CC BY
18
УДК 550.424.4; 631.416.9
И.Н. Семенков1, Е.Н. Асеева2, Е.В. Терская3
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЛЕСОСТЕПНЫХ КАТЕН БАЛОЧНОГО ВОДОСБОРА В БАССЕЙНЕ Р. УПА4
Изучено латеральное распределение подвижных форм Сё, Со, Сг, Си, Fe, Мп, N1, РЬ, Бг, /п в монолитной балочной микроарене с освоенными выщелоченными и оподзоленными черноземами и лугово-черноземными почвами в центральной части Среднерусской возвышенности. На основе анализа фракционного состава выявлены подвижные (Мп, РЬ), слабоподвижные (Со, N1, Си, /п) и относительно инертные ^е, Сг) металлы. Описаны явления почвенно-геохимической полиструктурности и изменчивости латерального распределения металлов. Установлено слабоконтрастное латеральное распределение их валового содержания и более контрастное подвижных форм.
Ключевые слова: микроэлементы, фракционный состав, подвижные формы, микроарена, чернозем.
Введение. Представление о катене как об элементарной каскадной системе с миграцией вещества от автономных ландшафтов к подчиненным лежит в основе ландшафтно-геохимических исследований [4, 9, 18]. При катенарном подходе изучают механизмы и характеристики миграции вещества, фоновую ландшафтно-геохимическую диффренциацию территорий и закономерности распределения поллютантов. В последнее десятилетие все чаще объектами исследований выступают более сложные каскадные ландшафтно-геохи-мические системы — геохимические арены мезо- и ме-гауровня, совпадающие по площади с водосборными бассейнами рек [3, 4, 25, 27, 28].
Постановка проблемы. Небольшие водосборы ов-ражно-балочных систем, или геохимические микроарены, играют важную роль в перемещении вещества в пределах речных бассейнов [4, 5]. Радиальная и латеральная геохимическая структура микроарен как результат взаимодействия внутриландшафтных миграционных потоков вещества практически не исследована в связи с отсутствием методик ее оценки. Единичные работы посвящены анализу распределения почвенно-геохимических показателей в поверхностном горизонте почв оврагов и балок [23]. Дифференциация валовых и особенно подвижных форм, или непрочно связанных соединений металлов в почвах овражно-балочных систем ранее не изучалась, хотя актуальность подобных исследований обусловлена научно-методологическими и практическими аспектами, которые определяются положением водосборных микроарен в верховьях эрозионных форм, откуда в долины рек поступает основная часть вещества природного и антропогенного происхождения [5].
Цель работы — исследование катенарной поч-венно-геохимической структуры небольшого водосбора балки в качестве возможной модели монолитной микроарены центра Среднерусской возвышенности.
Материалы и методы исследований. Объект исследований — монолитная микроарена водосбора балки площадью около 1 км2, расположенная на левобережье р. Плава, левого притока р. Упа, в 70 км на юг от г. Тула с однородными почвообразующими породами — лёссовидными карбонатными суглинками. Длительная распашка земель привела к интенсивной плоскостной эрозии и формированию овражно-балоч-ного и долинно-балочного рельефа [5].
Большая часть водосбора распахивается. Нижняя часть днища балки со вторичным эрозионным врезом покрыта естественным злаково-разнотравным сообществом. По трем профилям протяженностью 400— 600 м от водораздела к днищу изучены лесостепные монолитные черноземно-овражно-балочные катены на покровных лёссовидных суглинках. Профили А и Б, различающиеся крутизной склонов, характеризуют катену правого склона, В — левого (рис. 1). Нижняя часть профиля А со склонами крутизной около 10° покрыта злаково-разнотравным лугом. Более пологие профили Б и В полностью расположены в пределах пашни. Из 9 разрезов и 7 точек поверхностного опробования отобрано 57 почвенных образцов, в том числе 27 образцов из гумусово-аккумулятивных горизонтов.
Содержание гумуса и рН водной суспензии в 57 пробах определяли в лаборатории географического факультета МГУ по методике [2], гранулометрический состав (фракции 1-0,25; 0,25-0,05; 0,05-0,01;
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, аспирант, мл. науч. с.; e-mail: [email protected]
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, ст. науч. с., канд. геогр. н; e-mail: [email protected]
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, науч. с.; e-mail: [email protected]
4 Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (соглашение № 8673).
