CC BY
16
УДК 550.46; 551.577
МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ВЫСОТЫ СНЕЖНОГО ПОКРОВА И СОСТАВ СНЕГА В УСЛОВИЯХ ГЕОХИМИЧЕСКОГО ЛАНДШАФТА ВЕРХНЕГО ТЕЧЕНИЯ р. КЛЯЗЬМЫ
Л.Г. Богатырёв, Н.И. Жилин, Ф.И. Земсков, М.М. Карпухин, А.И. Бенедиктова, А.Н. Вартанов, Ю.А.Завгородняя, В.В.Дёмин
Показана динамика высоты снежного покрова и его состав за период с 2013 по 2018 г. Для погодичной динамики характерно чередование высоких и низких величин. Ведущая роль в распределении снежного покрова принадлежит положению элементарного ландшафта в пределах геохимического. За годы исследования водный эквивалент снежного покрова характеризовался гидрокарбонатно-кальциевым составом. Содержание микрокомпонентов в целом одного порядка с приводимыми для южной тайги. Некоторое его превышение по отдельным компонентам по сравнению с мещерскими и байкальскими ландшафтами, принятыми за фон, связано с близостью изученной местности к магистральной дороге М-10 (Москва—Санкт-Петербург). Предполагается, что относительно повышенное содержание кальция в снеговой воде супераквального ландшафта связано с его возможным поступлением с поверхности лугово-болотных окарбоначен-ных почв, вскипающих с поверхности. Установлено, что сульфат-иону принадлежит ведущая роль при атмогеохимическом загрязнении.
Ключевые слова: высота снежного покрова, химический состав снежного покрова, распределение снежного покрова, геохимический ландшафт.
Введение
Снежный покров является одним из важнейших источников, обеспечивающих общие запасы воды в почве, особенно южнотаежных ландшафтов, чем объясняется пристальное внимание к характеру его распределения на сельскохозяйственных угодьях. С другой стороны, сейчас к его изучению обращаются исследователи, чьи интересы связаны с вопросами загрязнения окружающей среды. Даже этих двух направлений вполне достаточно, чтобы обосновать актуальность исследований в этой области. Современные публикации по этой проблематике имеют довольно широкий спектр. Так, например, актуальны направления, связанные с изучением снежного покрова на европейском континенте [24]. Широк диапазон исследований, проводимых в пределах Российской федерации [4, 11, 13, 23] и за рубежом [21, 24]. Другое направление — особенности снежного покрова в условиях городских ландшафтов [7, 9, 12, 19]. Довольно плодотворно изучение характера специфических соединений в снежном покрове и их взаимодействие в системах снег—почва [5, 6, 10, 15], снег—воздух, [3, 20], снег—биота [25]. Актуальна оценка роли весеннего снеготаяния при эрозии [10], включая разработку физически обоснованной модели этого процесса [17]. Изучению динамики мощности снежного покрова, его запасам принадлежит ведущая роль. В условиях любых ландшафтов, в том числе южнотаежных, его запасы обусловливают не только характер весеннего поверхностного стока, включая эрозию, но и специфику латеральной внутри-
почвенной миграции [18]. Это влияет на процесс оподзоливания [14], так как обеспечивает дополнительное горизонтальное выщелачивание оподзо-ленного горизонта в весенний период, что связано с миграцией весенних вод по водоупору, сформированному более тяжелыми в гранулометрическом отношении иллювиальными горизонтами. Этот процесс сопровождается временным оглеением. Действительно, в дерново-подзолистых почвах, во-доупором в которых может быть иллювиальный гор. В, внутрипочвенный сток в верхней толще превышает поверхностный в 7—8 раз. В формировании структуры почвенного покрова он имеет большое значение [1, 16] и учитывается в геогра-фо-геохимической систематике катен на уровне семейства [5].
Таким образом, в научной литературе накоплен значительный материал по динамике высоты снежного покрова. В почвенно-геохимическом отношении его исследование особенно важно с точки зрения характера распределения в системе сопряженных ландшафтов и динамики во времени, что и рассматривается в настоящей работе, дополняющей предыдущую публикацию [2].
Объекты и методы исследования
Основной объект изучения — геохимический профиль протяженностью 1,6 км, охватывающий систему элементарных ландшафтов, — от элювиальных, приуроченных к относительно выровненному водоразделу Клязьмы, до супераквальных ее поймы. Расстояние от истока Клязьмы до места
исследования составляет около 15 км, ее ширина — 14—20 м, а глубина — от 0,5 до 1,2 м.
