3 курс / 2 семестр / Экология ландшафтов / Глазовская_2012

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

в 2011 г. опробования дождевых вод и снега (рН = 3,7-5,9) подтвердили ранее сделанный вывод, при этом к «реперным»элементамдобавилсяCd,великавероятностьтрансграничногоучастияCr,Ni иI (табл.2).Данныепо химическому составу аэрозольных выпадений, полученных с помощью экспериментально созданного прибора (пробоотборник аспирационный полевой аэрозольный) в настоящее время находятся в обработке.

Таблица 2

Фоновые концентрации микроэлементов (мкг/л) в атмосферных осадках бассейна Селигера и на ЕТР [6]

Значительное содержание Zn, Cd и Cr в атмосферных осадках связано с большим количеством их антропогенных источников. В то же время высокая удерживающая способность почв и растительности к ним приводит к тому, что большая часть этих элементов не поступает в водные объекты, а задерживается на водосборной территории.

Таким образом, на основе сопряженного анализа микроэлементного состава почв, донных отложений, растительности,поверхностныхигрунтовыхвод,атакжепробатмосферныхосадков(дождяиснега)получена комплекснаягеохимическаяхарактеристикафоновыхландшафтовбассейнаСелигера.Этиданныемогутбыть использованы при оценке интенсивности загрязнения ландшафтов верховья р. Волги, а также при проведении экологического мониторинга на оз. Селигер.

Литература

1.Структура и функционирование геосистемы озера Селигер в современных условиях. СПб.: Наука. 2004. 253 с.

2.Кудерина Т.М., Шилькрот Г.С. Мониторинг состояния озера Селигер в новых условиях природопользования / Теория и практика восстановления внутренних водоемов. Сб. тр. Междун.

науч-практ. конф., 15-18 окт. 2007 г. СПб.: ЛЕМА. 2007. С. 224-230.

3.Экологическая карта Осташковского района Тверской области. М-б 1:100 000 / Под ред. В.И. Осипова, В.М. Чупахина. СПб.: Ин-т геоэкологии РАН. 2002.

4.Bowen H.J.M. Environmental Chemistry of The Elements.Academic Press. London-New-York-Toronto- Sydney-San Francisco. 1979. 250 p.

5.Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: в 6 кн. Кн. 1: s-элементы. М.:

Недра.1994. 304 с.

6.Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2009 г. /http:// downloads.igce.ru/publications/reviews/review2010.pdf

УДК 631.434:528.8

ГЕОРАДАРНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОЧВ И ПОРОД

В.В. Сысуев, Б.П. Шевченко

Географический факультет МГУ, Москва, e-mail: v.v.syss@mail.ru

Перспективностьгеоэлектромагнитныхметодовизмеренияструктурыисвойствпочвдемонстрировалась неоднократно [1, 2]. Тем не менее, георадарное подповерхностное зондирование, позволяющее с высокой производительностью и пространственной непрерывностью исследовать структуру почв, применяется не достаточно широко.

Исследования почв и отложений Валдайской возвышенности и вторично моренных ландшафтов Смоленско-Московской возвышенности проведено с помощью георадара «ОКО-2» с антенными блоками (АБ): «Тритон» с рабочими частотами 35-100 МГц для зондирования глубоких слоев и АБ двухчастотного излучения 700 и 250 МГц для почвенных горизонтов и почвообразующих пород.

Зондирование в краевой зоне Валдайского оледенения осуществлялось с АБ «Тритон» вдоль ландшафтныхтрансектспривязкойкабсолютнымвысотамиданнымсплошнойленточнойлесотаксационной съемки. Предварительно в каждом ландшафте выявлялись оптимальные режимы зондирования.

На радарограмме небольшого переходного болота хорошо разделилась торфяная ванна и минеральное дно болота, сложенное оглеенными озерными песками. Глубина торфяных слоев практически совпала с данными буровых измерений и их описанием в разрезе. Низко бонитетные болотные сосняки не влияют на качество радарограмм. В пределах болота границы фаций совпадают с границами резкого изменения глубины торфа. В краевых частях болота с небольшой мощность торфа формируются осоково-пушицевые сообщества с сабельником, сосновый древостой здесь наиболее высокий (15-18 м) и продуктивный (запасы 170-210 м³/ га). В центре массива с максимальной глубиной торфа (>3 м), преобладают фации со сфагново-пушицевой растительность и редкостойным низко бонитетным сосняком (100 м³/га).

Набольшомверховомболоте«Обловское»сцентрально-олиготрофнымтипомразвитиянарадарограммах по всему массиву болота отчетливо выделяются 2 горизонта торфа: верхний слабо разложившийся верховой сфагновый торф мощностью 2-2,5 м.; и нижний сильно разложившийся торф. Также прослеживается тонкий

310

Доклады Всероссийской научной конференции

сапропелевыйгоризонт,подстилающийторф.Двумпонижениямминеральногоднаторфянойваннысглубиной торфаболее6мсоответствуютнаиболеевыпуклые,автономныечастиболотасолиготрофнойрастительностью– сосново-пушицево-клюквенно-сфагновая ассоциация с подбелом и росянкой, и самым угнетенным древостоем сосны высотой 4-6 м, и запасом 40-60 м³/га. Между наиболее глубокими частями болота формируются фации сосняков пушицево-сфагновых с миртом и кустарничками на торфах мощностью <3 м. Запас древостоя 6080 м³/га, высота деревьев 6-10 м. На окраинах болота формируются сосново-кустарничковые сфагновые с тростником и сосново-голубично-сфагновые с багульником и черникой фации на хорошо разложившихся маломощные торфах (<2 м). Древостой достигает высоты 10-15 м, запасы 100-200м³/га.

