CC BY
27
УДК 631.435:550.4(440.318)
1 7
О.А. Самонова1, Е.Н. Асеева2
ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МАЛЫХ ЭРОЗИОННЫХ ФОРМ В ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ СМОЛЕНСКО-МОСКОВСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ3
Изучено пространственное распределение содержания гранулометрических фракций, гумуса, Т1, ¿г, Mn, Со, ¿п, Си, Pb, Сг, V, N1, Sn, Sr, Ba, значений рН в поверхностном горизонте почв малых эрозионных форм (оврага и балки), расположенных на территории Сатинского учебного полигона МГУ, в центральной части бассейна р. Протва. Статистическими методами выявлены зависимости между этими показателями. Максимальное влияние на содержание металлов в изученных объектах оказывают пылеватые фракции, значимая положительная корреляция с которыми выявлена для всех металлов, кроме Sr. Для пылеватых и илистой фракций днище оврага Волчий представляет собой транзитную систему, а Сенокосной балки — аккумулятивную. Распределение элементов в почвах днищ от верховьев к низовьям проявляется в постепенном снижении содержания Ва, Т1, Сг, V (слабее Мп, Sn, ¿г) в овраге; №, Си, Sn (РЬ) — в балке, что свидетельствует об их участии в миграционных процессах.
Ключевые слова: геохимическая структура, малые эрозионные формы, почвы, гранулометрические фракции, гумус, металлы.
Введение. Анализ геохимической структуры ландшафтов — неотъемлемая часть комплексных физико-географических и экологических исследований территорий различного уровня. На локальном уровне основным методом такого анализа является катенарный, заключающийся в изучении строения типичных почвенно-геохимических катен и распределении химических элементов и соединений между компонентами и подсистемами ландшафта с помощью ландшафтно-геохимических коэффициентов.
На юго-восточном склоне Смоленско-Московской возвышенности в центральной части бассейна р. Протва исследованы водораздельно-долинные, водораздельно-балочные и водораздельно-овражные катены [8, 10, 11]. Балки и овраги как целостные миграционные системы с геохимических позиций практически не изучены, в то время как плотность этих малых эрозионных форм на территории Сатин-ского учебного полигона МГУ достигает 490/100 км2 [3]. Овражно-балочная сеть — элемент каскадной системы более высокого порядка — речного бассейна. При бассейновом подходе к изучению геохимии природных ландшафтов овражно-балочные системы рассматриваются как главное связующее звено между склонами междуречья и русловой сетью [6]. В связи с этим геохимические параметры малых эрозионных форм — важная составная часть характеристики геохимической структуры речного бассейна. Особый интерес овраги и балки представляют для оценки
миграции химических элементов на водосборах различного уровня.
Формирование и развитие овражно-балочной сети на территории Сатинского полигона хорошо изучены [9, 13], но детальная информация о пространственной дифференциации гранулометрических фракций и связанных с ними микроэлементов в овражно-балочных системах отсутствует. Цель статьи — анализ пространственного (латерального) распределения основных почвенно-геохимических параметров: содержания гранулометрических фракций, гумуса, Т1, ¿г, Мп, Со, ¿п, Си, РЬ, Сг, V, N1, 8п, значений рН в поверхностном горизонте почв малых эрозионных форм; выявление зависимостей между этими показателями статистическими методами; оценка миграции химических элементов, связанных с различными гранулометрическими фракциями.
Объекты исследования. Изучены две малые эрозионные формы: овраг Волчий и Сенокосная балка (рис. 1, А, Б), отличающиеся морфологическим обликом и имеющие разный возраст. Они расположены на левом берегу р. Протва, на территории Сатинского учебного полигона МГУ.
Овраг и балка относятся к группе малых эрозионных форм, прорезающих исключительно толщу четвертичных отложений. По положению в долине, морфологии и истории развития они относятся к двум разным группам. Овраг Волчий молодой, начало его формирования относится ко второй половине голо-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, вед. науч. с., канд. геогр. н., доцент, e-mail: [email protected]
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, науч. с., канд. геогр. н., e-mail: [email protected]
3 Работа выполнена при финансовой поддержке Госконтракта № 02.740.11.037 «Эколого-геохимическая оценка техногенной трансформации ландшафтов» и Госконтракта № П1078 «Разработка теоретических, экспериментальных и прикладных основ экологической геохимии ландшафтов».