В пределах описываемого геохимического ландшафта последовательно выделяются элементарные: транзитно-элювильный, занимающий склон I террасы, и следующий за ним транзитно-аккуму-лятивный, постепенно сменяемый аккумулятивным, занимающим притеррасное понижение реки. Сам супераквальный ландшафт приурочен к относительно выровненным участкам центральной поймы, где и проводилось изучение снежного покрова. В современной терминологии описываемый геохимический ландшафт относится к типу гете-ролитных катен [7], где покровные суглинки, подстилаемые мореной, на протяжении элювиальных, транзитных и транзитно-аккумулятивных элементарных ландшафтов сменяются на аллювиальные отложения. Последние, в свою очередь, неоднородны в пределах самой поймы не только по мощности, которая может значительно варьировать, но и по характеру подстилания. На относительно положительных элементах супераквального ландшафта мощность собственно аллювиальных отложений может быть более одного метра. В пониженных элементах мезорельефа они на глубине 50—60 см сменяются реликтовыми торфяниками, сформированными в период более высокой заболоченности поймы, что способствовало интенсивному тор-фонакоплению. В настоящее время пониженные элементы супераквального ландшафта также имеют близкое, в пределах одного метра, залегание почвенно-грунтовых вод, что характерно и для притеррасных понижений.
В пределах элювиального ландшафта почвы обычные агродерново-подзолистые с профилем Pw—BEL—BT—BCg [8]. Они развиваются на покровных суглинках, подстилаемых типичной московской мореной на глубине 70—80 см, иногда и более. Характерная черта профиля — ровная граница на глубине 30—37 см, что является нижним пределом пахотного горизонта, в который почти полностью вовлечен элювиальный. В данное время эти участки полностью распахивают или занимают злаково-разнотравным лугом.
На склонах водораздела и I террасы развиваются дерново-подзолистые почвы на покровных суглинках, подстилаемых мореной, причем залегающей на разной глубине. В некоторые годы в зоне их контакта обнаруживалось оглеение. Почва имеет следующее строение: AY—AEL—EL—BTg—BCg. Морена здесь подходит близко к поверхности — 50—60 см, что создает крайнюю сжатость профиля. Верхняя его часть характеризуется высокой гу-мусированностью и биогенностью. Растительный покров представлен ельником-кисличником. Покровный суглинок на границе с мореной полностью вовлечен в почвообразование и не может быть выделен в отдельный горизонт.
В условиях транзитно-аккумулятивного ландшафта, приуроченного к притеррасной части поймы, развиваются аллювиально-перегнойно-глеевые омергеленные оруденелые почвы со строением: H—Gml, fn—CG . Верхний перегнойный горизонт, мощностью до 40 см, представляет собой продукт переработки бывшей маломощной торфянистой толщи. Ровная нижняя граница свидетельствует о проведенной в прошлом мелиоративной вспашке. Ниже 40 и до глубины 90 см выделяется мощная карбонатная толща, крайне неоднородная, с чередованием собственно карбонатных слоев, торфяных прослоек и специфических ожелезнен-ных зон. Вскипание от HCl наблюдается с поверхности почвы.
На пространстве центральной поймы развиты аллювиальные луговые почвы с довольно мощной гумусовой толщей и высокой биогенностью. Здесь, в условиях злаково-разнотравного луга, описана ал-лювиально-агрогумусовая глееватая почва со строением: Pw—AYGfn —CG . Профиль ее сформирован на хорошосортированных аллювиальных отложениях несколько облегченного гранулометрического состава с характерной легкой опесчанен-ностью вплоть до образования на глубине 110 см песчаных линз. Ровная нижняя граница гумусово-аккумулятивной толщи на глубине до 40 см свидетельствует о проведенной в прошлом плантажной вспашке. На глубине 50 см и ниже обнаружены признаки оглеения.
Таким образом, в условиях супераквального ландшафта, начиная с притеррасной части, почвообразование проходит на аллювиальных отложениях различной мощности и сортированности. Другая особенность аллювиальных почв, развивающихся в условиях поймы Клязьмы, — активное участие в почвообразовании карбонатов, имеющих локальное распространение. Так, в притеррасной части нередко почвообразование происходит на мелиорированных торфах, в значительной степени минерализованных к настоящему времени и имеющих перегнойный характер. Ровная нижняя граница на глубине проведенных мелиоративных мероприятий отделяет современную торфяную минерализованную зону от нижележащих карбонатных отложений. В пределах карбонатной зоны нередко обнаруживаются сцементированные карбонатные прослойки, а также ожелезненные горизонтальные зоны различной окраски — от желтовато-бурой до красновато-оранжевой. На глубине 70—80 см может встречаться верховодка.
На пониженных элементах рельефа центральной поймы почвообразование протекает при специфическом подстилании суглинистых аллювиальных отложений, имеющих мощность < 50 см, с реликтовыми торфами, которые отражают прошлое гидроморфное условие формирования поймы.
