарничкового яруса лесных фитоценозов Раифского участка ВКГПБЗ, которые предлагается рассматривать как фоновые.

Литература

1.Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997. – 102 с.

2.Григорьян Б.Р., Калимуллина С.Н., Хакимова А.М. Региональные аспекты загрязнения среды тяжелыми металлами и здоровье населения // Казанский медицинский журнал. – 1994. – №1. – С. 38-44

3.Экогеохимия Западной Сибири. Тяжелые металлы и радионуклиды. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 1996. – 248 с.

УДК 631.4

О ПРОЯВЛЕНИИ ПЕРВИЧНОГО ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ ПОЛУПУСТЫНИ СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ

М.Л. Сиземская

Институт лесоведения РАН, Москва, e-mail: sizem@mail.ru

Несмотря на консерватизм многих почвенных признаков, ряд процессов, относящихся по скорости проявления к быстро- и среднетекущим [1], можно изучить за относительно короткий временной отрезок.

285

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

При антропогенном воздействии на почвы в первую очередь изменяются процессы трансформации и миграции веществ, относящиеся к быстротекущим и частично обратимым. В то же время, именно такие их особенности, кумулятивно накапливающиеся, можно уловить при изучении естественной эволюции почв и их трансформации при антропогенном воздействии.

Хозяйственная деятельность внесла существенные изменения в структуру ландшафтов полупустыни междуречья Волги и Урала на Прикаспийской низменности. Помимо результатов целенаправленного культурного воздействия здесь можно встретить искусственные понижения и выемки, в которых ранее предполагалось создать пруды и каналы или использовать эти понижения в других целях. Эти нарушенные участки являются интересными объектами для изучения процессов естественной демутации и первичного почвообразования.Вработепредставленынекоторыеитогиизученияформированияпрофиляпервичныхпочв на днище понижения размером 130 х 140 м, глубиной 3 м.

Понижение было вырыто в 1979 году на территории агролесомелиоративного комплекса Джаныбекского стационара Института лесоведения РАН и приурочено, в основном, к большой падине с исходно незасоленными лугово-каштановыми почвами. Первоначально здесь предполагалось создать пруд, заполняемый водой, поступающейизспециальнопрорытогоканала,ноегоискусственнонаполниливодойтолькооднаждыв1980году.

Исследования почвенно-растительного покрова на днище проводили с интервалом в 10 лет в 1992, 2002 и 2011 годах.

Близость дендрария, включающего коллекцию из 120 видов акклиматизированных деревьев и кустарников, обусловила возможность спонтанного появления со временем древесных зарослей по склонам и днищу выемки. В 2011 году насчитывалось около 20 видов, среди которых преобладали лох остроплодный

(Elaeagnus oxycarpa Schlecht.), ива каспийская (Salix caspica Pall.), тополь белый (Populus alba L.), тополь черный (P. nigra L.), смородина золотая (Ribes aureum Pursh), барбарис обыкновенный (Berberis vulgaris L.), жимолость татарская (Lonicera tatarica L.). Напочвенный покров представлен сорно-влажно-луговой растительной ассоциацией с участием тростника (Phragmites australis Trin. ex Steud), зюзника высокого (Lycopus exaltatus L. fil.). Выявлен квазитугайный облик формирующихся биогеоценозов [2].

Возможность поселения на глинистом субстрате пионерных видов древесной и кустарниковой растительности предопределил, очевидно, благоприятный водный режим, формирующийся в значительной степени за счет дополнительного снегонакопления и притока талых вод: здесь влажность верхней толщи составляет в среднем 20-23% и соответствует наименьшей влагоемкости, а запас продуктивной влаги в слое 0-2 м достигает 400 мм [2]. Уровень грунтовых вод в 1992 году находился на глубине 1,9 м (в 2011 году за счет десукции деревьев – 3,8 м), их минерализация не превышала 0,9 г/л, состав – гидрокарбонатно-хлоридно- кальциевый. Содержание гумуса в этой толще исходно было крайне невелико – 0,1 % Сорг Субстрат имеет среднесуглинистый гранулометрический состав, неясно-глыбистую структуру, палево-бурую окраску, бурно вскипает от HCl.