ГГП 1 Гш~|8 I I 14
ГГП 2 ГШ 9 РЗД 15
з ШШ ю □И 16
У~7ЛА ГП 17
из5 12
ЕЗб В 13
ГШ1 7
Рис. 1. Фрагмент геоморфологической карты Сатинского учебного полигона (А), по [2]: 1-4 — горизонтальные и пологоволнистые поверхности междуречий и склоны междуречий с неглубоким (1, 2) и глубоким (3, 4) залеганием коренных пород; 5 — поверхности долинных зандров; 6 — ложбины стока талых ледниковых вод; 7 — днища древних озерных котловин в пределах ложбин стока; 8 — III надпойменная терраса; 9 — II надпойменная терраса; 10 — I надпойменная терраса; 11 — террасоувалы;
12 — высокая пойма Протвы и привязанные к ней днища долин малых эрозионных форм;
13 — низкая пойма и русло реки; 14 — пологие эрозионные склоны; 15 — крутые эрозионные склоны; 16 — конусы выноса оврагов и балок; 17 — учебно-научная станция «Сатино». Стрелками показаны объекты исследования; Б — схема пробоотбора из поверхностных
горизонтов почв в овраге и балке
цена, он имеет простую ромбовидную форму в плане. Длина оврага не превышает 200 м, глубина в средней части достигает 8 м. Склоны прямые, крутизна от 20 до 50°. Бровки оврага четкие, поперечный профиль V-образный, в приустьевой части и-образный. В верхней части овраг последовательно прорезает маломощные покровные суглинки, флювиогляциаль-ные пески и сильноопесчаненную московскую морену [9]; в средней части углубляется в легкоразмываемую 15-метровую толщу водно-ледниковых песков и алевритов, частично вскрывает слой днепровской морены, которая представлена тяжелыми суглинками, насыщенными крупнообломочным материалом. В днище имеются литогенные ступени длиной 15—20 м, но в целом продольный профиль имеет правильную вогнутую форму.
Водосборная территория овр. Волчий представляет собой трансэлювиальный ландшафт с еловым землянично-овсяницевым сообществом на дерново-среднеподзолистых почвах; склоны коренного берега р. Протва, окружающие эту форму, покрыты
еловыми мертвопокровными, елово-березовыми и елово-сосновыми мертвопокровными сообществами на дерново-слабоподзолистых почвах. На склонах и в днище оврага преобладают кустарниковые сообщества, состоящие из черемухи, бересклета, лещины; в травяном покрове присутствуют щитовник мужской, крапива двудомная, лютик едкий, зеленые мхи. Некоторые участки днища лишены растительности. Почвенный покров склонов и днища оврага состоит из дерновых, дерновых слаборазвитых разностей [5]. На конусе выноса под луговым землянично-клеверо-злаковым сообществом формируются дерновые среднемощные почвы.
Сенокосная балка имеет, по-видимому, плейстоценовый возраст. Ее длина достигает 400 м, а глубина в средней части 12—13 м; имеются 2 отвершка длиной до 100 м, поперечный профиль балки ящикообразный. Балка наследует более древнюю эрозионную форму, так как в ее бортах выделяется не менее двух возрастных генераций склонов [14]. Верхние пологие (3—5°) части склонов с плавными, часто невыраженными
бровками — реликты более древних форм. Крутые (20—40°) с четкими бровками склоны, опирающиеся на днище, сформировались в процессе углубления современной эрозионной формы. Балка пересекает крутой и пологий склоны долины р. Протва и в своем верховье достигает древнего озерного понижения. Склоны сложены валунными суглинками и перекрыты плащом покровных суглинков мощностью от 1,1 до 1,45 м; для Сенокосной балки характерна современная активизация линейной эрозии [14].
Водосборная площадь Сенокосной балки, а также склоны коренного берега, окружающие ее верхнюю часть, представлены агроландшафтами на дерново-среднеподзолистых освоенных почвах. Лишь в древнем озерном понижении развивается естественная растительность — разнотравно-щучковое с примесью ивы сообщество на дерново-подзолистых грунтово-глеевых почвах [5]. На остальной части склонов долины Протвы сформировались дубово-еловые и елово-дубовые широкотравные сообщества на дерново-слабоподзолистых почвах. Склоны и днище балки заняты липово-березовыми и березово-рябиновыми крупнотравно-широкотравными сообществами. Почвенный покров склонов и днища балки образуют те же разности, что и в овраге; однако здесь гранулометрический состав почв суглинистый, а в овраге часто проявляется опесчаненность почвенных профилей. На конусе выноса под злаково-разнотравным сообществом развиваются дерновые почвы.