0,01-0,005; 0,005-0,001 и <0,001 мм) — на лазерном гранулометре "Analizeter-22" в 42 образцах, предварительно растертых резиновым пестиком и обработанных 4%-м раствором Na4P2O7. Валовое содержание элементов определяли рентген-флуоресцентным методом на приборе "Спектроскан Макс GV". Все анализы выполнены И.Н. Семенковым.
Для извлечения непрочносвязанных соединений Fe, Mn, Pb, Co, Ni, Zn, Cu, Cr, Sr, Cd применяли три параллельные вытяжки: 1 н. HNO3 (соотношение почва : раствор 1:10), 1 н. аммонийно-ацетатный буфер (1 : 5) и 1 н. аммонийно-ацетатный буфер с 1%-й этилен-диамин-тетрауксусной кислотой (ЭДТА) (1:5). Время взаимодействия с почвой составляло 18 ч. Содержание элементов в экстрактах определено атомно-абсорбционным методом на спектрофотометрах "Hitachi 180/70" и "AA-240Z" фирмы "Varian Inc." Т.Г. Суховой, Е.А. Шахпендерян и Е.В. Терской.
Аммонийно-ацетатный буфер извлекает обменные, доступные для растений формы металлов. Содержание органо-минеральных соединений рассчитывали по разнице концентрации химических элементов в вытяжке аммонийно-ацетатного буфера с ЭДТА и буфера без ЭДТА, а специфически сорбированных — в вытяжке 1 н. HNO3 и аммонийно-ацетатного буфера. Остаточную форму, представленную силикатными соединениями, определяли по разнице между валовым содержанием металла и суммой его непрочно-связанных соединений [16, 26].
Данные химических анализов обрабатывали в пакете Exel. При расчетах средних и медианных значений, значений коэффициента вариации (Cv) и стандартного отклонения использовали общую выборку (n = 57) и выборки, включающие гумусово-аккуму-лятивные горизонты почв из трех основных структурных элементов микроарены — автономных ландшафтов междуречья (n = 6), трансэлювиальных склонов (n = 10) и трансэлювиально-аккумулятивного днища балки (n = 11). Наличие пространственных трендов распределения гранулометрических фракций, гумуса и величины рН по катенам оценивали с использованием значений коэффициента корреляции Спирмена в программе SPSS. Связи считались значимыми для доверительной вероятности р = 0,95.
Контрастность и характер латерального распределения элементов в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв катен оценивали с помощью коэффициента латеральной дифференциации L — отношения их содержания в почвах подчиненных ландшафтов к содержанию в почвах автономных позиций [4, 18]. Для описания общих тенденций распределения металлов в микроарене при расчете значений L применяли средние выборочные величины. Относительную миграционную способность элементов определяли по доле их непрочносвязанных соединений от валового содержания.
Результаты исследований и их обсуждение. В автономных позициях междуречья развиты освоенные малогумусные выщелоченные черноземы с профилем
Рис. 1. Микроарена балочного водосбора: оттенки серого цвета и цифры I—III — катены. Линиями обозначены ландшафтно-гео-химические профили А, Б, В; черные кружки — положение почвенных разрезов. Ландшафты: Э — автономный, ТЭ — трансэлювиальный, ТЭА — трансэлювиально-аккумулятивный. Сплошные горизонтали проведены через 5 м
Апах — А1 — АВ — АВСа — ВСа — ВССа — ССа со средним содержанием гумуса (5,0±0,8%) и слабокислой (5,6±0,5) реакцией среды в верхней части профиля и нейтральной в нижней. На склонах сформировались оподзоленные черноземы с профилем Апах — (А1) — В1 — ВСа — ВССа — ССа, имеющие рН почвенных растворов в Апах от 7,2 на наиболее эродированных участках склонов до 5,0 на наименее эродированных и содержащие от 2,7 до 5,5% гумуса соответственно. В днище балки развиты лугово-черноземные почвы с мощностью темногумусово-стратифицированного горизонта более 1 м, содержанием гумуса в верхней метровой толще 4,0—6,0% и величиной рН 5,0—6,0.