Спонтанное появление растительности, особенно древесной и кустарниковой, оказало существенное влияниенатрансформациюисходногосубстрата.Ужечерез10летосвоенияднищарастениямибыловыявлено формирование признаков первичной почвы: некоторая дифференциация морфологического профиля, накопление подстилки. В дальнейшем эти процессы аккумуляции и трансформации органического вещества усилились.

В 2011 году выявлены следующие особенности строения морфологического профиля формирующейся почвы. Сверху четко выделяется горизонт подстилки из слаборазложившихся листьев и веточек деревьев мощностью 1-1,5 см, запас которой в настоящее время составляет 0,953±0,196 кг/м2, а зольность достигает 13,85 %. В составе золы абсолютно преобладает Ca (26015 мг/кг), на порядок меньше содержание Mg, Fe, K. Под подстилкой сформировался коричневато-темно-серый гумусовый горизонт мощностью 1-2 см, который имеет хорошо выраженную комковато-порошистую структуру, не вскипает, густо переплетен корнями растений. Содержание Сорг составляет 0,67 %. Ниже выделяется фрагментарный комковато-порошисто- мелкозернистыйсеровато-светло-бурыйгоризонтмощностью2-3смспризнакамиэлювиирования(осветления минеральноймассы),которыйотличаетсясильнымвскипанием,появлениеммелкокристаллическихгипсовых новообразований. На глубине 5-7 см он сменяется палево-бурым плитчато-ореховато-зернистым средним суглинком, который на глубине 15-17 см переходит в исходную материнскую породу, содержащую прослои гипсовыхдруз.Потипустроенияморфологическогопрофиляегоможноотнестикгумусово-аккумулятивному слабощелочному карбонатному: AU, ACca, Cca [по: 3], отделу слаборазвитых почв в современной классификации почв России [4].

Таким образом, за 30-летний период произошла дифференциация верхней части выведенной на поверхность материнской породы. Сформировалась лесная подстилка, образовался гумусовый горизонт, измениласьглубинавскипания,чтоявляетсяпроявлениемгумусово-аккумулятивногопроцессаипостепенной гумификации органического вещества, а также декарбонатизации материала. При этом формирование гумусового горизонта происходило со скоростью ~ 0,5 мм в год, скорость накопления Сорг оценивается как ~ 0,01 г/100 г почвы в год, Совокупность этих процессов можно рассматривать как проявление природного регенерационного педогенеза [3]. Особенности формирования этих почв и, в целом, данного биогеоценоза позволяют рекомендовать создание в неиспользуемых выемках искусственных лесных насаждений рекреационного назначения из лоха, тополей, ив, ягодных кустарников, декоративных мезофильных травянистых растений [5]. Компактные, небольшие по площади, привлекательные для отдыха, такие лесонасаждения могут существенного преобразить нарушенные территории и улучшить полупустынный ландшафт.

286

Доклады Всероссийской научной конференции

Литература

1.Козловский Ф.И. Современные естественные и антропогенные процессы эволюции почв. М.: Наука, 1991. 196 с.

2.Сиземская М.Л., Копыл И.В., Сапанов М.К. Заселение древесно-кустарниковой растительностью искусственных понижений мезорельефа в полупустыне Прикаспия // Лесоведение. 1995. № 1. С. 1523.

3.Абакумов Е. В. Первичные почвы в природных и антропогенных экосистемах. Автореф. дисс. докт. биол. наук. Тольятти, 2012. 48 с.

4.Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

5.Сапанов М.К., Сиземская М.Л. Патент на изобретение «Способ лесомелиоративной рекультивации земель» № 2406285 // Бюлл. «Открытия, изобретения». 2010. № 35.