В обеих эрозионных формах хорошо выражен конус выноса: в овр. Волчий — наложен на высокую пойму, а в Сенокосной балке — на старичное понижение, которое по уровню соответствует средней пойме и периодически затапливается во время весеннего половодья.
Материалы и методы. Малые эрозионные формы рассматривались как единые системы, в которых все звенья (склоны — днище — конус выноса) находятся в тесном взаимодействии не только между собой, но и с окружающими ландшафтами водосборной части и склонов. В обоих случаях это трансэлювиальные ландшафты склонов долины Протвы и трансэлювиально-аккумулятивный ландшафт озерного понижения в верховьях Сенокосной балки. (Далее для краткости в тексте и на рисунках будем обозначать эти ландшафты, данные по которым объединены в одну выборку для каждой формы, как «окружающая территория».)
В крест простирания оврага, балки и ее отверш-ков были заложены профили (3 в овраге и 4 в балке); расстояние между профилями в среднем составляло 100 м; на каждом из них из слоя 0—10 см (гумусового горизонта) отобраны пробы почв на окружающей территории в 2—3 м от бровки оврага или балки, на средних частях склонов, в днищах и на конусах выноса. Такая методика отбора проб соответствует ка-тенарному принципу изучения ландшафтов: профили
рассматриваются как катены, пересекающие форму с обеих сторон оврага и балки и заканчивающиеся в днище. Днище — от верховьев к низовьям — также представляет собой часть каскадной системы, элементарные ландшафты которой расположены на различных уровнях рельефа с изменяющимся составом растительного сообщества и разностями почв. По днищам оврага и балки пробы отбирали между профилями через 35—40 м. Всего отобрано 75 проб.
В пробах определяли значение рН КС1, содержание Сорг — по Тюрину; элементы Мп, Си, №, Со, V, Сг, ¿п, РЬ, Т1, ¿г, 8п, 8г, Ва — приближенно-количественным спектральным методом в лаборатории геолого-геохимической экспедиции г. Бронницы. Гранулометрический анализ выполнен пирофосфат-ным методом в химической лаборатории Института географии РАН (Москва). Выборки для статистической обработки сформированы в соответствии с принадлежностью проб к геоморфологическим элементам малых эрозионных форм: склонам, днищу, конусу выноса, а также к окружающей территории.
В качестве значений среднего содержания элементов в объектах использованы мода (при объеме выборки больше 20) или медиана (при объеме выборки менее 20). Средние арифметические значения рассчитаны для данных гранулометрического анализа, значений рН и содержания гумуса.
Связь химического и гранулометрического состава в почвах эрозионных форм оценивали с помощью коэффициента корреляции Спирмена. На его основе также изучали пространственные линейные тренды изменения химических и гранулометрических показателей по длине донных частей оврага и балки. Связи считали значимыми на уровне не менее 0,05 (четкие пространственные тренды и значимая корреляция показателей).
Результаты. Распределение гранулометрических фракций и особенности механической миграции. Гранулометрический состав гумусовых горизонтов дерново-подзолистых почв на территориях, окружающих овраг и балку, отличается только по содержанию мелкого песка и крупной пыли (на 5% по абсолютному содержанию, табл. 1).
В овр. Волчий особенно контрастно распределение по элементам рельефа фракции среднего песка, содержание которой увеличивается от 5,7% в почвах окружающей территории до 39,3% в дерновых почвах конуса выноса, а содержание средней и мелкой пыли, наоборот, снижается почти в 3 раза. Максимальные и минимальные значения содержания фракций мелкого песка и крупной пыли различаются более чем в 2 раза, но характер распределения у них противоположный (рис. 2). Содержание илистой фракции слабо (в 1,3 раза) уменьшается в каскадной системе «окружающая территория»^склоны^днище^конус выноса. По типу дифференциации содержания гранулометрические фракции делятся на две группы (рис. 2) — накапливающиеся в подчиненных пози-
Таблица 1
Среднее содержание* гранулометрических фракций в поверхностных горизонтах дерново-подзолистых почв территорий, окружающих
овраг и балку, %
Объект изучения Гранулометрическая фракция, мм
1,0-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 Е>0,01 Е<0,01
Почвы оврага Волчий (8) 5,7 11,8 51,2 9,6 10,4 11,3 68,6 31,4
Почвы Сенокосной балки (12) 6,0 5,2 56,8 11,2 9,5 11,3 67,9 32,1
* Среднее арифметическое. В скобках — число проб.
