CC BY
30
УДК 630*1
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-18086
МИГРАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В КОМПОНЕНТАХ АНТРОПОГЕННО-ПРЕОБРАЗОВАННЫХ ЛАНДШАФТОВ ВОДОСБОРОВ
B. С. Груздев, кандидат технических наук, доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой строительства ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству» (ФГБОУ ВО ГУЗ), Москва, Россия,
C. В. Суслов, кандидат географических наук, ст. преподаватель кафедры земледелия
и растениеводства «Государственный университет по землеустройству» (ФГБОУ ВО ГУЗ), Москва, Россия, М. А. Хрусталева, кандидат географических наук, с. н. с. кафедры физической географии и ландшафтоведения
«МГУ им. М. В. Ломоносова» (ФГБОУ ВО МГУ им. М. В. Ломоносова), Москва, Россия
В статье рассматриваются важные вопросы, обусловливающие содержание и выявление путей миграции и аккумуляции химических элементов в компонентах антропогенно-преобразованных ландшафтов водосборов водохранилищ канала имени Москвы, что важно для науки и практического использования.
Авторами полевые исследования проводились методом ландшафтно-геохи-мического профилирования по катенам, что сопровождалось описанием рельефа, растительности, почв с последующим отбором образцом почвенных горизонтов для химического анализа, который проводился в лабораторных условиях по разработанным и усовершенствованным методикам на содержание подвижных форм биогенных элементов.
Результаты химических анализов почв антропогенно-преобразованнвых ландшафтов водосборов содержат различные формы биогенных элементов в пахотном слое почв, которые в десятки раз превышают таковые в природных — луговых, лесных почвах. Авторами выявлено превышение содержания фтора в почвах водосборов сельскохозяйственных полей канала имени Москвы по сравнению с луговыми и лесными.
Результаты исследований компонентов ландшафтов рекомендуется применять при проведении полевых и экспериментальных исследованиях антропогенно-преобразованных ландшафтов для определения содержания подвижных химических элементов в их компонентах с выявлением путей миграции, аккумуляции в почвах сельскохозяйственных полей для оценки экологического состояния окружающей природной среды.
The article discusses important issues that determine the content and identification of the migration and accumulation of chemical elements in the components of anthropogenically transformed landscapes of the catchments of the Moscow Canal reservoirs, which is important for science and practical use.
The authors applied the method of landscape-geochemical profiling by catenas, which was accompanied by a description of the relief, vegetation, soils, followed by sampling of soil horizons for chemical analysis, which was carried out in laboratory conditions using developed and improved methods for the content of mobile forms of biogen-ic elements.
The results of chemical analyzes of soils of anthropogenically transformed watershed landscapes contain various forms of biogenic elements in the arable soil layer, which are ten times higher than those in natural soils: meadow and forest. The authors revealed an excess of fluorine content in the soils of the catchments of agricultural fields of the Moscow Canal compared to meadow and forest ones.
The results of the studies of landscape components are recommended to be used in field and experimental studies of anthropogenically transformed landscapes to determine the content of mobile chemical elements in their components with identification of migration paths and accumulation in agricultural fields soils to assess the ecological state of the environment.
Ключевые слова: почва, биогенные элементы, миграция, аккумуляция, ландшафт.
Keywords: soil, biogenic elements, migration, accumulation, landscape.
Введение. Антропогенные преобразования компонентов ландшафтов водосбора водохранилищ могут служить источником поступления биогенных элементов в ландшафты водоохранных зон и при их последующей миграции в водоемы, вызывая дополнительное развитие планктонных организмов, накопление в донных отложениях с последующим снижением показателей качества вод, ростом затрат на их подготовку. Сельскохозяйственное использование земель, расположенных на водосборах волжского источника и канала им. Москвы, за последнее время претерпело существенные изменения, снизилось до минимума количество животноводческих ферм, сократились площади под посевные культуры. В соответствии с этим типичные виды загрязнения, присущие сельскому хозяйству, такие как органические остатки, в виде навоза из навозохранилищ, а также навоза, внесенного под полевые культуры, существенно уменьшились в масштабах. Для обеспечения запланированной урожайности культур в полеводстве приходится вносить химические водорастворимые удобрения, содержащие основные биогенные элементы, что повышает содержание их подвижных форм в почве и повышает риск поступления в водоемы с поверхностным стоком.