На разнотравно-тростниковом лугу вскрыта ал-лювиально-гумусовая глеевая почва со строением профиля AYg—AYCg —ТТ. Для него характерны типичные черты аллювиальной почвы: высокая гу-мусированность, особенно верхнего горизонта до глубины 20 см, с хорошовыраженной мелкокомковато-зернистой структурой, сменяемого переходным, но также с высоким содержанием гумуса. На глубине 50 см верхняя почвенная минеральная толща сменяется мощной торфяной, ровная нижняя граница между ними указывает на глубину мелиоративной вспашки. Одна из характерных черт профиля — близкий уровень залегания верховодки, обычно вскрываемый на границе раздела собственно минеральной толщи и торфяника. Подчеркнем, что ровная нижняя граница, обозначающая уровень мелиоративной вспашки на глубине 30—40 см, проходит в пределах поймы повсеместно, независимо от характера развивающихся почв.
Не менее важные черты рассматриваемого геохимического ландшафта — разнообразный характер использования и особенности растительного покрова, которые несомненно оказывают влияние на распределение снежного покрова. Если водораздельные участки и склоны II террасы в настоящее время представляют собой пахотные угодья, то склон I террасы занят ельником-кисличником, а пойма — лугами разной степени засоренности. Анализ геоморфологического строения катены показывает, что угол наклона в пределах всего геохимического профиля не превышает 1—2°, что исключает интенсивное перераспределение зимних атмосферных осадков, а их накопление почти полностью детерминируется особенностями каждого из элементарных ландшафтов. Например, водораздел, склон террасы, пойма и суходольный луг являются открытыми пространствами, тогда как склон I террасы занят ельником-кисличником.
Полевые методы основаны на наблюдениях за динамикой мощности снежного покрова (по-
вторность — 25—50 измерений в пределах каждого из элементарных ландшафтов) и последующих расчетах его водного эквивалента (ВЭСП). В лаборатории образцы снега растапливали, фильтровали и анализировали. Анализ твердого компонента не проводили. Для определения анионного состава использовали ионный хроматограф Dionex ICS-2000 с кондуктометрическим детектором и колонкой Ion Pac AS 22 250 мм х 4 мм. Объем вводимой пробы — 25 мкл, элюент — 4,5 мМ Na2CÜ3 + + 1,4 мМ NaHCÜ3. Для определения макро- и микроэлементов использовали масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой ICP-MS Agilent 7500. Полученные результаты обрабатывали в программе Statistica.
Результаты и их обсуждение
Анализ многолетней динамики высоты снежного покрова показал, что специфика ее максимальных и минимальных значений, обусловленных особенностями погодичного поступления зимних осадков, однотипно отражается на всех элементарных ландшафтах изучаемого геохимического профиля (рис. 1). Так, наибольшая высота снежного покрова во все годы исследования диагностируется в условиях суходольного луга транзит-но-аккумулятивного ландшафта, площадью около одного гектара и окруженного лесным насаждением. За ним следует супераквальный ландшафт в пределах поймы, где также наблюдается большая высота снежного покрова. В элювиальном ландшафте Клязьмы этот показатель может быть вполне сопоставим с величинами, которые приводятся для указанных выше условий. Наименьшую высоту снежного покрова во все годы исследования имел элювиально-транзитный ландшафт, представленный склоном северной экспозиции не более 1—2°, занятый ельником. Возможно, это связано с тем, что часть снега, поступающего в лесные эко-
Рис. 1. Высота снежного покрова в УО ПЭЦ «Чашниково» в 2009—2018 гг. по типам ландшафтов, см (n = 1750)
Таблица 1
Характеристика химического состава ВЭСП (среднее за 2013—2018 гг., п = 68, мг/л)
Показатель ВЭСП Тип ландшафта, угодье Среднее
элювиальный, пашня (п =15) транзитно-аккумулятивный, пашня (п = 12) элювиально-транзитный, ельник (п = 15) транзитно-аккумулятивный, луг (п = 12) супераквальный, луг (п = 14)
Макроэлементы С 2,87 4,00 2,72 1,40 1,95 2,59
N 0,61 0,81 0,82 0,64 0,59 0,69
№ 1,24 1,19 1,94 0,83 1,24 1,29
МЕ 0,38 0,41 0,55 0,32 0,79 0,49
К 0,23 0,44 1,68 0,80 0,33 0,70
Са 2,53 2,20 3,04 2,44 3,90 2,82
Анионы F- 0,04 0,06 0,06 0,04 0,08 0,06
С1- 2,02 2,65 3,03 2,20 2,46 2,47
Вг- следы следы следы следы следы следы
N03- 1,40 2,15 2,41 2,52 1,90 2,07
302- 0,09 следы 0,06 0,06 0,12 0,08
Р03- 1,96 1,94 3,75 1,93 2,64 2,44
НСО- 18,30 15,76 18,74 13,07 20,48 17,27
Сухой остаток 26,06 27,55 34,86 25,58 25,14 27,84
РНвод 6,24 7,01 6,34 6,57 6,48 6,53
Удельная электропроводность (о), мкСм/см 0,02 0,02 0,04 0,02 0,02 0,02
Мутность 5,42 1,47 6,39 4,28 0,46 3,60
Цветность 10,97 8,18 31,98 8,04 6,54 13,14
Примечание. п — число исследованных образцов для каждого типа ландшафта (здесь и в табл. 2).