УДК 550. 4: 911. 52

ГЕОХИМИЯ ЛАТЕРИТНЫХ ЛАНДШАФТОВ

А.Д. Слукин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН), e-mail:novikov@igem.ru

ЛатеритвпервыебылописаншотландскиммедикомФ.Бьюкененом(F.Buchanan)в1807г.какглинистый продуктизменениядокембрийскихгранитовИндии,способныйнеобратимозатвердеватьнаоткрытомвоздухе

ипригодный для применения в качестве строительного материала.. Этот материал он назвал латеритом, что на латыни обозначает «кирпич». В дальнейшем при изучении тропиков и палеотропиков латериты стали объектами исследования географии, геологии, геоморфологии, почвоведения и других наук. С латеритами генетически связано множество полезных ископаемых: глин, бокситов, руд никеля, железа, марганца, золота, редких и редкоземельных элементов и специфических почв (плинтиты, оксисоли и феррасоли). Было установлено, что латериты являются продуктами выветривания горных пород различного петрографического состава в условиях переменно-влажного жаркого тропического климата [1]. Геохимия латеритов имеет очень сложный характер, обусловленный открытостью системы, типом материнских пород, тектонической

игеоморфологической обстановкой на территории каждого конкретного объекта. Общим условием является участие в процессах выветривания и латеритизации микро- и макроорганизмов. В первом приближении направленность процессов выветривания вполне ясна: выпадающие на земную поверхность дождевые воды проникают по трещинам вглубь горных пород, растворяют их и выносят Na, K, Ca, Mg и Si, а элементыгидролизаты: Ti, Al и Fe, образуя малорастворимые гидроксиды и оксиды, остаются на месте. При этом состав вод и их физико-химические характеристики: pH, Eh, температура, количество микроорганизмов и др. меняются.Дождевыеводы,будучикислыми,приконтактеивзаимодействиисрастительностьюподкисляются ещёбольше,аспускаясьвниз,становятсянейтральнымиизатемщелочными[2]. Втакихусловияхпроисходит дифференциация химического вещества, и формируются зональные профили выветривания, существенно различные на разных породах. На ультрабазитах возникают Fe-охры и нонтронитовые глины с Ni, а в зоне дезинтеграции отлагается магнезитовый «капустник», кальцит, псиломелан, кварц, халцедон и опал ( включая хризопразипразопал).На базитах–латериты,бокситы,каолиныимонтмориллонитовыеглины.Награнитах, гнейсах,кондалитахикварц-мусковит-полевошпатовыхсланцах-латериты,бокситыикаолины.Наосадочных каолинах – латериты и бокситы. Интенсивная тектоническая проработка субстрата в зонах трещиноватости, в замках антиклинальных складок, в сводах куполов способствует более глубокому проникновению агентов выветривания:до150мвВосточныхГатах,Индия,идо:600мнаЧадобецкомподнятии,Сибирскаяплатформа. На горизонтально залегающих траппах мощность латеритных профилей составляет 20-60 м.

Влияние минерального состава на геохимию латеритного процесса ярко проявляется при сравнении профилей на кислых и основных породах. На кварцсодержащих породах образовались крупнейшие и лучшие по качеству бокситовые месторождения Австралии, Индии, Бразилии и Венесуэлы. Причина этого заключается в особенностях кварца. По своим петрофизическим свойствам он в 2,5 раза более других минералов подвержен трещиноватости, которая открывает пути для фильтрации вод. При растворении кварца обычно не образуются псевдоморфозы, и на месте его зёрен оказываются пустоты, которые способствуют интенсификации процессов выветривания. На грубозернистых породах в бокситах сохраняются его реликты, на тонкозернистых сланцах образуются бескварцевые каолины и гиббситовые бокситы.В целом, профили на кислых породах имеют маломощные железистые покровы. На плоских или вогнутых столовых холмах, где размещаются мелкие временные водоёмы, железо восстановлено, вынесено, и латеритные покровы в прибрежной зоне обелены.