Методы и результаты исследования.
В работе предпринята попытка оценки сравнительного содержания водорастворимых форм биогенных элементов в разных типах ландшафтов на водосборе Учинского и Пестовского водохранилищ, в том числе сельскохозяйственных. В процессе работы
86
№ 6, 2019
Таблица 1
Места отбора образцов почв на водосборе Учинского и Пестовского водохранилищ
№
Места отбора проб
Посевы ячменя (дер. Раково Пушк. район) Посевы картофеля (дер. Дарьино Пушк. район) Посевы овса (дер. Степаньково Пушк. район) Посевы оз. пшеницы (дер. Ельдигино Пушк. район) Посевы кукурузы (дер. Семеновское. Пушк. район) Луг вблизи (дер. Семеновское. Пушк. район) Смешанный березово-осиново-еловый лес с незначительной примесью сосны и дуба черешчатого на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве 100—150 м от уреза воды Пестовского водохранилища Ельник кисличник в районе Лосиного мыса на Учинском водохранилище
в 2016—2018 гг. проводились маршрутно-ключе-вые исследования, включавшие геоботанические описания, описание почвенных разрезов, отборы проб почвы пахотного горизонта на используемых полях на водосборе Пестовского и Учинского водохранилищ, пробы почв луговых и лесных биоценозов по горизонтам. Образцы почвы отбирались на характерных пробных площадках и формировался средний образец. Химический анализ почв выполнялся по стандартным методикам [1]. Перечень точек отбора проб почв представлен в табл. 1.
Данные определения подвижных форм элементов в почвенном профиле на исследованных участках представлены в табл. 2.
Определенные в образцах почвы подвижные формы элементов позволяют отнести обследованные пахотные почвы к среднеокультурен-ным, что для региона Московской области говорит о высоком уровне агротехники и активном применении минеральных удобрений. Об этом же говорит увеличенное на порядок по сравнению с лесными биоценозами (см. табл. 2) содержание фтора в почве, источником которого являются минеральные удобрения. Общее содержание водорастворимой компоненты в пахотном
горизонте кратно превышает аналогичное для луговых и лесных биоценозов. Если соединения фосфора относительно малоподвижны и легко связываются почвенным поглотительным комплексом, то соединения калия и азота обладают повышенной подвижностью и легко мигрируют с поверхностным стоком, что при развитии растениеводства с применением минеральных удобрений на водосборе водного источника может существенно повысить их поступление в водохранилища [2, 3]. При химическом анализе почв, образцы которых были отобраны на пробных площадках, расположенных на исследованных участках, выявлено кратное превышение содержания подвижных форм биогенных элементов в пахотном горизонте полей, в особенности под наиболее интенсивными культурами — озимой пшеницей, кукурузой. Оценивать экологический ущерб предлагается на основе строгой количественной характеристики почвы и сельскохозяйственных растений, получаемой приборным путем — содержания загрязнителя и ее сравнения с установленными нормативами предельно допустимых концентраций [4].
Кроме того, выявлено десятикратное и более превышение содержания фтора в пахотных почвах по сравнению с почвами луговых и лесных биоценозов. Таким образом, минеральные удобрения служат также источником дополнительной эмиссии фтора. Для обеспечения защиты водного источника от воздействия современного растениеводства необходимо предусматривать наличие лесных насаждений, способных перехватывать поверхностный сток подвижных форм биогенных элементов от земель сельскохозяйственного назначения [6—8].
Заключение. В результате проведенных исследований определены пути миграции элементов и выявлено существенное превышение содержания биогенных элементов и тяжелых металлов в почвенном профиле пахотных почв в сравнении с естественными луговыми и лесными биоценозами.