Почвы микроарены среднесуглинистые. В гранулометрическом составе доминирует фракция крупной пыли (0,05—0,01 мм), доля которой составляет 54±13% (п = 42). В катенах от черноземов к лугово-черноземным почвам достоверно увеличивается содержание мелкого песка от 1,1 до 2,6% и уменьшается доля среднего и крупного (1—0,25 мм) песка с 0,75 до 0,23%.
Валовое содержание металлов. Содержание большинства элементов в почвах микроарены незначительно отличается от аналогичных показателей, приводимых в литературных источниках для лесостепной зоны (табл. 1). Выявлено пониженное валовое содержание Fe [8], низкое относительно черноземов европейской территории России кислоторастворимых форм Сг, N1, Хп, РЬ и высокое Мп по сравнению с черноземами лесостепной зоны Среднего Поволжья [10].
Валовое содержание большинства металлов варьирует в узких пределах (Су < 30%), что обусловлено монолитностью микроарены и небольшими различиями физико-химических свойств почв (рис. 2, А). Максимальный коэффициент вариации Су выявлен для РЬ (75%), что связано с его контрастным латеральным и радиальным распределением. Степень изменения содержания непрочносвязанных соединений элементов в 2—5 раз больше, чем валовых. Максимальные значения Су характерны для подвижных форм Fe, Хп, Сг, 8г. Выявлено сближение, или конверген-
Таблица 1
Кларк и содержание металлов в черноземах европейской территории России и гумусово-аккумулятивных горизонтах почв микроарены
(п = 27), мг/кг
Валовое содержание Подвижные формы
Элемент Кларк, по [6, 29, 30] черноземы европейской территории России почвы микроарены почвы микроарены
значения источники Me±o* форма Me±o*
1 1,6±2,4
Fe 30 890-70 000 36 470 [8] 28 812±768 2 298±90
3 476±164
1 17±6
Mn 530-950 540-770 [7, 15, 20, 24] 573±37 2 210±54
3 143±40
1 8,1±7,1
Sr 230-375 73-190 [20] 127±11 2 нпо
3 3,1±2,6
1 0,17±0,06
Cr 34-150 75-105 [20, 24] 89±3 2 0,14±0,18
3 0,58±0,30
1 0,04±0,04
Zn 51-78 40-68 [7, 12, 15, 20, 24] 70±3 2 1,2±0,9
3 3,4±1,5
1 0,16±0,05
Ni 19-75 17-91 [7, 12, 20, 24] 53±3 2 3,9±0,9
3 4,8±1,3
1 0,11±0,02
Cu 14-55 14-55 [1, 7, 12, 13, 15, 20, 24] 45±3 2 2,4±0,5
3 3,7±1,1
1 0,08±0,4
Co 7-25 8-16 [1, 15, 20] 20±2 2 2,0±0,6
3 1,7±0,6
1 0,20±0,24
Pb 13-17 14-40 [7, 12, 13, 20, 24] 10±4 2 2,9±1,1
3 1,8±0,9
Cd 0,09-0,10 0,11-0,44 [12, 13, 20, 24] н.о. 1 0,033±0,008
* Me±o — медиана и стандартное отклонение, нпо — ниже предела обнаружения, н.о. — не определяли. Формы металлов: 1 — обменная, 2 — органо-минеральная, 3 — специфически сорбированая.
ция, микроэлементого состава гумусово-аккумулятивных горизонтов, что отмечено для почв гетеролит-ных лесостепных катен Приволжской возвышенности [10]. Конвергенция химического состава выражается в снижении в 2—3 раза коэффициента вариации валового содержания Fe, 8г и Мп и обменных форм 8г и Fe по сравнению с общей выборкой.
Таким образом, по содержанию макро- и микроэлементов изученные черноземы и лугово-чернозем-ные почвы микроарены слабо отличаются от почв равнинных лесостепных ландшафтов европейской территории России, что позволяет рассматривать ее как фоновую для центра Среднерусской возвышенности.