Хорошие результаты получены при зондировании грядово-котловинно-озового, камово-западинного

иозерно-флювиогляциально-зандрового ландшафтов. На радарограмме крутосклонной озовой гряды выделяется песчано-каменистое тело, направление и простирание слоев, характерная слоистость отложений

иуровень грунтовых вод (УГВ). На вершине гряды УГВ превышает 6 метров и формируется елово-сосновый лес с максимальной высотой и запасами древостоя; на склонах где УГВ подходит к поверхности ель начинает преобладать над сосной, появляется ольха, запасы древостоя уменьшаются.

На камовом холме радарограмма наглядно показывает мощность и структуру отложений слабосортированных песков. Зондированием определен и верифицирован по данным бурения уровень грунтовых вод, выявлена глубина и границы камового образования, определена длина его простирания в пределах болотного массива, обнаружена пра-долина р. Ланинка. Отчетливо выявляется тесная связь УГВ

ипродуктивности древостоя. На вершине холма при УГВ 7-8 метров формируются сосняки лишайниковые

ибрусничниковые, с запасами древостоя 180-220 м³/га. На склонах грунтовые воды выклиниваются к поверхности, что хорошо видно на радарограмме. Запасы древостоя при оптимальном уровне грунтовых вод на склонах достигают 350-400 м³/га. В нижних переувлажненных частях склонов появляются ельники с запасом 80-120 м³/га. При переходе в болото происходит резкая смена условий местообитаний, формируются сфагново-багульниковыередкостойныесосняки,сзапасамименее100м³/га-ландшафтнаяграницаотмечается по контрастной смене типа и состава отложений на радарограмме.

При выставлении параметров максимальной глубины зондирования определена глубина залегания коренных пород карбона на глубине 33-35 м.

Зондирование конечно-моренных гряд, основную толщу которых слагают валунные влажные суглинки

иглины, показало низкую проницаемостью волн этого диапазона. Убедительного разделения моренных отложений не было получено при опробованных режимах съемки. В целом можно выделить только поверхностный горизонт до глубины 2-4 метров неоднородный, темный и пестрый, интерпретируемый нами как почвенные и двучленные образования. Однако сканирование вдоль трансект дает очень хорошее воспроизведение термокарстового характера рельефа и структуры ландшафтов, скрытого в результате торфонакопления в термокарстовых воронках (рис. 1).

Рис. 1. Связь древостоя со структурой почв и отложений. Вверху – запас, м3/га, внизу -фрагмент радарограммы моренных суглинков.

Длявыявлениятрехмернойструктурыпочвиподповерхностныхотложенийиспользованывозможности площадного георадарного зондирования на двух частотах излучения 700 и 250 МГц. Съемка проведена на территории УНС «Сатино» географического факультета МГУ в Калужской области. Покровные суглинки, перекрывающие четвертичные отложения, сильно гасят радиосигналы зондирования, что привело к неудаче в экспериментах с АБ «Тритон». Однако чрезвычайно сухой и жаркий летний период 2011 г. способствовал увеличениюглубиныиразрешающейспособностиболеевысокочастотнойгеорадарнойсъемки,чтопозволило

311

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

получить содержательные результаты (рис. 2).

Рис.2. Фрагменты радарограмм, полученных с помощью АБ-700+250 МГц. Вверху вертикальная структура почв на склоне, внизу фрагмент структуры четвертичных отложений в нижней части склона Сенокосной балки.

Площадная съемка проводилась галсами длиной 200 м вдоль размеченного склона Сенокосной балки. Ширина между галсами 2 м, ширина полигона 20 м. Одновременно проводилась GPS съемка вдоль галсов. Использование АБ 250 + 700 МГц позволяет существенно увеличить детальность и корректность получения информации.Нарадарограммах,полученныхпричастоте700МГцсразрешающейспособностьюповертикали 0.05-0.1 м, отчетливо дешифрируются трехмерные структуры горизонтов почв: пахотный горизонт по глубине плужной подошвы на глубине 20-25 см; границы легко суглинистых горизонтов с тяжело суглинистыми горизонтамивпокровныхсуглинкахнаглубинах50-60см.Характернымиэлементамиявляютсявертикальные структуры почв: трещины, ширина которых в верхней части достигает метров, прослеживающиеся на глубины более 2,5 м. Радарограммы, полученные при частоте 250 МГц, имеют разрешающая способность порядка 0.25-0.30 м. В нижней части склона Сенокосной балки фрагмент радарограммы вскрывает линзу водонасыщенных песчаных отложений, которые под покровными и делювиальными суглинками с глубины 2,5-3мпрослеживаютсядоглубинболее8м.Этиотложенияхарактеризуютсяволнистойикосойслоистостью и несогласным залеганием, что свидетельствует в пользу их флювиогляциального происхождения. Ранее эти отложения, вскрытые системой профилей буровых скважин, описаны как флювиогляциальные пески, выполнившие ложбину стока талых ледниковых вод на стадии деградации московского ледникового щита [3].

Наличие GPS датчиков позволяет точно привязывать данные георадарной съемки к картографическим или дистанционным изображениям в ГИС соответствующего масштаба. В результате простыми операциями производится трехмерная привязка линзы лимногляциальных отложений легкого механического состава, обнаруженной на глубине свыше 2 м под покровными и делювиальными тяжелыми суглинками (рис. 3). Все съемка вместе с подготовкой оборудования и разметкой галсов заняла 4 часа.

