CC BY
46
ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЕСНОЙ ОПЫТНОЙ ДАЧИ РГАУ - МСХА ИМ.К.А. ТИМИРЯЗЕВА ПОД НАСАЖДЕНИЯМИ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОЙ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ
Э.А. Довлетярова1, Л.В. Мосина2, П.А. Петровская1
'Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8/2, Москва, Россия, 117198 2РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева ул. Тимирязевская, 49, Москва, Россия, 127550
Тяжелые металлы, циркулирующие в биосфере, оказывают огромное отрицательное влияние на компоненты экосистемы. Однако при этом реальную опасность загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) представляют не валовые содержания металлов, а их подвижные формы, так как последние практически определяют накопление элементов в фитомассе и влияют на биологическую активность почв. Между тем изученность этого вопроса очень слабая. Практически не изученным является влияние уплотнения почвы на подвижность ТМ. В этой связи на участках леса с неодинаковой антропогенной нагрузкой нами были проведены исследования, которые показали зависимость различных по прочности связи форм токсичных тяжелых металлов от уплотнения почвы. Плотность сложения почвенного профиля во многом определяет формирование почвенных режимов — водно-воздушного, температурного, окислительно-восстановительного, биохимического и оказывает часто решающее влияние на проявление почвенных основных экологических функций, условия роста, развития и продуктивность растений, жизнедеятельность микроорганизмов и почвенной фауны.
Ключевые слова: тяжелые металлы (ТМ), плотность почвы, миграция ТМ, подвижность ТМ, антропогенная нагрузка
При проведении почвенного обследования на постоянных пробных площадях Лесной опытной дачи Российского государственного аграрного университета — Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева было отмечено, что на участках леса с преобладанием лиственницы в составе насаждений почва имеет очень рыхлое сложение, а в научных публикациях эта порода отмечается в условиях Лесной опытной дачи МСХА как самый жизнестойкий лесообразова-тель [4]. Ввиду того, что уплотнению подвергается поверхностный слой почвы, исследования объемной массы проводили для верхнего 6-сантиметрового слоя почвы. Лиственница обладает разрыхляющим почву свойством, что в сочетании с высокой пыле- и газоустойчивостью может делать ее хорошим лесообразовате-лем в зонах повышенной рекреации. Были получены достоверные различия величины плотности почвы в зависимости от видового состава древесных пород и установлены разуплотняющие действия лиственничных древостоев на почву [1].
Установленная способность лиственницы разрыхлять почву и вместе с тем выявленное влияние уплотнения почвы на подвижность тяжелых металлов позволили проверить эту связь на примере лиственничных древостоев.
С этой целью были подобраны и проанализированы пробные площади в лиственничных фитоценозах. Для сравнения разуплотняющего действия данной породы были изучены сосновые древостои. При выборе пробных площадей подбирались такие, где насаждения идентичны или близки по технологии посадки, составу, возрасту, и произрастающие в пределах одного почвенного типа [7].
Довлетярова Э.А., Мосина Л.В., Петровская П.А. Почвенно-экологическая характеристика.
Почвы под изученными насаждениями представлены одним почвенным типом — дерново-подзолистым и, несмотря на значительное сходство, имеют существенные различия по величине плотности, что связано с разрыхляющим действием лиственницы [2].
Результаты исследования форм ТМ в почве под насаждениями ЛОД МСХА (табл. 1—4) показали значительные различия в поведении тяжелых металлов в лиственничных и сосновых фитоценозах. Причем наибольшие различия отмечаются для свинцового и кадмиевого загрязнений (табл. 1—3). Как общая закономерность наблюдается уменьшение подвижных форм Pb и Cd под лиственничными древостоями. Cумма фракций обменного (вытяжка Са(ЫО3)2) и условно доступного (вытяжка СН3СООNН4) свинца, т.е. сумма подвижных форм данного элемента, в лиственничных экосистемах составляет 48,7—53,5% от валового, что на 15—20% меньше доли подвижного Pb в сосновых древостоях. Причем в составе подвижных фракций под лиственничниками доля наиболее мобильного свинца (вытяжка Са(ЫО3)2) значительно ниже, чем в сосняках, и составляет соответственно 27,3— 36% и 45—46% [3].
