Эколого-геохимические особенности почв и почвогрунтов западной части Сокольих гор

Прохорова Наталья Владимировна; Головлёв Алексей Алексеевич; Куликова Мария Вячеславовна; Макарова Юлия Владимировна

УДК 634.948:581.5

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВ И ПОЧВОГРУНТОВ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ СОКОЛЬИХ ГОР

1 Самарский государственный университет 2 Самарский государственный экономический университет

Поступила в редакцию 09.05.2012

Выявлены территориальные особенности накопления тяжелых металлов, минеральных форм азота и активности Azotobacter в почвах и почвогрунтах Сокольих гор и Усть-Сокского карьера.

Ключевые слова: Сокольи горы, Усть-Сокский карьер, почвы, почвогрунты, тяжелые металлы, минеральные формы азота, Azotobacter

Сокольи горы с их естественными и антропогенно трансформированными ландшафтами представляют большой интерес для эколого-гео-химических исследований. Расположенные в левобережной части Среднего Поволжья, Сокольи горы имеют следующие географические границы. С запада они отделены от находящейся в Предволжье Жигулёвской возвышенности Саратовским водохранилищем. С северо-востока Сокольи горы ограничены долиной р. Сок, правый берег которой составляют Сокские Яры. Южная граница Сокольих гор проходит по условной линии, проведённой от верховьев Студёного оврага к устью р. Большой Кинель. Естественные рубежи Сокольих гор на юго-востоке и востоке - долины рек Большой Ки-нель, Сарбай и Сургут. Последние две реки разделяют Сокольи горы и Кинельские Яры. Западная часть Сокольих гор наиболее лесистая и возвышенная. Здесь находятся самая высокая точка (гора Тип-Тяв, 281 м) и крупная отрицательная форма техногенного рельефа (ныне не действующий Усть-Сокский, или Западный, карьер с абсолютными высотами днища в пределах 36-94 м). Ландшафты Сокольих гор, прилегающие к селитебной территории пос. Красная Глинка и ныне функционирующему объединенному (Центрально-Восточному) карьеру, испытывают существенное антропогенное воздействие (сезонная рекреационная нагрузка, автотранспортное и промышленное загрязнение). В геологическом отношении западная часть Сокольих гор сложена разнообразными карбонатными породами (доломитами, известняками, мергелями, аргиллитами, глинами, песчаниками, гипсами), относящимися к казанскому и татарскому ярусам пермского периода [1, 3, 4, 6]. В западной

Прохорова Наталья Владимировна, доктор биологических наук, профессор кафедры экологии, ботаники и охраны природы. E-mail: [email protected] Головлёв Алексей Алексеевич, доктор географических наук, профессор кафедры экологии Куликова Мария Вячеславовна, аспирантка Макарова Юлия Владимировна, кандидат биологических наук, ассистент кафедры экологии, ботаники и охраны природы

части возвышенности залегают дерново-карбонатные и темно-серые лесные почвы преимущественно глинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава [3, 4].

Цель работы: выявление эколого-геохи-мических особенностей почв западной части Сокольих гор и почвогрунтов (в виде мелкоземного карбонатного субстрата) на дне и террасах Усть-Сокского карьера методом профилирования.

Объекты исследования. Почвы и поч-вогрунты западной части Сокольих гор и Усть-Сокского карьера по линии эколого-геохи-мического профиля.

Методика исследований. Для выявления эколого-геохимических особенностей почв и поч-вогрунтов Сокольих гор осенью 2011 г. был заложен профиль с 15 пробными площадями (1111). Исходная точка профиля располагалась на селитебной территории пос. Красная Глинка, невдалеке от конечной остановки маршрутных такси на улице Батайской, на земельном участке (предположительно с наносной или техногенно нарушенной почвой) между теплотрассой и асфальтированной дорогой (1111 1). Затем линия профиля пересекла лесной массив, расположенный на южном и северном склонах Сокольих гор (1111 2-6), террасы и днище Усть-Сокского карьера (1111 7-11, 13, 14) и вышла к равнинному пространству и Столовому склону близ западной оконечности карьера (ПП 12, 15). Со всех 1111 отбирались образцы почв (в карьере - почвогрунтов) с глубины до 10 см. Для каждого образца с помощью общепринятых методов были определены рН, содержание органического углерода (Сорг), минеральных форм азота и тяжелых металлов (табл.). Активность бактерий рода Azoto-bacter была оценена методом их культивирования на безазотистой среде Эшби по диаметру колоний.

Результаты и обсуждение. Как следует из табл., проанализированные образцы имели слабощелочную и щелочную реакцию почвенного раствора (рН в пределах 7,22-8,78), что связано с высокой карбонатностью почвообразующих пород. Наибольшей щелочностью характеризовались карбонатные почвогрунты террас и днища

2061

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 14, №1(8), 2012

Усть-Сокского карьера. В отобранных образцах почв и почвогрунтов был обнаружен Сорг, являющийся составной частью гумуса. Наибольшее количество Сорг (4,03-4,33%) установлено для почв 1111 2-5, расположенных под лесом на южном и северном склонах Сокольих гор. Почвы безлесной

равнинной территории, примыкающей к западной оконечности Усть-Сокского карьера и почвы верхней части степного Столового склона (ПП 12, 15) содержали несколько меньшее количество Сорг (3,63-4,32%), а почвогрунты карьера (ПП 7-11, 13, 14) - всего 0,25-2,13% (табл.).