Формы нахождения металлов. В гумусово-акку-мулятивных горизонтах почв микроарены выделены три группы элементов по доле их непрочносвязанных соединений от валового содержания: подвижные Мп и РЬ, у которых они составляют более 50%, слабоподвижные N1, 8г, Со, Си и Хп с долей подвижных форм 10—20%, инертные Сг и Fe — 1 и 3% соответственно (рис. 2, Б). Таким образом, по подвижности металлы образуют следующий ряд: Мп, РЬ ^ №, 8г, Со, Си, Хп ^ Сг, Fe. Слабая миграционная активность Fe и высокая Мп в слабокислых лесостепных почвах отмечалась ранее [10, 11], что сближает эту микроарену с другими территориями лесостепной зоны ВосточноЕвропейской равнины.
В гумусово-аккумулятивных горизонтах среди непрочносвязанных соединений Мп, Со, РЬ выше доля органо-минеральной формы, что обусловлено активным биологическим захватом этих элементов [1, 15, 21]. Непрочносвязанные соединения 8г извлекаются преимущественно аммонийно-ацетатным буфером, а соединения Си, Хп, №, Сг, Fe — 1 н. HNO3 (рис. 2, Б). Низкая доля органо-минеральных соединений во фракционном составе металлов последней группы обусловлена их более активной сорбцией аморфными соединениями Fe [18, 20, 26].
Соотношения форм Мп, Си, № относительно стабильны в гумусово-аккумулятивных горизонтах черноземов и лугово-черноземных почв микроарены. Менее устойчив фракционный состав Сг, Fe и 8г, но в ряду подвижности эти элементы сохраняют свои позиции. Для Хп, РЬ и Со также выявлена изменчивость фракционного состава, которая, однако, проявляется не только в высоких значениях коэффициента Су, но и в изменении их положения в ряду подвижности. Так, Хп в отдельных случаях может относиться к инертным, а Со — к подвижным металлам.
В черноземах микроарены доля извлекаемых 1 н. HNO3 соединений Мп, Си, Хп, №, Сг, РЬ в 1,5—3 раза меньше, чем в почвах Приволжской возвышенности [11].
Содержание обменных и специфически сорбированных форм Мп в черноземах центрально-чернозем-
%
100-1 80604020-
0
Мп
РЬ
Со
№
Си вг
3 П4
Ъа.
Бе
Сг
Рис. 2. Значения коэффициента вариации содержания металлов (А) и их фракционный состав (Б) в гумусово-аккумулятивных горизонтах выщелоченных и оподзоленных черноземов и лугово-черноземных почв микроарены: 1 — обменная форма, 2 — органо-минеральная, 3 — специфически сорбированая, 4 — прочносвязанная; 5 — валовое содержание. Число проб п = 22
ных областей одинаково [21], в то время как в почвах микроарены содержание обменных форм в 8 раз меньше специфически сорбированных.
В серых лесных почвах Среднерусской возвышенности доля обменной формы Хп на порядок выше — 5—6% от валового содержания [17]. В обыкновенных черноземах Ростовской области [16] ниже доля его органо-минеральных соединений (0,1—0,5%) и выше специфически сорбированных (9—11%). В этих же почвах уменьшается доля органо-минеральных и специфически сорбированных соединений Си, а доля обменных соединений увеличивается [16].
О подвижности РЬ есть разные сведения. Для серых лесных почв Среднерусской возвышенности [18] и черноземов Самарской области [14] приводятся близкие значения суммы специфически сорбированных и обменных форм (18—36%). В выщелоченных черноземах Центрально-Черноземного региона [21] содержание обменной формы выше (6—11%), а специфически сорбированной ниже (2—9%).
Латеральное распределение металлов. В почвах катены правого склона доля мелкого песка составляет 1—2%, а левого — 0,1%; содержание гумуса — 6,1 и 4,5% соответственно, что подтверждает более высокую эродированность почв катены левого склона, проявляющуюся в наличии сильносмытых оподзо-ленных черноземов бровки склона.