циях (песчаные фракции) и рассеивающиеся в них (пылеватые и илистая фракции). Рост содержания песчаных фракций на склонах и в днище оврага можно объяснить не только миграционными процессами, но и врезом днища оврага в флювиогляциальные отложения песчаного состава.
В Сенокосной балке изменение содержания различных фракций по геоморфологическим элементам равномернее, чем в овраге (рис. 2). Максимальна дифференциация фракции среднего песка — на склонах
Рис. 2. Латеральная дифференциация среднего содержания гранулометрических фракций в поверхностных горизонтах почв оврага и балки (Ь — отношение содержания фракции в почвах геоморфологического элемента эрозионной формы к его содержанию в почвах «окружающей территории»)
ее почти в 2 раза больше, чем на окружающей территории и в днище (10,8; 6,0 и 4,3% соответственно). Аналогичное, но менее контрастное распределение характерно для мелкого песка (рис. 2). Накопление песчаных фракций на склонах, вероятно, обусловлено их поступлением с окружающей территории в процессе механической миграции. Мощность суглинистых отложений на склонах балки превышает 1 м [7], поэтому подстилающие их опесчаненные моренные суглинки не влияют на гранулометрический состав верхнего горизонта почв. Пылеватые и илистая фракции распределены довольно равномерно: содержание средне-, мелкопылеватых и илистых частиц слабо возрастает в днище балки и снижается на конусе выноса; последнее объясняется преобладанием песчаных частиц в материале, который приносится в период весеннего половодья. Таким образом, дифференциация фракций по геоморфологическим элементам изменяется (по сравнению с оврагом): в днище балки накапливаются пылеватые и илистая фракции, но снижается содержание среднего и мелкого песка.
Представленные результаты подтверждают полученные ранее данные о возможности накопления почвенного материала на склонах эрозионных форм [1, 4, 6] и свидетельствуют о более активной механической миграции песчаных фракций, чем пылеватых и илистой. Перемещение (сползание?) материала под действием силы тяжести, преобладающее в овр. Волчий, протекает активнее, чем с водным поверхностным стоком, доминирующим в Сенокосной балке.
Днище овр. Волчий представляет собой транзитный ландшафт для мелкопылеватой и илистой фракций, содержание которых здесь ниже, чем на склонах, в 1,6 и 1,4 раза соответственно. В днище Сенокосной балки относительно склонов проявляется слабая аккумуляция пылеватых и илистой фракций (в среднем на 10%, или в 1,1 раза).
На рис. 3 показано изменение содержания гранулометрических фракций вдоль днищ малых эрозионных форм. Расчет коэффициента Спирмена доказал наличие линейных пространственных трендов: аккумуляции среднего песка (слабого для мелкого песка), рассеяния крупной и средней пыли (слабого для мелкой пыли) от верховьев к конусу выноса в овраге и балке.
Таким образом, пространственное распределение мелкого песка в гумусовых горизонтах эрозионных
Рис. 3. Распределение содержания гранулометрических фракций в поверхностном горизонте почв в днищах оврага и балки от верховьев к низовьям. Цифры на оси абсцисс — точки отбора проб, расстояние между ними 35-40 м; стрелка показывает направление от верховьев к низовьям
форм имеет общую направленность, а поведение всех остальных фракций различно и связано с размером частиц. Наиболее равномерно распределена илистая фракция.
Корреляционные связи между гранулометрическими фракциями в овраге и балке различны. В почвах оврага корреляция между песчаными фракциями отрицательная, а в балке положительная, что может указывать на разный источник мелкого и среднего песка в первом случае (покровные суглинки окружающей территории и размыв флювиогляциальных песков днища оврага) и общий во втором (суглинистые отложения, покрывающие все геоморфологические элементы балки). В овраге между пылеватыми и илистой фракциями отмечается тесная связь, в балке она отсутствует.