Натраппах(базальтах)сформировалисьпрофилисчёткимигоризонтальнымизонами:монтмориллонита, каолина, боксита и латерита. Базальт - высокожелезистая порода, но продукты её латеритизации: каолины

ибокситы выглядят парадоксально белыми или лиловыми, т.е. полностью потерявшими железо, входившее в состав силикатов. Зона бокситов имеет мощность до 8-10 м. В ней различаются три горизонта. Нижнийвысокопористый псевдоморфный гиббситовый боксит (до 60 % Al2O3 и 5 % TiO2). Средний горизонт имеет блоковое строение. Размер блоков достигает нескольких метров. Боксит гиббсит-бёмитовый, каменистый плотный фарфоровидный, местами псевдоморфный или пизолитовый (до 72 % Al2O3 и 10 % TiO2). Верхний горизонт – вермикулярный кавернозный, многократно переработанный микро- и макрофлорой и фауной, что почвоведы называют биологической педотурбулентностью. Бокситы пронизаны отмершими и живыми

287

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

корнямидеревьевикустарников,ходамимикрофауны.Вдольотмершихкорнейпрошлообеление.Всебокситы имеютнизкиесодержанияSiO2 (0-5%)иFe2O3 (2-5%).Кристаллическийгиббситпочтинесодержитпримесей химических элементов. Скрытокристаллические колломорфные смеси гиббсита и бёмита включают до 10 % TiO2, причём из них только 2-3 % входят в состав реликтового титаномагнетита, а остальное сорбировано гелями. Источником этого титана были выветрившиеся темноцветные силикаты и полевые шпаты, куда он входил в виде изоморфных примесей. Следует подчеркнуть, что рутил, пронизывающий все минералы материнских пород, не изменяется при процессах латеритизации и остаётся в псевдоморфозах каолинита и гиббсита либо, освобождаясь при растворении кварца, опускается на дно образовавшихся микрокаверн.

Латериты, как панцирь, покрывают бокситы и венчают вершины столовых гор и холмов. Они сложены крепкими каменистыми кавернозными вермикулярными породами красного и пёстрого красно-белого цвета. Их минеральный состав: гематит, гётит,бёмит, гиббсит, каолинит, кварц. В химическом составе преобладает Fe2O3 (до 40-60 %); местами имеются высокие концентрации SiO2 (до 25 %). Латериты, по сравнению с бокситами, содержат повышенные количества Na, K,Ca и Mg. Эти парадоксы вызваны тем, что латериты представляют собой комплекс геохимических барьеров: испарительного, сорбционного и окислительного. Во время сезона дождей монтмориллонит, насыщенный водой, разбухает, тампонирует все поры и препятствует фильтрацииипоступлениюкислорода.Втолщеглинибокситовсоздаётсясезоннаяпсевдоглееваяобстановка, железо восстанавливается и переходит в раствор. С наступлением сухого сезона воды, насыщающие толщу выветривающихся пород, в результате эвапотранспирации начинают подниматься, доставляя к поверхности все растворённые элементы. Fe 2+, встречаясь с кислородом, окисляется и осаждается в виде гелей, которые преобразуются в гётит и гематит. Si и Al образуют локальные выделения каолинита в каналах и кавернах. Другие элементы сорбируются высыхающими гелями Fe, Al и Si. Часть химических элементов попадает в латеритный покров эоловым путём; например, на бескварцевых базальтах Индии и на нефелиновых сиенитах и фонолитах островов Лос, Гвинея, латериты обильно насыщены круглыми зёрнами кварца, а на п-ове Кач, Индия, они содержат до 3,5 % NaCl –галита, принесённого с поверхности соленосного Качского Ранна.

Латериты, особенно на траппах, образуют чёткие очертания шляп. Часто они имеют вогнутые формы, вмещающие озёра. Такие формы обеспечивают максимально возможный водосбор и фильтрацию его внутри латеритного профиля. Вся поверхность латеритов покрыта плотным войлокоподобным сплетением волосовидных корешков растений и гифов, которые распространяются и вглубь, обеспечивая своё участие в биогеохимических процессах.