системы, первоначально удерживается на кронах деревьев с последующим частичным испарением [15].
Результаты, представленные на рис. 1, показывают, что троекратное снижение высоты снежного покрова в зимний сезон 2013/2014 гг. одновременно прослеживается на всех типах элементарных ландшафтов.
При анализе химического состава ВЭСП особое внимание обращено на следующие важнейшие аспекты. Первый аспект касается общих закономерностей (табл. 1). Оказалось, что во все годы состав ВЭСП однотипен и относится к гидрокарбо-натно-кальциевой группе. Первое место принадлежит таким катионам, как кальций, натрий, магний и калий. Среди анионов ведущее место отводится ионам хлора, фосфора и нитрат-иону при довольно низких концентрациях ионов фтора и брома. В группе микрокомпонентов последовательный ряд по концентрациям образуют цинк > железо > стронций > марганец > алюминий > барий. Содержание тяжелых металлов, а также ванадия, кобальта, никеля, меди и молибдена составляет < 1 мкг/л (табл. 2). Оценка поландшафтных различий в со-
ставе ВЭСП показала, что в условиях поймы наблюдается повышенное относительно других ландшафтов содержание кальция и магния. Вероятно, это связано с тем, что в пределах поймы, особенно в ее притеррасной части, распространены лу-гово-болотные окарбоначенные почвы, что может влиять на общую геохимическую обстановку, в том числе и на состав снегового покрова.
Интересен состав ВЭСП ельника, занимающего склон I террасы. Здесь не только высота снежного покрова минимальна, но и повышенное содержание в снегу растительного детрита. Зимние осадки, поступающие изначально на кроны деревьев, затем попадают на поверхность почвы вместе с атмосферной пылью, которая может частично растворяться при таянии снега. Это, возможно, находит отражение в повышенных значениях не только сухого остатка, но и таких макроэлементов, как калий, натрий, азот, а среди анионов — хлор-, нитрат- и сульфат-ионы. Обращает на себя внимание повышенное относительно других объектов содержание в ВЭСП алюминия и марганца, а среди микроэлементов — стронция, бария и меди.
Таблица 2
Содержание микроэлементов в ВЭСП (среднее за 2013—2018 гг., п = 68, мкг/л)
Микроэлемент Тип ландшафта, угодье Среднее
элювиальный, пашня (п = 15) транзитно-аккумулятивный, пашня (п = 12) элювиально-транзитный, ельник (п = 15) транзитно-аккумулятивный, луг (п = 12) супераквальный, луг (п = 14)
V 0,06 0,08 0,11 0,46 0,13 0,17
Сг 0,79 0,85 0,62 0,95 1,48 0,94
Со 0,04 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03
N1 0,39 0,21 0,63 0,47 0,36 0,41
Си 0,69 0,95 1,54 0,68 0,92 0,95
гп 39,67 20,56 21,89 17,93 31,65 26,34
ЛБ 0,02 0,06 0,05 0,03 0,09 0,05
8е 0,11 следы 0,15 0,19 0,19 0,16
8г 9,66 9,86 14,38 10,35 13,74 11,60
Мо 0,09 0,03 0,05 0,05 0,04 0,05
Сё 0,15 0,40 0,11 0,82 0,13 0,32
Ва 2,30 2,79 3,33 3,79 3,34 3,11
НЕ 0,04 0,02 0,03 0,04 0,02 0,03
РЬ следы следы следы 0,01 следы следы
Кластерный анализ формально подтвердил дифференциацию химического состава ВЭСП в разных ландшафтах: в этом отношении образуются три группы (рис. 2). Первая объединяет элювиальный ландшафт водораздела и супераквальный поймы, которые представляют собой безлесные пространства. В то же время состав ВЭСП сравниваемых ландшафтов несколько различен. Закономерно, что в силу непосредственной близости элювиального ландшафта к антропогенным, в составе его ВЭСП обнаружены повышенные мутность и цветность, в отличие от пойменных ландшафтов, и также повышенная концентрация таких элементов, как марганец и цинк. В составе талой воды поймы, напро-
Элювиальный (водораздел)
Супераквальный (пойма)
Транзитно-аккумулятивный (I терраса)
Транзитно-аккумулятивный (склон I террасы)
Элювиально-транзитный (склон I террасы)
2 4 6 8 10 12 14 Расстояние связи
Рис. 2. Дендрограмма среднего химического состава снега в Чашниково в 2013—2018 гг. по типам ландшафтов (метод Варда, Евклидово расстояние)
тив, наблюдается повышенное содержание кальция, магния, сульфат-иона и алюминия.