Таблица. Результаты химического анализа почв и почвогрунтов западной части Сокольих гор

№ ПП pH C % Азот, мг/кг Тяжелые металлы, мг/кг

nh4+ NO2- NO3- Pb Cu Zn Cd Ni

1 7,82 1,87 12,43 0,61 56,07 12,5 20,1 30,0 0,57 33,6

2 7,58 4,18 26,97 6,29 241,24 14,0 19,0 30,3 0,92 26,8

3 7,53 4,33 25,27 4,27 261,56 18,0 18,4 30,8 0,64 24,5

4 7,31 4,23 21,79 5,87 264,99 22,2 17,4 32,5 0,58 28,7

5 7,22 4,03 18,44 6,92 175,53 14,2 11,2 28,3 0,53 22,0

6 8,06 2,22 19,37 1,00 53,66 31,0 7,4 31,9 2,03 24,6

7 8,33 2,13 9,76 0,74 50,97 36,7 6,4 27,4 2,36 27,5

8 8,65 1,87 4,57 0,66 62,07 35,9 5,6 15,9 2,52 27,1

9 8,72 0,83 4,20 0,61 28,54 30,9 5,8 9,4 2,33 26,8

10 8,78 0,25 1,69 0,36 40,22 34,2 6,5 12,8 2,55 27,4

11 8,05 1,53 11,02 1,14 77,02 25,6 7,0 17,2 2,03 26,7

12 7,80 4,32 17,80 10,13 79,77 28,0 16,2 30,0 1,50 30,0

13 8,66 0,40 5,63 0,48 35,12 33,0 6,5 16,0 2,60 30,3

14 8,27 0,53 2,88 0,79 71,92 35,0 7,7 17,6 2,34 29,6

15 7,85 3,63 17,80 2,00 65,34 19,6 11,0 27,2 1,76 30,5

Примечание: ПП 7-11, 13, 14 находятся на террасах и днище карьера

При разложении органических остатков и минерализации гумуса в почве и почвогрунтах образуется аммонийный азот (ЫИ/), который в процессе нитрификации трансформируется хемотроф-ными микроорганизмами в две формы - нитрит-ную (М02) и нитратную (М03). В минеральном питании растений участвуют все формы азота, но аммонийный азот лучше усваивается растениями. В изучаемых почвах и почвогрунтах содержание аммонийного азота варьировало от 1,69 (ПП 10) до 26,97 мг/кг почвы (ПП 2). Содержание нитритов изменялось от 0,36 (ПП 10) до 6,92 (ПП 5) мг/кг почвы. Среди анализируемых минеральных форм азота наиболее высокими концентрациями в субстратах всех пробных площадей характеризовался нитратный азот (от 28,54 мг/кг на ПП 9 до 264,99 мг/кг - на ПП 4). Пространственный анализ показал, что максимальные концентрации всех минеральных форм азота обнаруживаются в почвах лесных пробных площадей, расположенных на северном и южном склонах Сокольих гор, а минимальные концентрации - в почвогрунтах пробных площадей, заложенных на днище и террасах Усть-Сокского карьера. Содержание М02- и М03- в ур-баноземе (ПП 1) было близко к аналогичным показателям почвогрунтов карьера, а содержание МИ/ в урбаноземе несколько превысило показатели почвогрунтов. Следовательно, в карбонатном мелкоземе, формирующемся на вскрытом скальном днище и террасах карьера, накапливаются Сорг и основные минеральные формы азота (МИ/, М02-, М03), что свидетельствует о протекании первичного почвообразовательного процесса на техно-генно нарушенной территории. Об интенсивности

этого процесса можно косвенно судить по микробиологической активности почв и почвогрунтов.

Максимальный уровень активности азотобактера (превышающий в 12 раз активность азотобактера в почвах лесных ПП) был выявлен в поч-вогрунтах днища и террас Усть-Сокского карьера. Известно, что азотобактер наиболее активен при щелочной реакции почв, их достаточной обеспеченности минеральным азотом и кальцием [2]. Почвогрунты карьера богаты кальцием, характеризуются высокой щелочностью, но содержат небольшое количество аммонийного, нитритного и нитратного азота. На недостаточную обеспеченность почвогрунтов доступными формами азота указывает также светлая окраска листьев Populus nigra L., P. tremula L., Betula pendula Roth, Salix caprea L., S. pentandra L. [5], растущих в карьере. Вероятно, что в условиях дефицита субстратного азота повышенная активность азотобактера объясняется фиксацией этими микроорганизмами молекулярного азота из атмосферного воздуха.