Методгеорадиолокацииубедительнопоказывает,чтолитогеннаяоснова(структура,составимощность отложений,уровеньгрунтовыхвод)играетведущуюрольвдифференциацииструктурныхединицландшафтаи типовусловийместопроизрастания.Пространственнаянепрерывностьивысокаяоперативность,возможность измененияпараметровзондированииданныхпозволяетисследоватьтрехмернуюструктурупочвиотложений.

Рис. 3. Координатная привязка линзы водонасыщенных лимногляциальных отложений, обнаруженных георадарной съемкой под покровными суглинками на склоне Сенокосной балки. Приведен горизонтальный срез площадной съемки на глубине 2,5 м

312

Доклады Всероссийской научной конференции

Литература

1.Бердников В.В. Палеокриогенный микрорельеф центра Русской равнины. М.: Наука, 1976. 126 с.

2.Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986.

3.Еременко Е.А., Панин А.В. Ложбинный мезорельеф Восточно-Европейской равнины. М.: МИРОС, 2010. 192 с.

УДК [911.2:550.4]:001.891.57

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В.В. Сысуев

Географический факультет МГУ, Москва, e-mail: v.v.syss@mail.ru

Каскадные ландшафтно-геохимические системы (КЛГС) объединяются в единое целое потоками вещества и энергии от верхних гипсометрических уровней к нижним [1]. Ландшафтно-геохимические катены - природные комплексы, объединенные однонаправленной миграцией элементов, рассматриваются как простейшиеКЛГСнулевогопорядка,впределахболеесложнойпоструктурекаскаднойсистемыводосборного бассейна первого порядка. Порядок КЛГС определяется по схеме Философова-Стралера[2].

Теоретическое описание структуры КЛГС основано на морфометрии параметров геофизических полей гравитации и инсоляции, 1-ой и 2-ой теоремах о механизмах аккумуляции вещества, концепциях Хортона и Философова-Стралера [3], а также принципах систематики почвенно-геохимических катен [2].

Первый механизм аккумуляции связан со сближением потоков, создающим предпосылки аккумуляции переносимых поверхностным стоком сыпучих и жидких веществ. Количественной мерой схождениярасхождения потоков является дивергенция линий тока. В соответствии с 1-ой теоремой [4] дивергенция векторалинийтокаравнаплановойкривизнеповерхностиkp:сближениелинийтокапроисходитвтехучастках местности, где kp<0 и расхождение - где kp>0. Плановая кривизна kp, земной поверхности, равная кривизне горизонтали - параметр количественного описания первого механизма аккумуляции (kp часто заменяют более удобной для вычислений горизонтальной кривизной).

Второй механизм аккумуляции связан с относительным замедлением потоков на вогнутых по профилю участках склонов, где уменьшается крутизна (фактор крутизны). В соответствии со 2-ой теоремой [4] производная фактора крутизны по длине линии тока равна вертикальной кривизне kv. Второй механизм аккумуляции действует на вогнутых по профилю склонах, где kv<0.

Механизмы аккумуляции и их связь с кривизной позволяют построить гибридную карту зон относительной аккумуляции и сноса. Зонами аккумуляции являются участки земной поверхности, в которых оба механизма действуют одновременно. Зонами сноса являются участки земной поверхности, в которых ни один из этих механизмов не действует - на этих участках потоки мигрантов расходятся и испытывают относительное ускорение. Промежуточные зоны - зоны транзита. Морфометрическая формализация зон относительного накопления и выноса соответствует ландшафтно-геохимическому пониманию сопряжения элементарных ландшафтов [1]. Естественно, необходимо еще учитывать тип геохимического сопряжения, соотношениегеохимическихобстановоквавтономныхигетерономныхпочвахидругиепринципысистематики почвенно-геохимических катен [2].

Способность форм рельефа влиять на потоки носит характер топографических предпосылок. Вещества движутся быстрее там, где больше крутизна склона, лишь при прочих равных условиях - одинаковом эффективном трении, определяемом вещественным составом склона, растительностью, компонентами мигрирующих веществ и т.д.

Важнымипараметрамипереносавеществавландшафтахявляютсяудельнаяплощадьсбора(SCA–англ. specific catchment area) и удельная площадь дисперсии. SCA показывает, с какой площади в каждый элемент поверхностимогутсобиратьсясовсехсклоновсыпучиеижидкиевещества.НапрактикеSCAпрогнозируеткак реализованную, так и потенциальную гидросеть. Для расчета удельной площади дисперсии, описывающей, на какуюплощадьмогутраспределятьсяизданногоэлементаповерхностисыпучиеижидкиевещества,достаточно инвертировать матрицу высот (заменить z на -z), после чего использовать алгоритм для расчета SCA.

Расчет морфометрических параметров на основе цифровых моделей рельефа (ЦМР) позволяет отображать пространственную иерархию КЛГС.

Исследовалисьбассейнытаежныхрек1-гопорядка(погидрологическойклассификации)взонеВалдайского оледенения. Водосбор р. Межа расположен в перигляциальной зоне и имеет довольно развитую дренажную сеть, заболоченность менее 50 %. Водосбор р. Лонинка расположен в озерно-водноледниковом зандровом ландшафте краевой зоны оледенения, заболоченность около 70 %. Заболоченность водосбора р. Таежный Лог в пределах конечно-моренной равнины 22 %. Параметры структуры получены в ГИС ЭКО (П.А. Шарый), FracDim (Г.М.