Вторая группа объединяет два транзитно-акку-мулятивных ландшафта склона и самой I террасы, однако эти объекты различаются по ряду показателей. Так, для ВЭСП I террасы характерно несколько повышенное содержание таких элементов, как натрий, магний, марганец, углерод и азот, тогда как для этого показателя самой террасы — повышенное содержание алюминия, железа, ванадия и никеля.
Отдельная группа образуется на элювиально-транзитном склоне I террасы, где существуют специфические условия формирования снежного покрова, обусловленные активным участием в нем
2013/2014
2016/2017
2017/2018 2014/2015 2015/2016
012345678 Расстояние связи
Рис. 3. Дендрограмма среднего химического состава снега в Чашниково по зимам с 2013/2014 по 2017/2018 гг. (метод Варда, Евклидово расстояние)
Таблица 3
Содержание микроэлементов в ВЭСП за 2014—2018 гг., мкг/л
Элемент Сезон Байкал Среднее/Байкал
2014/2015 2015/2016 2016/2017 2017/2018 среднее
А1 6,88 следы 19,55 0,02 6,61 н/о н/о
V 0,12 0,56 0,13 0,03 0,21 0,14 1,51
Сг 0,90 0,31 0,93 1,27 0,85 0,14 6,08
Мп 23,55 1,20 9,46 2,42 9,16 н/о н/о
Fe 7,65 24,02 следы 34,48 16,54 н/о н/о
Со 0,03 0,01 0,05 0,01 0,03 0,05 0,51
N1 0,75 0,55 0,06 0,18 0,39 0,22 1,75
Си 1,24 1,32 0,97 0,38 0,98 0,87 1,13
гп 25,61 41,08 35,19 9,40 27,82 11,3 2,46
Аз 0,09 0,12 0,03 0,01 0,06 0,16 0,39
8г 21,40 5,84 4,90 6,12 9,56 н/о н/о
Мо 0,12 следы следы 0,02 0,04 0,08 0,44
са 0,11 0,04 0,05 1,08 0,32 0,02 16,08
Ва 6,30 5,21 следы следы 2,88 н/о н/о
НЕ 0,07 следы следы следы 0,02 0,001 17,38
РЬ 0,03 следы следы следы 0,01 0,14 0,05
растительного детрита. Характер взаимоотношения между компонентами, входящими в состав снеговой воды, установлен на основании расчетов коэффициента детерминации. Наибольшая корреляция оказалась характерной для иона хлора и натрия с коэффициентом детерминации 0,9, тогда как средняя, с Я2 = = 0,5, показана для пар М£2+/К+, ме2+/нсо-, Ш+/НС0-. Для прочих компонентов уровень связи хотя и был положительный, но оказался гораздо ниже.
Второй аспект исследования касается погодичной динамики состава ВЭСП. Установлено, что в рамках формального кластерного анализа наибольшее отличие характеризует состав ВЭСП в следующие один за другим сезоны: 2014/2015 и 2015/2016 гг. (рис. 3). Отдельную совокупность образует состав ВЭСП, характерный для зимы 2013/2014 гг. В то же время состав снеговой воды в 2016/2017 и 2017/2018 гг. отличается друг от друга. Более детально пого-дичная динамика состава макро-и микрокомпонентов приведена в табл. 3 и 4: содержание макро-
компонентов характеризуется большей стабильностью по сравнению с таковым микроэлементов.
Третий аспект исследования направлен на установление относительной подвижности ионов на основе соотнесения содержания каждого из них
Таблица 4
Содержание макроэлементов в ВЭСП за 2013—2018 гг., мг/л
К* Сезон Среднее
2013/2014 2014/2015 2015/2016 2016/2017 2017/2018
С 2,06 0,78 6,65 1,80 2,27 2,71
N 0,80 0,39 0,64 0,54 0,96 0,67
F- 0,06 0,08 0,01 0,04 0,02 0,04
№ 1,38 1,68 0,99 1,12 1,52 1,34
МЕ 0,70 0,47 0,41 0,31 0,60 0,50
С1- 3,03 3,21 1,24 1,65 1,84 2,19
к 1,07 0,35 1,59 0,70 0,39 0,82
Са 3,20 3,91 2,15 2,59 1,93 2,76
Вг- следы следы 0,01 следы следы следы
N0^ 2,44 2,84 2,07 2,06 1,30 2,14
ро3- 0,05 0,24 следы следы следы 0,06
802- 2,37 5,53 1,34 0,97 1,21 2,28
НС03- 16,01 20,13 14,64 15,25 16,51 16,51
*Компоненты химического состава (здесь и табл. 5).