Таблица 2
Результаты химического анализа проб почвы
№ Место отбора проб Горизонт почвы рН Минеральная водорастворимая компонента, мг/кг Подвижные формы элементов и тяжелых металлов
^3, мг/кг К2О, мг/кг Р2О5, мг/кг Р, мг-экв/кг Си Сг
1. Ячмень пахотный 7,2 240 19,7 148,1 50,3 0,28 20,2 41,2
2. Картофель пахотный 6,6 215 19,0 145,3 51,0 0,13 16,5 37,3
3. Овес пахотный 6,7 135 15,8 97,0 22,0 0,14 21,9 42,8
4. Озимая пшеница пахотный 6,7 210 38,7 122,3 49,9 0,12 23,6 44,9
5. Кукуруза пахотный 7,4 315 36,6 198,1 68,3 0,39 21,7 37,4
6. Луг А1 7,0 85 1,7 28 40 0,06 19,8 35,3
7. Лес смешанный А1 6,1 75 1,5 22 34 0,028 13,1 23
8. Ельник А1 5,5 70 1,3 17 38 0,017 15,5 24
№ 6, 2019
87
Внесение агрономически оправданных количеств минеральных удобрений приводит также к кратному увеличению содержания соединений фтора, накопление которого может оказывать негативное воздействие на биоценозы водоохранных зон и при попадании в водный источник стать при-
чиной дополнительной очистки. Для уменьшения негативного влияния внесения минеральных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве необходимо создавать биогеохимические барьеры на пути стока вод для уменьшения попадания подвижных элементов в водные объекты.
Библиографический список
1. Хрусталева М. А. Аналитические методы исследования в ландшафтоведении. / Техполиграфцентр. 2003. 88 с.
2. Хрусталева М. А. Экобиогеохимия ландшафтов. / LAP LAMBERT Academic Publishing. Saarbrucken. Deutschland. 2015. 352 c.
3. Хрусталева М. А. Современные экологобиогеохимические исследования ландшафтов в период активизации научно-технического прогресса для актуального решения экологических проблем / Хрусталева М. А., Суслов С. В. // География и экология: научное творчество, междисциплинарность, образовательные технологии: материалы Межд. научно-практической конференции. — М.: ИИУ МГОУ, 2017. С. 165—169.
4. Логинов А. А., Лыков И. Н., Голофтеева А. С. Пригодность сельскохозяйственных земель к производству товарной продукции в условиях загрязнения почвы экстремальными концентрациями тяжелых металлов // Проблемы региональной экологии. № 5, 2016. С. 6—10.
5. Водоохранные зоны водохранилищ Нечерноземья / Груздева Л. П., Суслов С. В., Груздев В. С. — М.: Издательство ФГБОУ ВО «ГУЗ», 2005. — 158 с.
6. Биоиндикация состояния окружающей среды / В. С. Груздев. —М.: Издательство ФГБОУ ВО «ГУЗ». 2008. — 148 с.
7. Груздева Л. П., Груздев В. С. Применение ресурсосберегающих технологий в сельском хозяйстве Нечерноземья // Изменение состава и структуры ландшафтов в условиях техногенеза: Сборник научных трудов под общ. редакцией Л. П. Груздевой. — М.: Издательство ФГБОУ ВО «ГУЗ». 2014. — С. 72—80.
8. Горшкова О. М., Бадюков Д. Д., Белова С. Л., Чевель К. А. Некоторые гидрохимические параметры качества воды Можайского водохранилища. Статья в сбор. «Экологические и биологические системы / серия: Ecological Studies, Hazards, Solutions», Volume 24. — М.: МАКС Пресс, 2017. — С. 47—53.