В автономных ландшафтах катены правого склона по сравнению с катеной левого склона содержание обменных форм РЬ и Хп, органо-минеральных Сг и Хп, специфически сорбированных Со и 8г в 1,5 раза и более выше; обменных соединений Со и Мп и органо-минеральных Со ниже (табл. 2). Снижение содержания форм Со связано с уменьшением гумус-ности почв, что подтверждается наличием положительной связи между этими параметрами.
Катена правого склона. По двум изученным профилям А и Б катены правого склона от выщелоченных к оподзоленным черноземам и лугово-черноземным почвам выявлены достоверные линейные тренды пространственного распределения рН, гумуса и содержания песка. Величина рН гумусово-аккумулятивных горизонтов снижается с 5,8 до 5,4, содержание гумуса — с 6,1 до 4,3% и доля фракции крупного и среднего песка — с 0,05% до нуля.
Валовое содержание металлов в почвах катены практически не изменяется. Исключение составляет РЬ, который рассеивается в оподзоленных черноземах профиля А и накапливается в лугово-черноземных почвах профиля Б (табл. 2). Одинаковую структуру латерального распределения имеют формы 8г и Сг. Слабо отличается распределение обменных и специфически сорбированных соединений Си, N1, Хп. В почвах трансэлювиально-аккумулятивных позиций профиля А накапливаются органо-минеральные соединения Fe, Мп, Со; в подчиненных ландшафтах снижается содержание остаточных форм Мп, РЬ, Со при их равномерном распределении по профилю Б.
Катена левого склона включает выщелоченные черноземы междуречья, эродированные оподзоленные черноземы склонов и лугово-черноземные почвы днища балки. Для почв в ее пределах обнаружено статистически значимое увеличение доли мелкого песка с 0 до 0,15%. Содержание гумуса минимально на эродированных участках склонов и максимально (6%) в лугово-черноземных почвах днища балки.
Равномерно распределены валовое содержание Со, Сг, Си, Fe, Мп, N1, 8г, Хп и непрочносвязанные соединения Си. В подчиненных ландшафтах накапливаются обменный Хп и органо-минеральный Сг ^ = 4^5), обменные соединения N1, Сг, Сё и специфически сорбированные формы Мп, 8г, РЬ, Со ^ = = 1,5^2,4). В этих же почвах снижается содержание обменного Fe, обменного и органо-минерального Со, специфически сорбированных Сг, N1, Хп, прочносвя-занных соединений и валового РЬ (L = 0,6^0,7). Высокое содержание органо-минеральных форм Хп отмечено в более гумусированных лугово-черноземных почвах, а относительно низкое — в эродированных черноземах.
Латеральная изменчивость распределения металлов. Как отмечено выше, латеральное распределение форм металлов по трем профилям существенно различается. Так, в близких ландшафтных условиях рассеяние в подчиненных ландшафтах относительно автономных одного профиля может смениться аккумуляцией на другом профиле (табл. 2). Такое явление предлагаем называть латеральной изменчивостью распределения элементов.
В изученных суглинистых черноземно-овражно-балочных катенах в 35% случаев высокая изменчивость латерального распределения наблюдается при существенном разтличии содержания металлов (в 1,5 раза и более) в выщелоченных черноземах автономных ландшафтов (табл. 2). Разное содержание элемента в автономных ландшафтах — не единственный фактор формирования изменчивости его латерального распределения в катенах. Например, четырехкратное различие содержания органо-минеральной формы Сг не отразилось на его латеральном распределении — он накапливается в лугово-черноземных почвах всех профилей. К другим важным характеристикам, определяющим наличие изменчивости латерального распределения химических элементов, относятся ще-лочно-кислотные условия, содержание гумуса, гранулометрический состав, характер биологического круговорота. При слабой изменчивости латерального распределения наблюдается сохранение общей картины дифференциации металлов в почвах, а при высокой — поведение элементов существенно отличается.
На основе изменчивости латерального распределения по трем профилям установлены частные особенности поведения химических элементов. В изученных катенах выявлена слабая латеральная изменчивость распределения форм Сг, N1, Си и более сильная — Со, Fe, Мп, РЬ, 8г и Хп.