Аналогичная зависимость установлена и в отношении кадмия. Под лиственничными древостоями содержание его подвижных форм колеблется от 59 до 66%, в то время как под сосновыми фитоценозами данная фракция составляет 78—81%. Снижение содержания легкодоступных форм тяжелых металлов в почвах под лиственничными древостоями уменьшает опасность поступления токсикантов в растения и тем самым сохраняет экологические функции данных фитоценозов. В поведении меди и цинка под изученными древесными породами существенных различий не установлено [5]. Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили взаимосвязь плотности почвы с подвижностью Pb. Аналогичная зависимость выявлена и для Cd.
Таблица 1
Формы свинца в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое)
Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL X мг/кг Содержание подвижного свинца, %
мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг %
Сосновые древостои
4А 18,00 ± ± 1,21 45,0 9,85 ± ± 0,81 24,7 9,92 ± ± 0,64 24,7 2,25 ± ± 0,15 5,7 40,7 69,5
4Е 20,55 ± ± 2,00 46,1 10,05 ± ± 0,9 24,4 10,85 ± ± 0,81 24,4 3,05 ± ± 0,24 6,8 44,50 68,7
Лиственничные древостои
5Pi 11,10 ± ± 0,94 35,8 5,20 ± ± 0,41 16,7 11,85 ± ± 0,91 38,0 2,85 ± ± 0,15 9,2 31,00 52,0
6Р2 12,65 ± ± 1,01 36,0 5,55 ± ± 0,43 15,9 13,1 ± ± 0,94 37,6 3,50 ± ± 0,24 10,0 34,80 51,9
7П 17,23 ± ± 1,10 27,3 13,54 ± ± 0,01 21,4 27,84 ± ± 1,74 44,2 4,40 ± ± 0,36 7,0 63,01 48,7
4 K 18,11 ± ± 1,34 35,4 7,20 ± ± 0,54 14,1 22,10 ± ± 1,56 43,2 3,70 ± ± 0,27 7,25 51,11 53,5
11 K 15,05 ± ± 1,28 31,0 9,27 ± ± 0,84 19,2 20,43 ± ± 1,56 40,3 3,55 ± ± 0,24 9,3 48,30 50,2
Примечание. Ca(NO3)2 — обменные формы; CH3COONH4 — условно доступные формы; 1н HCL — потенциально доступные (потенциально подвижные); 6н HCL — труднодоступные формы. Концентрацию подвижного свинца определяли путем суммирования концентрации Pb в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4.
Таблица 2
Формы кадмия в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое)
Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL 2 мг/кг Содержание подвижного кадмия, %
мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг %
Сосновые древостои
4А 1,70 ± ± 0,05 68,0 0,25 ± ± 0,08 10,0 0,35 ± ± 0,04 14,0 0,20 ± ± 0,012 8,0 2,5 78,0
4Е 1,75 ± ± 0,10 69,4 0,30 ± ± 0,02 11,9 0,35 ± ± 0,05 12,7 0,15 ± ± 0,01 2,55 2,55 81,3
Лиственничные древостои
5Р, 1,15 ± ± 0,075 50,0 0,31 ± ± 0,04 13,4 0,60 ± ± 0,04 26,1 0,25 ± ± 0,05 10,9 2,3 63,4
5Р2 1,00 ± ± 0,01 44,4 0,39 ± ± 0,02 17,3 0,61 ± ± 0,02 27,1 0,29 ± ± 0,02 12,9 2,25 61,4
7П 1,30 ± ± 0,10 55,3 0,25 ± ± 0,04 10,6 0,55 ± ± 0,05 23,4 0,25 ± ± 0,01 10,6 2,35 59,0
11 K 1,15 ± ± 0,08 54,7 0,21 ± ± 0,04 10,0 0,50 ± ± 0,04 23,8 0,24 ± ± 0,08 11,5 2,10 66,6
Примечание. Ca(NO3)2 — обменные формы; CH3COONH4 — условно доступные формы; 1н HCL — потенциально доступные (потенциально подвижные) формы; 6н HCL — труднодоступные формы; концентрацию подвижного Cd определяли путем суммирования концентрации Cu в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4.