Таблица 5
Средний химический состав ВЭСП (мг/л) за 2013—2018 гг., соотношение катионов и анионов к С1- и N0- и к стандартам ВЭСП
К, мг/л Соотношение Стандарт 1, мг/л К:стандарт 1 Стандарт 2, мг/л К:стандарт 2
К:С1- К^О-
С, 2,71 1,24 1,45 н/о н/о н/о н/о
N 0,67 0,30 0,36 н/о н/о н/о н/о
Б-, 0,04 0,02 0,02 н/о н/о 0,04 1,00
№+, 1,34 0,61 0,72 0,74 1,81 0,28 4,78
Mg2+, 0,50 0,23 0,27 0,13 3,82 0,24 2,07
С1-, 2,19 1,00 1,17 1,55 1,42 0,5 4,39
К+, 0,82 0,37 0,44 0,30 2,73 0,17 4,82
Са2+, 2,76 1,26 1,47 1,40 1,97 2,0 1,38
Вг-, следы следы следы н/о н/о н/о н/о
N0^", 2,21 1,01 1,00 1,36 1,63 1,41 1,57
Р0|- 0,06 0,03 0,03 н/о н/о н/о н/о
804-, 2,28 1,04 1,22 1,74 1,31 1,5 1,52
НСО-, 16,51 7,54 8,83 1,80 9,17 5,12 3,22
Примечание. Стандарт 1 — состав ВЭСП [7]; стандарт 2 — состав ВЭСП для фонового участка Байкала [22].
к концентрации хлор-иона, принимаемого за стандарт. Результаты, представленные в табл. 5, показывают, что наибольшей подвижностью обладает гидрокарбонатный ион, за ним следует кальций, углерод и натрий. Соотнесение содержания основных компонентов к нитрат-иону показало, что относительная подвижность ионов того же порядка, как и при использовании в качестве стандарта хлор-иона, что указывает на равноценное использование обоих анионов при решении подобной задачи.
Четвертый аспект оценки состава ВЭСП заключался в сопоставлении собственных данных с относительным стандартом, который представлял собой содержание важнейших компонентов, характеризующих фоновые территории Мещеры. Оказалось, что содержание ведущих катионов и анионов, входящих в состав ВЭСП изученного гео-
химического ландшафта УО ПЭЦ «Чашниково», превышают аналогичные значения, характерные для ландшафтов Мещеры (табл. 5). В наибольшей степени это положение характерно для таких компонентов, как железо, магний и кальций. Это объясняется тем, что наши объекты находятся в одном километре от магистральной автомобильной дороги М-10. Сравнение со значениями, характерными для фоновых условий Байкала [22], показало, что содержание кальция, фтор-, нитрат- и сульфат-ионов — величины одного порядка. В составе ВЭСП Подмосковья значительно больше натрия, магния, хлора, бикарбонат-иона и особенно нитрат-иона. В снеговой воде содержание ванадия, никеля, меди идентично данным по Байкалу (табл. 3), но кобальта, мышьяка, молибдена и свинца меньше. Значительно превышено содержание в снеговой воде Подмосковья таких микроэлементов, как
Таблица 6
Соотношение макрокомпонентов, отражающих атмогеохимическое техногенное воздействие, 2013—2018 гг.
Соотношение Сезон Среднее за 2013—2018 гг.
2013/2014 2014/2015 2015/2016 2016/2017 2017/2018
8О2-/№+ 1,72 3,29 1,35 0,87 0,79 1,71
БО^/КО- 0,82 2,76 0,56 0,40 0,93 1,09
8О2-/СГ 0,78 1,72 1,08 0,59 0,65 1,04
СГ/№+ 2,20 1,91 1,25 1,47 1,21 1,64
хром, кадмий и ртуть. Дополнительный расчет отношений ионов серы и хлора к натрию показал, что эти коэффициенты несколько выше единицы (табл. 6), что позволяет сделать заключение о возможном влиянии антропогенных факторов на состав ВЭСП для данного района. В пользу частичного атмогеохимического загрязнения свидетельствуют сульфатно-хлоридное и сульфатно-натриевое отношения. В системе подобных расчетов особенно информативным оказалось использование сульфат-иона.