Алещенко, Ю.Г. Пузаченко), SAGA (Bohner, O.Коnrad, et al), TauDem в GIS Windows (D. Tarboton)

В большинстве ГИС традиционным стал подход Р.Хортона: водоток формируется, когда интенсивность поверхностного стока оказывается достаточной для того, чтобы сформировать эрозионную русловую форму рельефа. Для этого вводятся параметры интенсивности поверхностного стока, к которым относят эродирующую силу, SCA, величину расстояния до водораздела и др.

Работа автоматизированных алгоритмов выделения водотоков в растровых слоях ГИС включает ряд этапов. Сначала на карте одного из параметров выделяются ячейки с величинами, превышающими заданный порог – потенциальные точки истоков. На втором этапе программа проводит водотоки из заданных

313

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

истоков, удаляя истоки, через которые проходит сток с более высоких истоков. На третьем этапе отсекаются водотоки, меньшие некоторой минимальной длины. Процесс регулируется изменением значений пороговых параметров аккумуляции стока и минимальной длины водотока. Оценка гидрологической согласованности производится вычислением отклонений рассчитанной дренажной сети, от фактической речной сети, взятой из картографического источника, либо измеренной в поле.

Рис. 1. Выделение порядка водотоков (А) и водосборов (Б) р. Лонинка в TauDem в GIS Windows

Численным моделированием установлено, что критическим параметром, наиболее достоверно описывающим дифференциацию КЛГС водосборов таежных рек Лонинка и Межа, является SCA.

Водосборная геосистема р. Лонинка перед слиянием с р. Чернушкой имеет 2-ой порядок, несмотря на площадь бассейна порядка 5 км2. Это обусловлено неразвитостью дренажной системы. КЛГС формируются замедленным стоком маломинерализованных, кислых почвенно-болотных вод. Расчёт скорости латерального поверхностного стока по априорным данным производился в ГИС SAGA. Наряду с обязательными параметрамиводосбора(высота,уклон,SCA,идр.)задаютсяпараметрыводотоковирусел,осадковиклимата. Распределенные параметры были заданы с помощью модели структуры ПТК [3]. Численное моделирование показало, что использование даже табличных параметров процессов позволяет выявить распределение скоростей стекания поверхностных вод. Так, на большей части бассейна при интенсивности осадков до 10 мм/час наблюдаются крайне низкие значения скорости стекания - 0,01 м/с и менее. Более высокие скорости наблюдаются исключительно в руслах ручьев и речек (0,025-0,4 м/с). Поскольку водосбор является заболоченной кочковатой равниной, прорезанной редкими руслами, в которых и наблюдается сток, это вполне реально. Для верификации расчетов проведены полевые измерения скоростей и расходов р. Лонинка в характерных створах. Во всех случаях предсказанные скорости отличаются от измеренных не так сильно, как ожидалось (рис. 2).

Рис. 2. Скорости течения р. Лонинка и притоков. Расчеты с заданной интенсивностью осадков.

Вусловиях пересеченного конечно-моренного рельефа ведущим фактором формирования КЛГС 1-2- го порядков является латеральный внутрипочвенный сток. Сопряжение в почвенно-геохимических катенах существенно зависит от класса соотношения условий миграции в автономных и гетерономных ландшафтах. В формированииКЛГС3-гопорядкаведущуюрольприобретаетгрунтовыйстоксповышеннойминерализацией, нейтральными и слабощелочными водами.

Вусловиях более древнего рельефа перигляциальной зоны геосистема водосбора р. Межа (в створе д. Федоровское) имеет пятый порядок. Зависимость средних значений площади водосбора (Y) от его порядка (X) с высокой достоверностью описывается уравнением вида Y=0.42*X2,53. Данные по площадям геосистем 1-го порядка имеют распределение близкое к логнормальному. Измерения выявили нелинейную зависимость расходов от средней площади водосборов, и порядка водосбора. В летнюю межень остаются только водотоки 4-5 порядков, в засушливые годы их расходы падают до 1 л/с. В соответствии с уменьшением расходов воды

вэтих водотоках становятся менее кислыми, их минерализация увеличивается за счет возрастания доли почвенно-грунтового стока.

Полученная физико-математическая модель структуры и процессов гидрологического функционирования КЛГС в качестве начальных и граничных условий будет использована для теоретического описания пространственной миграции элементов.

314

Доклады Всероссийской научной конференции

Литература

1.Глазовская М.А. Ланшафтно-геохимические системы и их устойчивость к техногенезу // Биогеохимические циклы в биосфере. М.: Наука. 1976. С. 99-118

2.Касимов Н.С., Самонова О.А. Ландшафтно-геохимические системы и процессы // Функционирование и современное состояние ландшафтов. М.: Изд-во «Городец». 2004. С. 479-489.

3.Сысуев В.В. Моделирование геофизической дифференциации геосистем // Функционирование и современное состояние ландшафтов. М.: Изд-во «Городец». 2004. С. 48-71.

4.Shary P.A. Land surface in gravity points classification by a complete system of curvatures // Mathematical Geology, 1995. V. 27. No 3. P. 373-390.

УДК 550.846

БИОГЕННАЯ МИГРАЦИЯ ЗОЛОТА В ЛАНДШАФТАХ ЗОЛОТОРУДНЫХ ПОЛЕЙ ГОЛЬЦОВОЙ ЗОНЫ ВОСТОЧНОГО САЯНА

Т.Т. Тайсаев

Бурятский государственный университет, Улан-Удэ, e-mail: taisaev@bsu.ru

Гольцовая зона в Южной Сибири занимает вершинный пояс вы­соких и средних гор. В расчлененной гольцовой зоне скальные выходы и курумы осевых частей гребней представляют собой сухие каменистые­ пустыни и лишайниковые гольцы. Кустарниково-моховая, осоково-моховая, лишайниково-моховая тундра с редким травяным покровом и редколесьем сибирской лиственницы и кедра распространена на гольцовых плато и в подножии склонов, по днищам ледниковых и речных долин расчлененных гольцов. В гольцах

растительность несомкнутая, фрагментарная и развита на участках скопления мелкозема­ .