Таблица 3
Формы меди в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое)
Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL 2 мг/кг Содержание подвижной меди, %
мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг %
Сосновые древостои
4А 1,90 ± ± 0,51 16,7 1,00 ± ± 0,05 8,8 6,10±0,04 53,7 2,35 ± ± 0,025 20,7 11,35 ± ± 0,16 25,5
4Е 1,95 ± ± 0,091 14,8 1,00 ± ± 0,05 7,6 7,45± 0,07 56,4 2,80 ± ± 0,15 21,2 13,20 ± ± 0,80 22,4
Лиственничные древостои
5Р1 1,70 ± ± 0,04 21,5 0,70 ± ± 0,05 8,8 3,15 7,45 ± ± 0,01 39,6 2,35 ± ± 0,04 29,6 7,95 ± ± 0,14 21
5Р2 1,50 ± ± 0,02 17,8 0,70 ± ± 0,05 8,3 4,40 ± ± 0,10 52,0 1,85 ± ± 0,05 21,9 8,45 ± ± 0,22 26
7П 1,55 ± ± 0,1 7,3 1,05 ± ± 0,06 5,0 13,20 ± ± 0,76 62,2 5,40 ± ± 0,36 25,5 21,20 ± ± 1,94 12
11 K 1,80 ± ± 0,05 12,8 1,25 ± ± 0,05 8,9 8,20 ± ± 0,10 58,3 2,80 ± ± 0,06 19,9 14,05 ± ± 1,06 22
Примечание. Ca(NO3)2 — обменные формы; CH3COONH4 — условно доступные формы; 1н HCL — потенциально доступные (потенциально подвижные) формы; 6н HCL — труднодоступные формы; содержание подвижной меди определяли путем суммирования концентрации Cu в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4.
Довлетярова Э.А., Мосина Л.В., Петровская П.А. Почвенно-экологическая характеристика...
Таблица 4
Формы цинка в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое)
Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL £ мг/кг Содержание подвижного цинка, %
мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг
Сосновые древостои
4А 8,15 ± 0,65 12,40 ± 0,08 27,45 ± 1,05 28,70 ± 1,9 76,70 ± 1,9 26,8
4Е 8,20 ± 0,1 20,30 ± 1,64 46,45 ± 3,8 41,40 ± 3,1 116,35 ± 10,3 25
Лиственничные древостои
5Р, 5,15 ± 0,33 3,60 ± 0,21 28,20 ± 1,96 28,45 ± 2,02 71,40 ± 3,8 20
5Р2 5,25 ± 0,45 7,65 ± 0,54 35,25 ± 2,86 27,50 ± 1,84 75,65 ± 4,2 17
7П 7,40 ± 0,64 18,50 ± 1,53 68,90 ± 5,44 99,30 ± 8,41 194,10 ± 11,6 13
11 K 5,40 ± 0,41 13,55 ± 1,02 20,65 ± 1,64 31,35 ± 2,58 70,95 ± 5,4 27
Примечание. Ca(NO3)2 — обменные формы; CH3COONH4 — условно доступные формы; 1н HCL — потенциально доступные (потенциально подвижные) формы; 6н HCL — труднодоступные формы; содержание подвижной меди определяли путем суммирования концентрации цинка в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4.
Чистые лиственничные древостой (10 Лц) по сравнению с сосновыми снижают подвижные формы (вытяжки Са(КО3)2 и СН3СООКН4) данных элементов на 15—20%. Полученные результаты раскрывают один из механизмов, определяющих высокую продуктивность и устойчивость лиственницы в условиях повышенного антропогенного воздействия [6].
На ЛОД эта древесная порода формирует высшие бонитеты — 1а и даже 1б. Этот механизм заключается в снижении одних из наиболее опасных тяжелых металлов — свинца и кадмия в результате разуплотняющего действия данной древесной породы. Выявленную особенность лиственницы необходимо учитывать при подборе древесных пород в рекреационных целях для крупных промышленных городов.
© Довлетярова Э.А., Мосина Л.В., Петровская П.А., 2016
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Довлетярова Э.А. Динамика численности основных групп микробного населения под насаждениями дубравы сосны с березой в условиях различного антропогенного загрязнения // Вестник РУДН. Серия: Агрономия и животноводство. № 1. М.: РУДН, 2006. С. 17—21.
[2] Довлетярова Э.А. Состояние системы «почва—растение» в условиях города. М.: РУДН, 2006.
[3] Довлетярова Э.А., Столярова А.Г., Мосина Л.В. Влияние городской среды на загрязнение почв тяжелыми металлами в зависимости от состава и возраста лесных древостоев (на примере лесной опытной дачи РГАУ — МСХА им. К.А. Тимирязева) // Вестник РУДН. Серия: Агрономия и животноводство. № 5. М.: РУДН, 2012. С. 101—108.
[4] Мосина Л.В. Антропогенное изменение лесных экосистем в условиях мегаполиса Москва: Автореф. дисс. ... д-ра биол. наук. 2003.