Гумус. Распределение содержания гумуса в почвах элементарных ландшафтов эрозионных форм может указывать на перемещение почвенного материала (в процессе эрозии) по геоморфологическим элементам исследуемых объектов. Содержание гумуса в почвах оврага и балки сильно варьирует (от 1 до 8,5%), что обусловлено активностью эрозионно-аккумулятивных процессов, наличием или отсут-
Рис. 4. Латеральная дифференциация среднего содержания гумуса (а) и значений рНКС1 (б) в поверхностных горизонтах почв балки (1) и оврага (2)
ствием растительного сообщества и его составом. Максимальные значения концентрации гумуса приурочены к почвам склонов, вероятно, за счет приноса и аккумуляции материала из прилегающих ландшафтов, что подтверждает сделанный ранее вывод о возможности накопления почвенного материала на склонах [1, 4, 6]. Минимальное содержание гумуса приурочено к днищам (рис. 4, а). В днищах обеих эрозионных форм, от верховьев к низовьям, проявляется линейный тренд снижения содержания гумуса, что совпадает с характером распределения крупнопылеватых частиц. Результаты корреляционного анализа показали наличие положительной связи между содержанием гумуса и фракциями средней и мелкой пыли в овраге; в балке корреляционные связи с гранулометрическими фракциями не выявлены.
Кислотно-основные условия. Почвы «окружающей территории» оврага и балки имеют слабокислую, близкую к нейтральной (рН 6,0) реакцию среды. Почвы склонов, днища и конуса выноса Сенокосной балки характеризуются слабокислой реакцией. В почвах верхней части овр. Волчий обстановка ми-
Таблица 2
Среднее содержание* элементов в поверхностных горизонтах дерново-подзолистых почв территорий, окружающих овраг и балку
Объект изучения Элементы, мг/кг
Т1 Мп Ва 8г Zr V Сг Zn N1 Си Со РЬ 8п
Почвы оврага Волчий (8) 4000 700 200 40 400 50 50 80 30 20 10 30 3
Почвы Сенокосной балки (12) 4000 600 300 40 300 60 50 80 30 20 10 20 3
* Медианные значения. В скобках — число проб.
грации тоже слабокислая, в средней части она сменяется на нейтральную: подщелачивание обусловлено врезом овражной системы в гляциальные и флювио-гляциальные карбонатные отложения днепровского возраста [13]. В обеих формах четко проявляется тенденция к увеличению значений рН почв в ряду: окружающая территория^склоны^днище^конус выноса (рис. 4, б).
В овраге выявлена положительная корреляционная связь между величиной рН и содержанием фракции мелкого песка, что объясняется его кар-бонатностью; с пылевато-илистыми фракциями эта связь отрицательна. В Сенокосной балке корреляция между содержанием гранулометрических фракций и рН почв не установлена.
Распределение химических элементов. Гумусовые горизонты дерново-подзолистых почв на территории, окружающей эрозионные формы, отличаются по содержанию 2г, РЬ (в среднем на 30%) и Мп (на 15%), оно выше вблизи овр. Волчий; а содержание Ва (на 50%), V (на 25%) выше около Сенокосной балки. Концентрации остальных элементов одинаковы в обеих выборках (табл. 2) и близки с ранее полученными данными для гумусовых горизонтов дерново-подзолистых почв [11]. Максимальные отличия не превышают 25% для Мп, Т1, 2п; менее 25% для остальных элементов, что, вероятно, объясняется различной точностью методов определения: приближенно-количественным в данном случае и количественным в работе [12].
Модальное содержание элементов в гумусовых горизонтах малых эрозионных форм (без окружающей территории) различно: в почвах Сенокосной балки содержание Т1, Мп, V, 2п, 2г выше (на 30—50%), чем в почвах овр. Волчий; вероятно, это связано с более высоким содержанием крупнопылеватой фракции (почти в 1,5 раза) в первом случае. Различия по другим элементам недостоверны.