Биогенная концентрация золота изучена на месторождениях и рудопроявлениях золото-кварцевой и золото-сульфиднойформацииУрик-Китойскойзолоторуднойзоны(УКЗЗ).Золото-кварцевыежилыприурочены

к зонам разломов среди гранитов докембрия и палеозоя. Золото-сульфидное оруденение свя­зано с горизонтами черныхизеленыхсланцевввулканогенно-терригенныхкомплексахрифеяипалеозояиофиолитахвенда.В

бассейнер.Самартыназолотыхрудопроявленияхформируютсякомплексныелито-,гидро-ибиогеохимические аномалии. В литохимических ореолах преобладает тонкое золото размерностью 3—9 мкм [1].

Золото в золе растений определялось в Геологическом институте СО РАН спектрохимическим методом (аналитикЛ.B.Митрофанова)спределомобнаружения0,5мг/т.Изученакаскаднаяландшафтно-геохимическая система (КЛГС) Пионерского месторождения и ряда рудопроявлений золота, вскрытых в ледниковых карах. КЛГС включает сопряженный ряд геохимических аномалий золота: на днище кара, в торфяниках былых озер и речных потоках, вложенных в золотоносную морену троговой долины.

Биогеохимические аномалии золота Пионерского месторождения на днище ледникового кара и в подножии - курумовых склонов связаны с суффозионными и водными ореолами золото-кварцевых жильных зон. Содержание золота в ернике, смородине, рододендроне и коре сибирской лиственницы достигает 1,7—5 г/т (ААu = 250—1000), в ягеле и мху 1—2 г/т (ААu = 100—500), соответственно отражая высокие содержания золота в суффозионных ореолах, на которых они растут.

Торфяники образуются­ на месте подпрудных озер перед ригелями и моренными валами. Озерные илы, мхи, травы и торфяники обогащены золотом. Содержание золота в торфах колеблется от 0,01 до 0,10 г/т.

Биогеохимическийпотокрассеяниязолотапроявленпор.БужгунтейЖалганаучастке­ литохимического потоказолото-кварцевогорудногополя(табл.1). Корасибирскойлиственницы–своеобразныйгеохимический барьер концентрации золота (0,5-1,6 г/т) по сравнению с ветвями и шишками.

Зеленые мхи, покрывающие валуны и глыбы в русле ключа, поглощают золото из золотосодержа­ щей взвеси, которая накапливается в них во время частых паводков [3]. Моховая подушка, покрывающая валуны, представляет собой своеобразный механический фильтр на пути водного потока и извлекает из него золотосодержащую взвесь. По моховой подушке четко выделяется литохимическая (во взвеси) и биогеохими­ ческая (во мху) составляющая потоков рассеяния золота. Другие растения, по которым фиксируется биогеохимический поток рассеяния золота, произрастают вдоль руслового потока, где скапливается мелкозем.

Таблица 1

Содержание золота (г/т) в золе растений и коэффициенты их биологического поглощения (AAu) на участке литохимического потока рассеяния золота (0,0 n – 0, n г/т)

315

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

Золотомобогащаютсялитофильныелишайники,покрывающиескальныевыходыиглыбы.Содержание

золота в черных листоватых лишайниках зависит от его содержания в исходных горных породах, на которых они поселяются. Высокие содержания золота (больше 1 г/т) отмечены в лишайниках на золотосодержащих

породах. Литофильные лишайники - хороший индикатор золотоносности горных пород.

Вгольцах растет реликтовое растение — выходец­ из сухих степей Центральной Азии, карагана гривастая. Она поселяется в под­ножии сухих южных склонов и на выходах известняков. Содержание золота в этом растении на золоторудных зонах достигает 0,06—1,0 г/т, что в 30—240 раз выше, чем на фоне.

Вбольшихсодержанияхзолотонакапливаетсявгольцовыхрастениях,произрастающих­ наотвалахбывшей золотоизвлекающей Самартинской фабрики золото-кварцевых и золотосульфидных руд. Содержание золота в смородине, рододендроне, акации достигает 2—4 г/т. Такие аномалии золота образуются в гольцах за 25—30 лет.

Вгольцах растения извлекают и удерживают подвижные формы золота из коренных пород, их литохимических ореолов и потоков рассеяния и растворимое золото из вод, а также фиксируют восходящие солевые (наложенные) ореолы диффузионной природы погребенного оруденения.

Назолоторудныхзонахзолотоконцентрируетбольшинстворастенийголь­цовыхландшафтов—кустарнички, мох, лишайники, кора лиственницы и травы. Эти растения рекомендуются нами для биогеохимических поисков золоторудных зон. Несомкнутость­ и мозаичность их распространения затрудняют их использование для поисков.

Вэтом отношении интересен ягель (олений мох), который образует сомкнутые сообщества и покровы. Они покрывают большие пространства гольцовых плоскогорий­ — солифлюкционные склоны, днища речных и ледниковых долин, где разви­ты погребенные рудные зоны. По ягелю нами выделяются наложенные аномалии золота (0,0 n – 0, n г/т) погребенных золото-сульфидных зон солифлюкционными покровами [2].