Литература

1.Fox C.S. Bauxite and aluminous laterite. London, 1932.

2.Бугельский Ю.Ю. Рудоносные коры выветривания влажных тропиков. М.: Наука, 1979.

УДК 631.4

КАТЕНАРНЫЕ СОПРЯЖЕНИЯ ПОЧВ СКЛОНОВ КАРСТОВЫХ ВОРОНОК КЫЗЫЛАДЫРСКОГО КАРСТОВОГО ПОЛЯ

М.А. Смирнова

МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: summerija@yandex.ru

Кызыладырское карстовое поле, расположенное на юге Оренбургской области и приуроченное к передовым складкам Урала, уникально в почвенном отношении. В пределах небольших участков территории происходит резкая смена почв, обусловленная сменой почвообразующих пород и широким распространением карстовых явлений – образований провалов и карстовых воронок [1]. Следует отметить, что, несмотря на большое разнообразие почв отмеченной территории, почвы Кызыладырского карстового поля изучены слабо. При этом основное внимание исследователей уделялось отдельным почвам, не связанным ландшафтногеохимическими процессами друг с другом и формирующимся на разных почвообразующих породах и под разными растительными ассоциациями [2,3,4].

В качестве объектов исследования нами были выбраны 3 почвенных сопряжения, образованные межвороночными почвами и почвами склонов карстовых воронок Кызыладырского карстового поля. Карстовые воронки представляют собой конусообразные ассиметричные отрицательные формы рельефа с несколько более длинными склонами С-В экспозиции и более короткими – склонами Ю-З экспозиции. Поверхность склонов слабоволнистая. Днища карстовых воронок осложнены понором. Размеры карстовых воронок, на склонах которых закладывались почвенные разрезы, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Морфологические характеристики карстовых воронок

ИсследованиепочвпроводилосьнасклонахС-Вэкспозиции,разрезызакладывалисьнамежвороночном пространстве, в средней и нижней части склона карстовой воронки (для средней и малой воронок), в верхней, средней и нижней частях (для большой карстовой воронки).

Основной массив карстующихся пород на исследуемой территории представлен сульфатными

288

Доклады Всероссийской научной конференции

отложениями кунгурского яруса пермской системы, перекрытыми с поверхности карбонатными конгломератами, продукты выветривания и перемещения которых выступают в качестве почвообразующих пород для исследованных почв [1,3]. В климатическом отношении территория характеризуется жарким летом со среднеиюльской температурой +22 Со холодной продолжительной зимой с среднеянварской температурой -14 Со, глубина промерзания почв не превышает 1м. Среднегодовое количество осадков составляет около 320 мм/год, режим выпадения осадков неустойчив [5]. Растительность представлена типчаково-полынно- ковыльными степями на межвороночных пространствах, степень проективного покрытия не превышает 40%.

В лабораторных условиях в горизонтах почв определялось содержание органического углерода по методу Тюрина, рН водной суспензии, содержание Са2+, Mg2+, SO4- в водной вытяжке, TDS водной вытяжки, содержание СаСО3 газоволюметрическим методом.

Почвы, формирующиеся на относительно выровненных межвороночных пространствах, получают большее количество солнечной энергии, по сравнению со склоновыми почвами, они более сухи, сильнее нагреваются, глубже промерзают, чем почвы склонов. Эта сухость и связанная с ней большая континентальность определяют ксероморфность почвенного климата указанных участков, постепенно снижающаяся по направлению к нижним частям склонов карстовых воронок. Для всех исследованных почв катенарных сопряжений характерно развитие дернового процесса и присутствие в почве как первичных, так и вторичных карбонатов, однако особенности гумусового и солевого профиля почв заметно изменяются в пределах склонов в связи с указанными изменениями микроклиматических условий. В пределах катенарных сопряжений от почв межвороночных пространств к почвам нижних частей склонов происходит увеличение мощности и гумусированности верхнего горизонта, улучшение его структуры. Светлогумусовый горизонт AJ серовато-палевого цвета угловато-комковатой структуры межвороночных пространств и верхних частей склонов постепенно переходит в темно-серый комковатый стратифицированный горизонт RU нижних частей склонов. Количество органического углерода в верхнем гумусовом горизонте увеличивается в 1,5-2 раза от почв межвороночных пространств к почвам нижних частей склонов с 2-3 % до 3-5% соответственно. Данные изменения прослеживаются как в пределах склона малой карстовой воронки протяженностью 5 м, так и в пределах склона большой карстовой воронки протяженностью 24 м.