Заключение
Показано, что за период с 2013 по 2018 г. при периодическом характере погодичного изменения высоты снежного покрова максимальные его величины обычно присущи супераквальным и тран-зитно-аккумулятивным ландшафтам. Значительно меньшая высота снежного покрова обнаруживается в лесных экосистемах элювиально-транзитных позиций, характерных для склона I террасы. Латеральный внутрипочвенный сток, мигрирующий в направлении поймы, служит дополнительным фактором, увеличивающим повышенный гидро-морфизм почв, развивающихся в условиях супер-аквального ландшафта, где уровень почвенно-грун-товых вод может диагностироваться в пределах метровой толщи, особенно на пониженных элементах центральной поймы и притеррасья. При сохранении однотипности гидрокарбонатно-кальциевого состава, в целом присущего ВЭСП южнотаежных экосистем, для изученного района отмечается по-годичная динамика высоты снежного покрова в сочетании с вариациями в химическом составе. Однако на фоне относительной стабильности в содержании макрокомпонентов в большей степени диагностируется погодичное варьирование мик рокомпонентов. Выявлены отличия в химическом составе ВЭСП элювиальных и транзитно-аккуму-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Апарин Б.Ф., Савельева Г.С. Внутрипочвенный сток как фактор формирования структуры почвенного покрова // Почвоведение. 1993. № 9.
2. Богатырёв Л.Г., Жилин Н.И., Самсонова В.П. и др. Многолетний мониторинг снежного покрова в условиях природных и урбанизированных ландшафтов Москвы и Подмосковья // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2018. № 2.
3. Васильчук Д.Ю., Буданцева Н.А., Голованов Д.Л. и др. Химический и изотопный состав снега г. Улан-Удэ как индикаторы эколого-геохимического состояния атмосферы // Мат-лы II Всерос. науч. конф. «Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами». Владивосток, 2015.
4. Володичева Н.А. Снежный покров Камчатки // Вопросы прикладной гляциологии. Снежные лавины и сели. Т. 15. М., 1970.
лятивных ландшафтов. Высказано предположение, что относительно повышенные концентрации кальция в талой воде лесных экосистем транзитно-аккумулятивных ландшафтов частично связаны с пылью, которая поступает на поверхность почвы вместе со снегом с крон деревьев. В суперакваль-ных ландшафтах повышенные концентрации кальция в снеговой воде обусловлены распространением здесь лугово-болотных окарбоначенных почв, вскипающих с поверхности, и возможным переносом почвенных частиц ветром или в результате подтягивания в снежный покров карбонатов из почвенной толщи. Последнее убедительно показано ранее М.С.Кузнецовым и В.В.Демидовым [10]. Если по сравнению со снеговой водой фоновых ландшафтов Мещеры обнаруживается незначительное превышение в содержании макрокомпонентов, то при сопоставлении с фоновыми территориями Байкала [22] оно весьма существенно, причем это касается не только некоторых макрокомпонентов, но и ряда тяжелых металлов, таких как кадмий, ртуть, хром и цинк. Такая ситуация, складывающаяся в ландшафтах вблизи крупной магистрали М-10, позволяет рассматривать последнюю в качестве одного из основных источников загрязнения. Присутствует и частичное атмогеохимическое загрязнение, что подтверждается расчетами соотношений анионов.
Таким образом, дифференциация высоты снежного покрова и химического состава ВЭСП в пределах изученного геохимического ландшафта является функцией положения элементарного ландшафта, характера растительности, особенностей почвенного покрова, а уровень загрязненности зависит от степени удаленности от возможных источников загрязнения.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
5. Геннадиев А.Н., Касимов Н.С. Латеральная миграция вещества в почвах и почвенно-геохимические катены // Почвоведение. 2004. № 12.
6. Жидкин А.П., Геннадиев А.Н., Лобанов А.А. Индикационное значение соотношений полициклических ароматических углеводородов в системе снег—почва при разных условиях землепользования // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2017. № 5.
7. Касимов Н.С., Власов Д.В., Кошелева Н.Е., Никифорова Е.М. Геохимия ландшафтов Восточной Москвы. М., 2016.
8. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
9. Корляков И.Д., Кошелева Н.Е. Оценка влияния городской застройки на загрязнение снежного покрова с применением геоинформационного и статистическо-
го анализов // ИнтерКарто/ИнтерГИС 23. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий в условиях глобальных изменений климата: Мат-лы международ. конф. Т. 1. М., 2017.
10. Кузнецов М.С., Демидов В.В. Эрозия почв лесостепной зоны Центральной России: моделирование, предупреждение и экологические последствия. М., 2002.
11.Лаврентьев И.И., Кутузов С.С., Глазовский А.Ф. и др. Толщина снежного покрова на леднике Восточный Грёнфьорд (Шпицберген) по данным радарных измерений и стандартных снегомерных съемок // Лед и снег. 2018. Т. 58, № 1. DOI: 10.15356/2076-6734-2018-1-5-20
12. Локощенко М.А. Снежный покров и его современные изменения в Москве // Метеорология и гидрология. 2005. № 6.
13. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Динамика параметров снежного покрова, влияющих на устойчивость многолетней мерзлоты на архипелаге Шпицберген // Лед и снег. 2016. Т.56, № 2. DOI: 10.15356/2076-67342016-2-189-198.
14. Ремезов Н.П. Химия и генезис почв. М., 1989.