Золото по пищевым цепям поступает в организм животных (суслики, зайцы, пищухи, горные козлы и др.), живущих постоянно на золоторудных полях. Летом на высокогорных пастбищах пасется крупный рогатыйскотилошади.Сусликипосе­ляютсянасухихюжныххорошопрогреваемыхсклонах,конусахвыноса, моренных­ и речных террасах, покрытых разнотравьем и злаками. Колонии сусликов устойчивые­ и локальные, охватывают малые водосборы, где проявляются лито- и биогеохимические ореолы и потоки рассеяния золоторудных полей. Содержания золота в травах, которыми питаются суслики в пределах этих аномалий, достигают­ 0,005—0,028 г/т. Повышены содержания золота (0,025-0,05 г/т) и в организме сусликов таких местообитаний и зависят от содержания в исходном литогенном субстрате. Содержание золота в организме и экскрементах зайцев и пищух, живущих на золоторудных полях, достигает соответственно 0,01-0,02 и 0,005- 0,01 г/т. Они питаются побегами­ ерника, ивы и травами, обогащенными золотом (0,05—0,015 г/т).

Нами проведен эксперимент поступления золота в организм лошади. Она в конце июля в течение 10 суток паслась на лугу среди низинных торфяников, в загоне в пределах комплексной лито-, гидро- и биогеохимической аномалии золота. Эта аномалия образовалась в результате выноса золота склоновыми водами в ледниковую долину с золото-кварцевой жильной зоны Пионерского месторождения. Лошадь питалась злаками и разнотравьем. Содержание золота в этих травах на входе равно 0,0050-0,017 г/т, а в

экскрементахлошадинавыходе–0,14-0,028г/т.Повышенныесодержаниязолота(0,008-0,012г/т)отмечаются и в экскрементах крупного рогатого скотав экосистемах золоторудных полей.

Вгольцовых ландшафтах золото активно включается в биологический круговорот и тесно связано с энергичной водной миграцией золота в криогенных системах [4]. А.И. Перельман относит золото к элементам интенсивного биологического накопления, что определяет его концентрацию в торфяниках, сапропелях и углях рудных зон.

ВУКЗЗ и прилегающей к ней Ильчирской котловине, заложенной в офиолитовой формации с золотоносной черносланцевой толщей, сформировались высокопродуктивные лугово-болотные отгонные пастбищаКРСилошадей.Аозераиречкиотличалисьдонедавнеговремениобилиемхариуса,ленкаитайменя с выраженным гигантизмом. Здесь были места поселения коренных жителей – саётов.

Литература

1.Тайсаев Т.Т. Литохимические потоки рассеяния золота в областях горного обледенения Сибири // ДАН СССР, 1985. т. 282, № 3, С. 693-696.

2.Тайсаев Т.Т., Константинова И.М. Концентрация золота в ягеле на золоторудных полях гольцовых ландшафтов // ДАН СССР, 1988, т. 302, № 3, С. 706-709.

316

Доклады Всероссийской научной конференции

3.Тайсаев Т.Т. Способ поисков месторождений золота. А.с. СССР № 1160349. – Бюлл. изобретений, 1985, № 21.

4.Тайсаев Т.Т. Криогенные системы некоторых золотокварцевых месторождений // ДАН СССР, 1991. т. 317, №2, с. 440-443.

УДК 550.4

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА B ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ КАРАБАШСКОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА ПОСЛЕ ЕГО МОДЕРНИЗАЦИИ

Ю.Г. Таций

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, e-mail: tatsy@geokhi.ru

ВрезультатемноголетнейдеятельностиКарабашскогомедеплавильногокомбината(КМК)из-загрубых нарушений принципов рационального землепользования, отсутствия современных газоочистных сооружений

вгороде сложилась крайне неблагоприятная экологическая обстановка – огромная площадь нарушенных земель, загрязнение почв, атмосферного воздуха, водоёмов, подземных вод вредными веществами, гибель растительности.

Врайоне действия комбината наблюдается значительная деградация биоценоза – обеднение видового состава, снижение наземной фитомассы. В зоне сильного поражения происходит полное выпадение таких компонентов как подрост и подлесок. Наблюдается торможение деструктивных процессов, о чём свидетельствует увеличение запаса лесной подстилки и снижение показателя биологической активности почв

взонах сильного и среднего поражения.

Вначале 2000-х в этом районе было осуществлено несколько международных проектов с целью оценки экологического состояния. С 2004 г. осуществляется коренная модернизация производства – запущен новый плавильный комплекс, начато производство серной кислоты, налажена очистка отходящих газов, что позволило существенно снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Цельюработыявлялсяпредварительнаяоценказагрязненияокружающейсредыисопоставлениесданными, полученными до модернизации комбината.

Рельеф района представляет собой сочетание относительно невысоких увалов (с высотами 400–600 м) с межувальными понижениями. Трубы комбината находятся на уровне высот западных гор и ниже восточных на 100-120 м. Преобладание ветров западных, юго-западных и северо-западных направлений создает чрезвычайно сложную картину распределения аэральных промвыбросов, а в безветренную погоду приводит к их оседанию на городской территории.

Зональным типом почв в районе Карабаша являются серые лесные почвы, которые характеризуются нейтральной или слабокислой реакцией почвенного профиля с рН от 5,8 до 6,7, низким содержанием гумуса, малой суммой обменных катионов и отсутствием карбонатов. Это определяет невысокую природную буферность почв и потенциально слабую комплексообразующую способность отдельных фракций почв для связывания поступающих с аэральным потоком тяжелых металлов.

Несмотря на снижения выбросов экологическая ситуация в регионе остается кране сложной и создана она более чем 100-летней деятельностью КМК, в течение которых были созданы предпосылки для развития активныхдеградационныхпроцессов-эрозиипочвиисчезновениярастительногопокрова.ЗавремяработыКМК на прилегающей к нему территории сформировались две природно-техногенные зоны: импактная и буферная.