В почвах овр. Волчий содержание Т1, 2г, Мп, 2п, Си, V снижается в ряду склоны^днище^конус выноса (рис. 5). Для всех перечисленных элементов (кроме Си) характерно максимальное содержание в почвах «окружающей территории». Дифференциация содержания Сг, Со, N1 менее контрастна, чем для элементов первой группы (различие между их содержа-
Рис. 5. Латеральная дифференциация среднего содержания химических элементов в поверхностных горизонтах почв оврага и балки (Ь — см. на рис. 2)
нием на «окружающей территории» и склонах слабое). Не изменяются значения концентрации 8п и РЬ. Для всех элементов, кроме Си, отмечается уменьшение содержания в овраге, что совпадает с ранее описанным типом дифференциации пылеватых и илистой фракций; эта эрозионная форма является транзитной для большинства рассматриваемых элементов.
Контрастность распределения металлов в Сенокосной балке ниже, чем в овр. Волчий (рис. 5). Содержание Мп, Со, Си, N1 снижается в ряду: «окружающая территория» ^ склоны ^ днище ^ конус выноса. Для Т1 и 2г наблюдаются одинаковые значения концентрации на «окружающей территории» и конусе выноса, а на склонах и в днище они уменьшаются. 2п и Сг слабо накапливаются в днище, а V — на конусе выноса. Минимальная концентрация РЬ отмечена на конусе выноса, различия между «окружающей территорией», склонами и днищем по содержанию этого элемента не выявлены. Содержание 8п не дифференцировано по элементам
Таблица 3
Корреляция химических элементов с гранулометрическими фракциями
Гранулометрическая фракция, мм Элементы, ассоциирующиеся с фракцией
Овраг Волчий (18) Сенокосная балка (35)
1,0—0,25 (средний песок) Ва-0,8> ^0,7>Т1,Мп,Сг_0,6 Мп/У,Си,РЬ_0,5
0,25—0,05 (мелкий песок) Т1-0,6 >2г-0,5 Мп/У_0,6> Си РЬ-0,5
0,05—0,01 (крупнопылеватая) Т10,8> Сг0,7>8п,гг0,6> (Ва,2п)0,5 №,2г0,5> (Сг,2п)04> (Мп,Си,РЬ,8п)0,3
0,01—0,005 (среднепылеватая) Т1,Сг08> Ва,2г07> Мпо,6> (У,№,2п,Си,8п)05 Си,Со,2п,РЬ,^Т1о,5> (Сг)03
0,005—0,001 (мелкопылеватая) 2п,Ва07>Т1,Сг,2г06> (У,8п) 0,5 2п0,5> (Со,8п)0,3
<0,001 (илистая) 2г0.8>Т10.7> 2п0,6> (Сг,^^п)0.5 нет
Примечания. Без скобок — элементы, для которых связи считаются статистически надежными (уровень значимости р<0,01); в скобках — элементы, для которых надежность связи приемлема (уровень значимости 0,01 < p < 0,05). Значения коэффициента корреляции: без знака перед цифрой — положительная связь, со знаком минус — отрицательная. В скобках — число проб.
рельефа. Таким образом, распределение содержания металлов (рис. 5) и гранулометрических фракций (рис. 2) полностью не совпадают, что указывает на отсутствие корреляции между этими параметрами у всех элементов и разнообразие форм миграции.
В днищах эрозионных форм выявлены линейные тренды рассеяния (от верховьев к конусу выноса): в овр. Волчий — для Ва, Т1, Сг, V (Мп, 8п, 2г — на уровне тенденции), в Сенокосной балке — для N1, Си, 8п (РЬ), что, вероятно, связано с уменьшением содержания пылеватых и илистых фракций в этом направлении. Слабая тенденция к накоплению в нижних частях днища отмечена для 8г в овраге и Мп, Т1, (2г) в балке. Корреляционная связь этих элементов с песчаными фракциями, также накапливающимися в этом ряду, не выявлена. Увеличение концентрации этой группы элементов, по-видимому, связано с другими причинами: накопление Мп и 8г можно объяснить латерально-миграционными процессами, а Т1 и 2г — обогащением осадков конечных звеньев механической миграции устойчивыми к выветриванию минералами (цирконом, ильменитом) [15].
Таким образом, Сенокосная балка представляет собой аккумулятивную форму для почвенного материала, принесенного с водосбора, а в овр. Волчий аккумуляция наблюдается лишь в верхней части, что, вероятно, носит временный характер (осыпание с бортов) — этот материал будет вынесен при формировании стока. В средней части оврага за счет врезания усиливается транзит веществ.