Таблица 2
Среднее содержание металлов (Хср, мг/кг) в поверхностных горизонтах почв автономных ландшафтов и латеральная структура их распределения (Р по профилям А, Б и В
Окончание табл. 2
Форма металла Катены микроарены
левый склон правый склон
профиль В профили А и Б
Хср Хср
Мп 1 18 = 12
2 236 = 193 =
3 124 163 = =
4 184 = 222 =
5 562 = 590 = =
РЬ 1 0,21 = 0,35 V
2 3,2 = 3,0
3 1 ^ 1,1
4 6,5 V 5,2
5 11 V 10 V
Со 1 0,09 V 0,06
2 3,1 ^ 1,9 V
3 0,9 2,3 V =
4 15 = 14 =
5 19 = 18 = =
N1 1 0,15 0,17
2 4,2 = 3,9 = =
3 5,8 V 6,4 V
4 42 = 41 = =
5 52 = 51 = =
8г 1 9,7 = 8,4 = =
2 нпо
3 1,9 4,9
4 120 = 114 = =
5 132 = 128 = =
1 0,12 = 0,14 V
2 2,6 = 2,6 = =
Си 3 3,4 = 3,4 V
4 40 = 37 = =
5 46 = 43 = =
1 0,02 0,06 V
2 1,2 V 2,3
Zn 3 5,3 3,7 V
4 68 = 64 = =
5 74 = 70 = =
1 1,5 V 1,5
2 359 = 316 =
Fe 3 570 = 456 = =
4 28 563 = 28 216 = =
5 29 494 = 28 989 = =
1 0,17 0,16 = =
2 0,06 0,25
Сг 3 0,53 0,69
4 91 = 84 = =
5 92 = 85 = =
са 1 0,029 0,033 =
Примечания. Формы металлов: 1 — обменная, 2 — органо-минеральная, 3 — специфически сорбированая, 4 — проч-носвязанная; 5 — валовое содержание; Хср — среднее содержание для профилей А, Б (п = 3) и В (п = 2). Полужирным выделены значения, отличающиеся в 1,5 раза и более; нпо — ниже предела обнаружения; PА, PБ, PВ — распределение металлов по профилям А, Б и В. Обозначения: = — равномерное; ^ — накопление ^ > 1,3) в ТЭА-ландшафте, — накопление в ТЭ- и ТЭА-ландшафтах, V —
вынос из ТЭ-ландшафта, <--вынос ^ < 0,8) из ТЭА-ландшафта,
^ — вынос из ТЭ- и ТЭА-ландшафтов, V — вынос из ТЭ- и накопление в ТЭА-ландшафте (обозначения ландшафтов см. на рис. 1).
Латеральная почвенно-геохимическая полиструктурность. Каждая форма химического элемента имеет свою латеральную геохимическую структуру распределения. Совокупность нескольких форм дает полиструктурную геохимическую модель микроарены.
В монолитной суглинистой микроарене обнаружено монотонное распределение валового содержания металлов и их силикатных соединений (рис. 3), что
согласуется со слабоконтрастной сменой содержания гумуса, гранулометрического состава и величины рН. В более контрастных условиях гетеролитных катен Центрального Казахстана на элюво-делювии грано-диоритов и четвертичных дресвяных суглинках [10] и гетеролитных катен Приволжской возвышенности на песчаных, супесчаных, суглинистых и карбонатных отложениях [11] колебания величины коэффициента
Рис. 3. Латеральная дифференциация металлов в гумусово-акку-мулятивных горизонтах почв в ландшафтах микроарены с использованием значений коэффициента L: А — автономные ландшафты междуречья, ТЭ — трансэлювиальные ландшафты склонов, ТЭА — трансэлювиально-аккумулятивные ландшафты; 1—4 — формы металлов: 1 — обменная, 2 — органо-минеральная, 3 — специфически сорбированая, 4 — прочносвязанная; 5 — валовое содержание
L для валового содержания элементов существенно выше (0,5 < L < 4,0).
Для подвижных форм металлов наблюдается близкая контрастность латерального распределения в катенах Приволжской и Среднерусской возвышенностей, развитых на рыхлых четвертичных отложениях (0,7 < L < 2,3). В каскадных системах Центрального Казахстана на элюво-делювии массивных пород контрастность по подвижным формам существенно выше ( 0,5 < L < 8,0).