15. Сосновский А.В., Осокин Н.И., Черняков Г.А. Динамика снегозапасов на равнинной территории России в лесу и в поле при климатических изменениях // Лед и снег. 2018. Т.58, № 2.
16. Субботин А.И., Дыгало В.С., Воронкова А.Б. О временной верховодке и внутрипочвенном стоке в Нечерноземье // Почвоведение. 1986. № 4.
17. Сухановский Ю.П. Физически обоснованная модель эрозии почв при снеготаянии // Почвоведение. 2008. № 8.
18. Хрусталева М.А. Химический состав снега водосбора Можайского водохранилища // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1974. № 1809-74.
19. Шумилова М.А., Садиуллина О.В. Снежный покров как универсальный показатель загрязнения городской среды на примере Ижевска // Вестн. Удмурт. ун-та. Сер. Физика и химия. 2011. № 2.
20. Barbaro E, Zangrando R., Padoan S. et al. Aerosol and snow transfer processes: An investigation on the behavior of water-soluble organic compounds and ionic species // Chemosphere. 2017. N 183. DOI: 10.1016/j.chemosp-here.2017.05.098
21. Domine F., Thibert E. Relationship between atmospheric composition and snow composition for HCl and HNO3 // Biogeochemistry of seasonally snow-covered catchments (Proc. sympos., Boulder). 1995. N 228.
22. Grebenshchikova V.I., Efimova N.V., Dorosh-kov A.A. Chemical composition of snow and soil in Svirsk city(Irkutsk Region, Pribaikal'e) //Environ. Earth Sci.2017. N 76 (20). DOI: 10.1007/s12665-017-7056-0
23. Kondrat'ev I.I., Mukha D.E., Boldeskul A.G. et al. Chemical composition of precipitation and snow cover in the Primorsky krai // Rus. Meteorol. Hydrol. 2017.N 42 (1). DOI: 10.3103/S1068373917010083
24. Pirazzini R., Leppanen L., Picard G. et al. European in situ Snow Measurements: Practices and Purposes // Sensors. 2018. N 18 (7). DOI: 10.3390/s18072016
25. Weixing L., Allison S.D., Li P. et al. The effects of increased snow depth on plant and microbial biomass and community composition along a precipitation gradient in temperate steppes // Soil Biol. Biochem. 2018. Vol. 124. DOI: 10.1016/j.soilbio.2018.06.004
Поступила в редакцию 30.01.2019 После доработки 23.03.2019 Принята к публикации 23.03.2019
LONG-TERM DYNAMICS OF SNOW DEPTH AND SNOW COMPOSITION IN TERMS OF THE GEOCHEMICAL LANDSCAPE OF THE UPPER REACHES OF THE RIVER KLYAZMA
L.G. Bogatyrev, N.I. Zhilin, Ph.I. Zemskov, M.M. Karpukhin, A.I. Benediktova, A.N. Vartanov, Y.A. Zavgorodnyaya, V.V. Demin
We discuss the dynamics of the snow cover and its composition for the period 2013—2018 is shown that the annual dynamics of the snow cover is characterized by the alternation of high and low values. Thus, the highest values were typical for the winter of2012/2013, followed by a decrease in 2013/2014. The leading role in the distribution of snow cover belongs to the position of the elementary landscape within the geochemical landscape. In all years of research, the water equivalent of snow cover is characterized by bicarbonate-calcium composition. The content of micro components in General is in the same order with the results given for the South taiga landscapes. Some excess of individual components in the composition of snow water in comparison with Meshchersk and Baikal landscapes, taken as a background, due to the proximity of the studied geochemical landscape and the main road M-10 (Moscow— St. Petersburg). It is assumed that the relatively high content of calcium in the snow water of the superaqueous landscape is associated with its possible arrival from the surface of meadow-marsh carbonate soils, boiling from the surface. Sulfate ion has been found to play a leading role in the diagnosis of atmogeochemical pollution, which is partially established for the studied landscapes.
Key words: snow depth, chemical composition of snow cover, distribution of snow cover, geochemical landscape.
Сведения об авторах
Богатырёв Лев Георгиевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: bogatyrev.l.g@yandex.ru. Жилин Николай Ильич, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: zhilinnik@ya.ru. Земсков Филипп Иванович, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: bogatyrev.l.g@yandex.ru. Карпухин Михаил Михайлович, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: bogatyrev.l.g@yandex.ru. Бенедиктова Анна Игоревна, канд. биол. наук, науч. сотр. каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: beneanna@yandex.ru. Вартанов Александр Николаевич, магистр каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: anvbox93@mail.ru. Завгородняя Юлия Анатольевна, канд. биол. наук, доцент каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: zyu99@mail.ru. Дёмин Владимир Владимирович, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail:vvd.msu@gmail.com.