[5] Мосина Л.В., Довлетярова Э.А. Микробиологическая диагностика проблемных экологических ситуаций на объектах рекреационного пользования // Вестник РУДН. Серия: Агрономия и животноводство. № 5. М.: РУДН, 2013. С. 130—140.
[6] Мосина Л.В., Довлетярова Э.А., Андриенко Т.Н. Лесная опытная дача РГАУ — МСХА им. К.А. Тимирязева как объект экологического мониторинга лесных и лесопарковых ландшафтов мегаполиса Москва. М.: РУДН, 2014.
[7] Мосина Л.В., Довлетярова Э.А., Петровская П.А. Микробиологическая оценка состояния лесных и лесопарковых экосистем // Вестник РУДН. Серия: Агрономия и животноводство. № 4. М.: РУДН, 2015. С. 42—51.
SOIL-ECOLOGICAL CHARACTERISTIC OF THE FOREST EXPERIMENTAL STATION OF RUSSIAN STATE AGRARIAN UNIVERSITY OF MOSCOW AGRICULTURAL ACADEMY BY K.A. TIMIRYAZEV UNDER PLANTINGS IN THE CONDITIONS OF VARIOUS ANTHROPOGENOUS LOADING
E.A. Dovletyarova1, L.V. Mosina2, P.A. Petrovskaya1
'Peoples' Friendship University of Russia
Miklucho-Maklay str., 8/9, Moscow, Russia, 117198
Russian State Agrarian University
Timiryazevskaya str., 49, Moscow, Russia, 127550
The heavy metals circulating in the biosphere have a huge negative impact on ecosystem components. At the same time however, the real danger from the environmental pollution by the heavy metals (HM) is constituted not by gross volume of metals, but by their mobile forms as the last practically define the accumulation of elements in biomass and influence the biological activity of soils. Meanwhile, the level study of this question is very weak. The influence of soil consolidation on HM mobility is almost not unknown. In this regard at wood sites with unequal anthropogenic loading we have conducted researches which have demonstrated the dependence of toxic heavy metals forms, diverse by durability of communication, on the consolidation of soil. In many respects the density of soil profile defines the formation of the soil modes — water-air, temperature, oxidation-reduction, biochemical, and often makes decisive impact on demonstration of the soil main ecological functions, conditions of growth, development and efficiency of plants, microorganisms activity and soil fauna.
Key words: heavy metals (HM), soil density, migration of HM, mobility of HM, anthropogenic loading
REFERENCES
[1] Dovletjarova Je.A. Dinamika chislennosti osnovnyh grupp mikrobnogo naselenija pod nasazh-
denijami dubravy sosny s berezoj v uslovijah razlichnogo antropogennogo zagrjaznenija.
VestnikRUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo. № 1. M.: RUDN, 2006. S. 17—21.
ffoenemnpoea 3.Ä., MocuHa Ä.B., nempoecKan n.A. noHBeHHO^KororaiecKaa xapaKTepHCTHKa...
[2] Dovletjarova Je.A. Sostojanie sistemy «pochva-rastenie» v uslovijah goroda. M.: RUDN, 2006.
[3] Dovletjarova Je.A., Stoljarova A.G., Mosina L.V. Vlijanie gorodskoj sredy na zagrjaznenie pochv tjazhelymi metallami v zavisimosti ot sostava i vozrasta lesnyh drevostoev (na primere lesnoj opytnoj dachi RGAU — MSHA im. K.A. Timirjazeva). VestnikRUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo». № 5. M.: RUDN, 2012. S. 101—108.
[4] Mosina L.V. Antropogennoe izmenenie lesnyh jekosistem v uslovijah megapolisa Moskva: Avtoref. diss. d-ra biol. nauk. 2003.
[5] Mosina L.V., Dovletjarova Je.A. Mikrobiologicheskaja diagnostika problemnyh jekologi-cheskih situacij na ob'ektah rekreacionnogo pol'zovanija. Vestnik RUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo. № 5. M.: RUDN, 2013. S. 130—140.
[6] Mosina L.V., Dovletjarova Je.A., Andrienko T.N. Lesnaja opytnaja dacha RGAU — MSHA im. K.A. Timirjazeva kak ob'ekt jekologicheskogo monitoringa lesnyh i lesoparkovyh land-shaftov megapolisa Moskva. M.: RUDN, 2014.
[7] Mosina L.V., Dovletjarova Je.A., Petrovskaja P.A. Mikrobiologicheskaja ocenka sostojanija lesnyh i lesoparkovyh jekosistem. Vestnik RUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo. № 4. M.: RUDN, 2015. S. 42—51.