Вимпактной(опустыненной)зоневоздействиевыбросовивырубкалесовразрушилиосновноймеханизм, обеспечивающий устойчивость почвенного покрова и активизировали развитие на склонах плоскостной и линейной эрозии. Эта зона характеризуется отсутствием естественной растительности, почвенного покрова и наиболее высоким уровнем загрязнения тяжелыми металлами.

Буферную зону можно разделить на две подзоны – мертвопокровного березняка и деградированных лесов.Зонамертвопокровногоберезнякавыделенапоморфологическимпризнакамсостоянияберезы,наиболее устойчивого к дымам медеплавильного производства вида. Ее прилегающая к импактной зоне внутренняя часть постоянно испытывает приземное задымление, поэтому березняк здесь низкорослый, кривоствольный, с признаками хлороза, в то время как во внешней части он более высокий и без деформации стволов. В березняках на расстоянии до 4 км от КМК, наблюдается полное отсутствие естественного возобновления. Для всей зоны характерно угнетение хвойных пород, их отсутствие на значительных территориях, образование при естественном восстановлении в основном лиственных лесов.

Воздействие выбросов КМК привело к значительному накоплению вредных металлов и металлоидов I и II классов опасности в сохранившейся почве, зачастую используемой населением под частные огороды, сады,индивидуальные выгоны. Содержания в буферной зонеAs превышают ПДК [1] в 40-250 раз, Cu в 30-130 раз, Ni в 7 раз, Pb в 11-30 раз, Zn в 10-34 раза, S в 40 раз, Hg в 2 раза. Геохимическая ассоциация для буферной

зоны на расстоянии 2,5 км от источника загрязнений - Cu147As99Hg76Pb60Zn37Sb20Ni14Cd12Cr7, а суммарный показательзагрязненияZc дляэтойзонысоставляет250-500,чтосоответствуетчрезвычайновысокомууровню

техногенного загрязнения и чрезвычайно опасной степени санитарно-токсикологической опасности. Хорошим индикатором загрязнения является лесная подстилка, которую можно рассматривать

и как аккумулятор поллютантов. С приближением к источнику выбросов происходит накопление, увеличение мощности (толщины) лесной подстилки, ее валовый запас в буферной зоне более чем в 4 раза превышает аналогичный показатель для фонового района. Антропогенное воздействие снижает скорость биохимических процессов и в условиях сильного загрязнения тормозит или полностью прекращает процесс

317

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

деструкции органического вещества в подстилке. Кроме того, изменяется фракционный состав подстилки, в непосредственной близости от комбината в ее составе отсутствуют следы живого напочвенного покрова.

Образец подстилки, отобранный в зоне мертвопокровного березняка и состоящий практически из березового опада с отсутствием следов разложения, показал экстремально высокие концентрации практически по всем элементам (табл.). Для сравнения приведены данные по березовому опаду, полученные для относительно чистого региона Канады [2]. Опад создает один из самых мощных потоков металлов и металлоидоввгумусовыйгоризонтпочв.Учитывая,чтозагрязнениеопаданоситвосновномаэротехногенный исезонныйхарактер,тодажесучетомнесовсемкорректногоотборанашихобразцовибольшогостандартного отклонения для канадских результатов, такое большое различие в концентрациях и высокое содержание серы свидетельствует о продолжающемся интенсивном загрязнении окружающей среды даже после модернизации КМК.

Таким образом, в условиях жесткого антропогенного воздействия медеплавильного производства на окружающую среду в районе Карабаша образовалась техногенная геохимическая аномалия. Несмотря на программы развития и реабилитации этого района, а также модернизацию производства и существенное снижение выбросов в атмосферу, концентрации тяжелых металлов остаются достаточно высокими и представляют опасность для здоровья населения.

Литература

1.Гигиенические нормативы «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве». ГН 2.1.7.2041-06.

2.LandreA.L., Watmough S.A., Dillon P.J. Metal pools, fluxes, and budgets in an acidified forested catchment on the Precambrian Shield, Central Ontario, Canada // WaterAir Soil Pollut., 2010. Vol. 209. No. 1-4. P. 209–228.

УДК 631.41

ОСОБЕННОСТИ БИОПРОДУКТИВНОСТИ ПОСТАГРОГЕННЫХ ПОЧВ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

В.М. Телеснина

МГУ имени М.В. Ломоносова, Москвы, e-mail: vtelesnina@mail.ru

Цельработы–изучениединамикирядапоказателейбиологическогокруговоротавходепостагрогенного восстановления экосистем южной тайги, во взаимосвязи с некоторыми свойствами почв. Исследования проводили на территории Костромской области. Объекты исследования представляют собой разные стадии постагрогенного лесовосстановления:

Пашня, засеянная овсом. Почва – агродерново-подзолистая. Залежь 5-7 лет. Почва – агродерново-подзолистая реградированная.

Залежь 10-13 лет. Луг с отдельно стоящими деревьями ивы. Почва – агродерново-подзолистая реградированная.

Осиново-березовый лес 35 лет. Почва – дерново-подзолистая постагрогенная. Полновозрастной березово-еловый лес (контроль). Почва – подзолистая.

Продуктивность травяного яруса определяли несколько лет подряд методом укосов (надземная масса) и монолитов(подземная),массаразныхфракцийдревостоярассчитанааллометрически[1].Укосыразбиралиповидам; в преобладающих видах определяли содержание азота и зольных элементов. В почвенных образцах определяли углерод и актуальную кислотность, а также микробную биомассу по субстрат-индуцированному дыханию.