Анализ изменения солевого профиля почв катенарных сопряжений в нашей работе, касается, в основном, изменения карбонатного профиля, поскольку морфологические признаки лекорастворимых солей и гипса в почвах отсутствуют, общее содержание легкорастворимых солей не превышает 0,1%. Все исследованные почвы карстовых воронок вскипают с поверхности, карбонатные новообразования в виде псевдомицелия, желтовато-белых прожилок и трубочек, нитевидных налетов, обнаруживаются в верхних горизонтахпочв,инеобразуютлокализованногокарбонатногогоризонта.Впределахкатенарныхсопряжений почв по направлению к почвам нижних частей склонов прослеживается тенденция к понижению границы проявления карбонатных новообразований и максимального содержания СаСО3 на 10-15см, уменьшению абсолютных значений содержания карбонатов. В почвах межвороночных пространств, верхних и средних частей склонов почвообразующая порода, как правило, характеризуется меньшим содержанием CaCo3, по сравнениюсвышележащимигоризонтами. Дляэтихпочвхарактернынаименеерезкиеизменениясодержания CaCo3 в пределах профилей почв, значения содержания CaCo3, в среднем, колеблются от 5-10% в в гумусово- аккумулятивныхгоризонтах,до15-30%впереходныхкпочвообразующейпородегоризонтахВСmc. Наиболее резкие изменения содержания CaCo3 по профилям почв наблюдаются в почвах нижних частей склонов, где гумусовые стратифицированные горизонты с относительно низким содержанием CaCo3 (в среднем, около 8%) залегают на продуктах выветривания и переотложения карбонатных конгломератов с содержанием CaCo3 около 25%.Изменение рН водной суспензии по профилям почв неконтрастно, максимальные значения рН водной суспензии приурочены к горизонтам с максимальным содержанием карбонатов и равняются 8,0

– 8,2. Минимальные значения рН водной суспензии характерны для гумусовых горизонтов и, в среднем, составляют 7,6-7,8. Содержание легкорастворимых солей в профилях почв уменьшается по направлению от межвороночных пространств к нижним частям склонов карстовых воронок. Если в нижних горизонтах почв межвороночных пространств содержание легкорастворимых солей может достигать 1%, то в почвах нижних частей склонов общее содержание солей не превышает 0,1%.

Таким образом, описанные катенарные сопряжения почв на склонах карстовых воронок образуют маломощныепочвысгумусовымгоризонтом,постепеннопереходящимв слабоизмененнуюпочвообразующую породу. Срединный горизонт в этих почвах как самостоятельное генетическое образование не выражен, что может быть обусловлено ксероморфностью почв и активным протеканием механической миграции вещества. Почвы межворончных пространств, верхних и средних частей склонов представлены серогумусовыми почвами с разными формами и разной степенью выраженности карбонатных новообразований, почвы нижних частей склонов - стратоземами темногумусовыми. В заключение можно сделать следующие выводы:

1.Катенарные сопряжения почв на склонах карстовых воронок образуют серогумусовые почвы с разными формами и разной степенью выраженности карбонатных новообразований и стратоземы темногумусовые нижних частей склонов

2.По направлению к нижним частям склонов карстовых воронок происходит увеличение мощности, гумусированности почв, улучшение структуры гумусово-аккумулятивного горизонта

3.Содержание карбонатов и легкорастворимых солей снижается от почв межвороночных пространств

кпочвам нижних частей склонов в пределах карстовых воронок

289