Анализ распределения тяжелых металлов в почвах и почвогрунтах изучаемых пробных площадей выявил достоверную элементную специфичность. Так, распределение концентраций Cu и Zn в значительной степени повторяли характер распределения Сорг и минеральных форм азота, т.е. максимальные концентрации были выявлены в почвах лесных ПП, а минимальные - в почвогрунтах днища и террас карьера. Картину, обратную распределению Cu и Zn, демонстрировали Pb и Cd: их максимальные концентрации, достигающие уровня ПДК, были выявлены в почвогрунтах карьера, а минимальные - в почвах лесных ПП и

2062

урбаноземе. Содержание N1 в почвах и почвогрун-тах Сокольих гор было достаточно равномерным и варьировало от 22,0 до 33,6 мг/кг (табл.). По сравнению с данными 2010 г. [5] в карбонатном мелкоземе карьера достоверно снизилось содержание Си, 2п и N1, но практически не изменилось относительно высокое содержание РЬ и С^ Выводы:

1. Проведенные нами эколого-геохимические исследования показали, что карбонатный мелкозем, накапливающийся на скальном фундаменте днища и террас Усть-Сокского карьера, спустя десятилетия после прекращения добычи строительного сырья в определенной степени обогатился органическим углеродом, а также макро- и микроэлементами минерального питания. Химический состав пород скального фундамента обусловливает слабощелочную и щелочную реакцию почвогрун-тов карьера и в целом способствует интенсификации процессов первичного почвообразования и ренатурализации растительности, особенно за счет кальцефильных и некоторых других видов древесных, кустарниковых и травянистых растений.

2. Количество Сорг в гумусированных почвах лесных массивов и открытых пространств, расположенных вокруг карьера, значительно превысило содержание органического углерода в слабогу-мусных почвогрунтах карьера. Содержание минеральных форм азота в почвах под лесом оказалось на порядок выше, чем в карбонатном мелкоземе днища и террас Усть-Сокского карьера. Повышенная активность азотобактера в почвогрунтах карьера, на наш взгляд, обусловлена фиксацией молекулярного азота из атмосферного воздуха.

3. Территориальные особенности накопления тяжелых металлов проявляются в том, что концентрации Си и 2п в лесных почвах более чем в 1,5-2 раза превысили концентрации тех же элементов в карбонатном мелкоземе карьера. РЬ и С^ напротив, более интенсивно аккумулировались субстратом карьера. В отличие от лесных почв северного и южного склонов Сокольих гор, карбонатный мелкозем был насыщен РЬ и Cd в количествах, существенно превышающих региональный фон и достигающих ПДК, что подтверждает необходимость эколого-биогеохимического мониторинга. Соединения N не проявили специфичности накопления в почвах и почвогрунтах обследованной территории.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Атлас земель Самарской области / гл. ред. Л.Н. Поро-шина. - Самара, 2002. 101 с.

2. Глазовская, М.А. Геохимические функции микроорганизмов / М.А. Глазовская, Н.Г. Добровольская. - М.: МГУ, 1984. 152 с.

3. Почвенная карта Куйбышевской области. Масштаб 1: 300 000. - М.: ГУГК, 1988.

4. Почвы Куйбышевской области / отв. ред. Г.Г. Лобов. -Куйбышев: Кн. изд-во, 1984. 392 с.

5. Прохорова, Н.В. Эколого-биогеохимические особенности субстрата и растений в Усть-Сокском карьере // Н.В. Прохорова, А.А. Головлёв, Ю.В. Макарова, П.А. Артюгин // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т.13, № 1(4). С. 878-881.

6. Чекмарева, И.И. Объяснительная записка к обзорной карте месторождений строительных материалов Куйбышевской области масштаба 1:1 000000 / И.И. Чекмарева; под ред. И.Н. Молчанова. - М.: Министерство геологии РСФСР, Геологический фонд РСФСР, 1974. 200 с.

ECOLOGICAL AND GEOCHEMISTRY FEATURES OF SOILS AND SOIL-GROUNDS AT THE WESTERN PART OF SOKOLIY

MOUNTAINS

1 Samara State University 2 Samara State Economic University

Territorial features of accumulation the heavy metals, mineral forms of nitrogen and activity of Azotobacter in soils and soil-grounds at Sokoliy mountains and Ust-Sokskiy pit are revealed.

Key words: Sokoliy mountains, Ust-Soksky pit, soils, soil-grounds heavy metals, mineral forms of nitrogen, Azotobacter

Nataliya Prokhorova, Doctor of Biology, Professor at the Department of Ecology, Botany and Nature Protection. E-mail: [email protected] Aleksey Golovlyov, Doctor of Geography, Professor at the Ecology Department Maria Kilikova, Post-graduate Student

Yuliya Makarova, Candidate of Biology, Assistant at the Department of Ecology, Botany and Nature Protection

2063

Эколого-геохимические особенности почв и почвогрунтов западной части Сокольих гор Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ECOLOGICAL AND GEOCHEMISTRY FEATURES OF SOILS AND SOIL-GROUNDS AT THE WESTERN PART OF SOKOLIY MOUNTAINS

Текст научной работы на тему «Эколого-геохимические особенности почв и почвогрунтов западной части Сокольих гор»