Наиболее общие и устойчивые черты пространственной дифференциации металлов получены при анализе их содержания в трех основных структурных элементах микроарены. В отличие от гетеролитных каскадных систем, в монолитных суглинистых черно-земно-овражно-балочных катенах наблюдается монотонное распределение валового содержания металлов и их силикатных соединений при более контрастном распределении подвижных форм элементов.
Выводы:
— в черноземно-овражно-балочных катенах монолитной микроарены центра Среднерусской возвышенности наиболее подвижны Мп и РЬ, в валовом составе которых преобладают непрочносвязанные соединения. Остальные металлы склонны к образованию прочных силикатных соединений. Мп, РЬ и Со активно поглощаются растениями, что определяет доминирование органо-минеральной формы среди их непрочносвязанных соединений. Для 8г, №, Си, Хп, Fe и Сг выше роль физико-химической миграции. Непрочносвязанные соединения 8г представлены в основном обменной формой, в то время как для остальных преобладает специфически сорбированная форма;
— в монолитных суглинистых черноземно-овраж-но-балочных катенах валовое содержание и силикатные соединения металлов, за исключением РЬ, распределены монотонно, что обусловлено не только литогеохимической однородностью почвообразующих пород на всей площади микроарены, но и слабоконтрастной сменой содержания гумуса, гранулометрического состава почв и величины рН. Участие элементов в миграционных процессах проявляется в более контрастном распределении их подвижных форм;
— различия в структуре латерального распределения силикатных соединений и валового содержания металлов в катенах незначительны, что связано с их слабоконтрастной дифференциацией в почвах монолитной лесостепной микроарены. Латеральная изменчивость распределения в катенах характерна для подвижных форм элементов (в частности Мп, РЬ, Со, 8г, Хп и Fe) в связи с действием локальных факторов — эродированностью почв, их гранулометрическим составом, гумусированностью, величиной рН.
Авторы выражают благодарность академику Н.С. Касимову за конструктивное обсуждение результатов и критические замечания на всех этапах подготовки работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адерёхин П.Г., Копаева М.Т. Микроэлементы — Мп, Хп, Си — в почвах Центрально-Черноземных областей // Почвоведение и проблемы сельского хозяйства. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1970. С. 18—41.
2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд -во Моск. ун-та, 1962. 491 с.
3. Асеева Е.Н., Касимов Н.С., Крооненберг С.Б. Бассейновая организация ландшафтно-геохимических систем // География, общество, окружающая среда. Т. 2. Функционирование и современное состояние ландшафтов. М.: Горо-дец, 2004. С. 489-499.
4. Глазовская М.А., Касимов Н.С., Перельман А.И. Основные понятия геохимии ландшафтов, существенные для фонового мониторинга // Ландшафтно-геохимические основы фонового мониторинга природной среды. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. С. 8-25.
5. Голосов В.Н., Геннадиев А.Н., Олсон К.Р. и др. Пространственно-временные особенности развития почвенно-эрозионных процессов в лесостепной зоне Восточно-Европейской равнины // Почвоведение. 2011. № 7. С. 861-869.
6. Григорьев Н.А. О кларковом содержании химических элементов в верхней части континентальной коры // Литосфера. 2002. № 1. С. 61-71.
7. Золотарева Б.Н. Тяжелые металлы в почвах верхнеокского бассейна // Почвоведение. 2003. № 2. С. 173-182.
8. Зонн С.В. Железо в почвах. М.: Наука, 1982. 207 с.
9. Касимов Н.С., Герасимова М.И., Богданова М.Д., Гав-рилова И.П. Ландшафтно-геохимические катены: концепция и картографирование // Геохимия ландшафтов и география почв. 2012. С. 59-80.
10. Касимов Н.С., Самонова О.А. Фоновая почвенно-геохимическая структура лесостепи Северного Казахстана // Почвоведение. 1989. № 4. С. 20-35.
11. Касимов Н.С., Самонова О.А., Асеева Е.Н. Фоновая почвенно-геохимическая структура лесостепи Приволжской возвышенности // Почвоведение. 1992. № 8. С. 5-22.