MIGRATION OF CHEMICAL ELEMENTS IN THE COMPONENTS OF ANTHROPOGENIC-TRANSFORMED WATER DRAINAGE LANDSCAPES
V. S. Gruzdev, Ph. D. (Geography), Ph. D. (Engineering), Dr. Habil., Professor, Head of the Department of Construction, State University of Land Management,
S. V. Suslov, Ph. D. (Geography), Senior Lecturer, Department of Agriculture and Crop Production, State University of Land Management, M. A. Khrustalev, Ph. D. (Geography), Senior Researcher, Department of Physical Geography and Landscape Geography, Faculty of Geography, Lomonosov Moscow State University
References
1. Khrustalyova M. A. Analiticheskie metody' issledovaniya v landshaftovedenii. [Analytical research methods in landscape science]. Technical polygraph center. 2003. 88 p. [in Russian]
2. Khrustalyova M. A. E'kobiogeoximiya landshaftov. [Eco-biogeochemistry of landscapes]. LAP LAMBERT Academic Publishing. Saarbrucken. Deutschland. 2015. 352 p. [in Russian]
3. Khrustalyova M. A. Sovremenny'e e'kologobiogeoximicheskie issledovaniya landshaftov v period aktivizacii nauchno-texnicheskogo progressa dlya aktual'nogo resheniya e'kologicheskix problem. Geografiya i e'kologiya: nauchnoe tvorchestvo, mezhdisciplinarnost', obrazovatel'ny'e texnologii: materialy' Mezhd. nauchno-prakticheskoj konferencii [Modern eco-biogeo-chemical studies of landscapes during the period of intensification of scientific and technological progress for the actual solution of environmental problems. Geography and ecology: scientific creativity, interdisciplinarity, educational technologies: Proc. Int. scientific and practical conference]. Moscow, IIU MGOU. 2017. P. 165—169. [in Russian]
4. Loginov A. A., Lykov I. N., Golofteeva A. S. Prigodnost' sel'skoxozyajstvenny'x zemel' k proizvodstvu tovarnoj produkcii v usloviyax zagryazneniya pochvy' e'kstremal'ny'mi koncentraciyami tyazhely'x metallov. Problemy' regionalnoj ekologii. [Suitability of agricultural land for the production of marketable products in the conditions of soil pollution with extreme concentrations of heavy metals. Regional Environmental Issues]. No. 5. 2016. P. 6—10. [in Russian]
5. Gruzdeva L. P., Suslov S. V., Gruzdev V. S. Vodooxranny'e zony' vodoxranilishh Nechernozemya [Water protection zones of the non-Chernozem reservoirs]. Moscow, Publishing house FSBEI HE "GUZ". 2005. 158 p. [in Russian]
6. Gruzdev V. S. Bioindikaciya sostoyaniya okruzhayushhej sredy. [Bioindication of the state of the environment]. Moscow, Publishing house of FSBEI HE "GUZ". 2008. 148 p. [in Russian]
7. Gruzdeva L. P., Gruzdev V. S. Primenenie resursosberegayushhix texnologij v sel'skom xozyajstve Nechernozem'ya. Iz-menenie sostava i struktury' landshaftov v usloviyax texnogeneza: Sbornik nauchnyx trudovpod obshh. redakciej L. P. Gruzdevoj. [The use of resource-saving technologies in agriculture of the Non-Black Earth Territory. Changes in the composition and structure of landscapes under the conditions of technogenesis: A collection of scientific papers under the general. edited by L. P. Gruzdeva]. Moscow, Publishing house of FSBEI HE "GUZ". 2014. P. 72—80. [in Russian]
8. Gorshkova O. M., Badyukov D. D., Belova S. L., Chevel' K. A. Nekotory'e gidroximicheskie parametry' kachestva vody' Mozhajskogo vodoxranilishha. Statya v sbor. E'kologicheskie i biologicheskie sistemy'/seriya: Ecological Studies, Hazards, Solutions. [Some hydrochemical parameters of water quality of the Mozhaisk Water Reservoir. Article in the collection of papers. Ecological and biological systems /series: Ecological Studies, Hazards, Solutions]. Vol. 24. Moscow, MAKS Press. 2017. P. 47—53]. [in Russian]
88
№ б, V01?