Входезарастанияпашнилесомпроисходитизменениеколичестваиструктурыфитомассывфитоценозах. Растительность залежи 5-7 лет характеризуется довольно высокой биомассой травяного яруса. Уже через 5-6 лет надземная масса травяного яруса резко уменьшается, при этом начинают появляться отдельные деревья, в результатедолямноголетнейбиомассы составляетболее50%. Послесмыканиядревостоямноголетняябиомасса составляет более 80%; в ежегодно отчуждаемом опаде листовой опад преобладает над травяным. Корневая масса травяного и травяно-кустарничкового яруса резко уменьшается в полновозрастном лесу. Поскольку в наибольшей степени участвуют в биологическом круговороте ежегодно отмирающие части растений, отдельно посчитана масса легкоразлагаемого опада, т.е. совокупность надземной биомассы травяного яруса (кроме зимнезеленых растений), 1/3 части подземной биомассы травяного яруса [2], а также листвы деревьев.

Экосистема пашни характеризуется минимальным поступлением легкоразлагаемого опада, т.к. надземная часть отчуждается, а подземная незначительна. В травяных экосистемах залежей основную часть легкоразлагаемого опада составляют корни, в экосистеме 35-летнего леса – опад березы и осины. Поскольку зольность трав в среднем больше зольности лиственного опада, а зольность корней выше зольности трав, и таким образом корни имеют большее значение в круговороте элементов [3], закономерности поступления зольныхэлементовиазотаотличаютсяотзакономерностейпоступленияопада(табл.2).Входе сукцессиисумма поступающих с опадом зольных элементов максимальна в экосистеме молодой залежи, главным образом за

318

Доклады Всероссийской научной конференции

счеткорней,ирезкопадает через5летзасчетснижениязольностинадземнойчастипреобладающихрастений. Второй максимум поступления зольных элементов соответствует стадии 35-летнего леса за счет количества поступающего листового опада. Минимум поступления зольных элементов соответствует полновозрастному лесу. Чтокасаетсяпоступленияазота,минимальноезначениесоответствуетпашнеиполновозрастномулесу,в экосистемахзалежейзначенияпримерноодинаковы,авэкосистемемелколиственноголесапоступлениеазота вдвое выше, чем на залежах (табл. 2) – естественно, за счет поступления опада мелколиственных деревьев. Общее поступление азота и зольных элементов наиболее интенсивное в экосистеме мелколиственного леса, причем азот резко преобладает над зольными элементами. Запасы азота и зольных элементов в ветоши и лесных подстилках закономерно возрастают в ходе постагрогенного лесовосстановления.

Входе постагрогенного лесовосстановления наблюдается устойчивое возрастание актуальной кислотности почв в верхней части профиля. Если в почве пашни рН составляет 5,4-5,8, то в почвах травяных залежей – 4,3-5,1, а в лесных почвах - 3,3-3,7. Содержание и запасы органического углерода в верхней части профиля (0-30 см), напротив, устойчиво возрастают в ходе сукцессии. Так, почва пашни характеризуется минимальными запасом углерода (25,9 т/га), тогда как в почвах травяных залежей он достигает 30-40 т/га,

ав почве полновозрастного леса, с учетом подстилки – 50 т/га. Подобные закономерности соответствуют данным, полученным другими авторами [4].

Для каждой сукцессионной стадии определяли субстрат-индуцированное дыхание (СИД) почв и подстилок как один из показателей биологической активности. На основании СИД рассчитана биомасса почвенных микроорганизмов [5], а также запасы микробного углерода в старопахотной толще. Для почвы пашни характерны низкие показатели СИД (табл.3), что говорит о низкой степени окультуренности. Через 5-7 лет после прекращения распашки СИД увеличиваются с 6-7 до 10-14 мкгСО2/г час. Соответственно увеличивается и микробная биомасса почвы. Еще через 5 лет СИД почвы снова уменьшается почти до тех же значений, что определены для пашни - интересно, что определенное нами количество поступающего легкоразлагаемого опада также снижается, что может говорить об их взаимосвязи. На стадии 35-летнего леса снова происходит некоторое повышение биологической активности почв, что, возможно, связано с резким увеличением количества поступающего опада березы и осины, а также азота и зольных элементов, поступающих с ним. В почве полновозрастного леса СИД снова уменьшается, что говорит о снижении биологической активности при изменении состава древостоя от лиственного к смешанному [6]. Что касается СИД в лесных подстилках, с возрастом древостоя оно существенно не меняется. Запасы микробного углерода в старопахотной толще имеют наиболее высокие значения соответствуют почвам залежей.

Входе естественного постагрогенного лесовосстановления по пашне изменяется общий запас и структура надземной и подземной фитомассы – увеличивается ее общий запас, главным образом за счет многолетних частей древостоя. Количество поступающего легкоразлагаемого опада существенно возрастает уже через 5-7 лет после прекращения распашки, снижаясь при дальнейшем зарастании и снова достигая максимального значения на стадии 30-35 летнего мелколиственного леса. Наиболее интенсивное поступление в почву с опадом азота происходит на стадии мелколиственного леса за счет опада деревьев, тогда как наиболее интенсивное поступление зольных элементов – на стадии 5-летней залежи (главным образом за счет корневых систем трав). Биологическая активность почв не связана напрямую с запасами органического веществапочвы,ноимеетопределеннуюзависимостьотколичествапоступающеговпочвулегкоразлагаемого опада и содержания в нем азота и зольных элементов.

319