12. Ларионов М.В., Ларионов Н.В. Особенности накопления тяжелых металлов в почвенных экосистемах Саратовского Поволжья // Вестн. Оренбургского гос. ун-та. 2010. №1. С. 110-114.
13. Лукин С.В., Меленцова С.В., Авраменко П.М. Содержание меди и свинца в почвах Белгородской области // Агрохимия. 2009. № 2. С. 71-74.
14. Матвеев Н.М., Павловский В.А., Прохорова Н.В. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара: Изд-во Самарского ун-та, 1997. 215 с.
15. Микроэлементы в почвах Советского Союза. Вып. 1. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. 282 с.
16. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г. и др. Формы соединений тяжелых металлов в почвах степной зоны // Почвоведение. 2008. № 7. С. 810-818.
17. Переломов Л.В., Пинский Д.Л. Формы Mn, Pb и Zn в серых лесных почвах Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 2003. № 6. С. 682-691.
18. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 768 с.
19. Пляскина О.В., Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в гранулометрических фракциях некоторых типов почв // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2005. № 4. С. 36-43.
20. Протасова Н.А., Горбунова Н.С. Формы соединений никеля, свинца и кадмия в черноземах Центральночерноземного региона // Агрохимия. 2006. С. 68-76.
21. Протасова Н.А., Щербаков А.П. Микроэлементы (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Ba, Sr, B, I, Mo) в черноземах и серых лесных почвах Центрального Черноземья. Воронеж: Изд-во Воронежского гос. ун-та, 2003. 267 с.
22. Самонова О.А., Асеева Е.Н. Латеральное распределение металлов в составе гранулометрических фракций почв лесных катен (Смоленско-Московская возвышенность) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2009. № 3. С. 58-65.
23. Самонова О.А., Касимов Н.С., Асеева Е.Н. Подвижные формы металлов в почвах эрозионных ландшафтно-геохи-мических систем // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География.
2011. № 6. С. 67-75.
24. Щеглов Д.И., Горбунова Н.С., Семенова Л.А., Хатун-цева О.А. Микроэлеметы в почвах сопряженных ландшафтов Каменной степи различной степени гидроморфизма // Почвоведение. 2013. № 3. С. 282-290.
25. Birch G.F., McCready S. Catchment condition as a major control on the quality of receiving basin sediments (Sydney Harbour, Australia) // Sci. of the Total Environ. 2009. Vol. 407. P. 2820-2835.
26. Kabata-Pendias A. Soil-plant transfer of trace elements — an environmental issue // Geoderma. 2004. \Ы. 122. P 143-149.
27. Koroluk S.L., Boer D.H. de. Land use change and erosional history in a Lake Catchment System on the Canadian Prairies // Catena. 2007. Vol. 70. P. 155-168.
28. Miroshnikov A.Yu., Semenkov I.N. Migration of global radioactive fallout to the Arctic ocean (on the example of the Ob' river drainage basin) // Radiation protection dosimetry.
2012. Vol. 152, N 1-3. P. 89-93.
29. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise on Geochemistry. 2003. Vol. 3. P. 1-64.
30. Wedepohl K.H. The composition of the continental crust // Geochem. et Cosmochim. Acta. 1995. Vol. 59, N 7. Р. 1217-1232.
Поступила в редакцию 24.06.2013
I.N. Semenkov, E.N. Aseeva, E.V. Terskaya
GEOCHEMICAL STRUCTURE OF FOREST-STEPPE CATENAS OF A BALKA DRAINAGE AREA
IN THE UPA RIVER BASIN
Lateral distribution of labile forms of Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sr and Zn in a monolithic balka microarena with cultivated leached and podzolized chernozems and meadow-chernozem soils in the central part of the Srednerusskaya Upland. The analysis of fraction composition made it possible to identify mobile (Mn, Pb), slightly mobile (Co, Ni, Cu, Zn) and relatively inert (Fe, Cr) metals. Soil-geochemical multi-structure and variability of the lateral distribution of metals are described. Rather uniform lateral distribution was recorded for total metals, while that of labile forms showed more contrasts.
Key words: trace elements, fraction composition, labile forms, microarena, chernozem.