Парагенезисы химических элементов и их связь с гранулометрическими фракциями. Для оценки влияния гранулометрических фракций на содержание металлов и выявления ассоциаций элементов, связанных с почвенным материалом разной размерности в двух системах, проведен корреляционный анализ, результаты которого, а также статистическая надежность полученных значений отражены в табл. 3. В почвах овр. Волчий выделяется группа элементов — Т1, Сг, 2г, 2п, Ва, 8п, — которая имеет значимые положительные связи со всеми фракциями, размерность
частиц в которых составляет <0,05 мм, в том числе с илистой (кроме Ва). Наиболее тесная линейная зависимость выявлена между концентрациями Т1 и Сг и содержанием крупной и средней пыли; 2п и мелкой пыли, 2г и илистой фракции. Другие элементы — Мп, V, N1, Си — ассоциируют лишь с отдельными фракциями, причем максимальное число элементов из этой группы связано с фракцией средней пыли. Связь таких разных по химическим свойствам элементов, как Т1, Сг, 2г, 2п, Ва, с тонкими гранулометрическими фракциями, вероятно, объясняется их минералогическим составом и происхождением из одного типа отложений. Отрицательная корреляция металлов проявляется с песчаными фракциями: для Ва, V, Т1, Мп, Сг — с фракцией среднего песка; для Т1 и 2г — с фракцией мелкого песка. Эта дифференциация между средним и мелким песком подтверждает ранее высказанное предположение о различном генезисе этих фракций.
В почвах Сенокосной балки большинство металлов (Си, Со, N1, 2п, РЬ, 2г, V) тесно связаны с крупно- и среднепылеватыми фракциями, для остальных элементов (Т1, Мп, 8п, Сг) эта связь приемлема. Мелкая пыль влияет лишь на содержание 2п, в меньшей степени — Со, 8п. Между содержанием илистой фракции и изученными элементами положительная связь отсутствует. Мп, V, Си, РЬ имеют сильную отрицательную корреляцию с обеими песчаными фракциями.
Таким образом, содержание пылеватых фракций сильно влияет на концентрацию металлов в почвах, т.е. эти фракции можно назвать компонентом-носителем; песчаные фракции являются компонентом-разбавителем, способствующим снижению содержания металлов. Группы металлов, имеющие отрицательную корреляцию с песчаными фракциями в овраге и балке, включают общие элементы Мп, V, а также различные: в овраге — Ва, Т1, Сг; в балке — Си, РЬ.
Выводы. 1. Овраг и балка, имеющие различную морфологию и историю развития, отличаются по
характеру и контрастности распределения фракций среднего песка и пылеватых, но схожи по поведению мелкого песка и илистой фракции. Для пылеватых и илистой фракций днище овр. Волчий представляет собой транзитную систему, а днище Сенокосной балки — аккумулятивную. В обеих эрозионных формах вдоль днища от верховьев к конусу выноса проявляются линейные тренды аккумуляции среднего песка (слабые для мелкого песка), а также рассеяния крупной и средней пыли (слабые для мелкой пыли).
2. В овраге и балке максимальное содержание гумуса приурочено к почвам склонов. В днищах обеих эрозионных форм от верховьев к низовьям выявлена
тенденция к снижению содержания гумуса, что совпадает с характером распределения крупнопылева-тых частиц.
3. В почвах балки содержание Т1, Мп, V, 2п, 2г на 30—50% выше, чем в почвах оврага, что связано с более высоким содержанием пылеватых фракций, значимая положительная корреляция с которыми установлена для всех металлов, кроме 8г.
4. Распределение элементов в почвах днищ от верховьев к низовьям проявляется в постепенном снижении содержания Ва, Т1, Сг, V (слабее Мп, 8п, 2г) в овраге и №, Си, 8п (РЬ) в балке, что свидетельствует об их участии в миграционных процессах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ажигиров А.А., Голосов В.Н., Добровольская Н.Г. и др. Исследование стока воды и наносов на склоновых водосборах в бассейне р. Протвы. М.: ВИНИТИ, 6389-В87, 1987. 175 с.
2. Антонов С.И., Несмелова Е.И., Низовцев В.А., Христофоров А.В. Московский государственный университет. Сатинская станция // Учебно-научные географические станции вузов России. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. С. 158-196.
3. Белковская Л.М, Болысов С.И. Оценка информативности топокарт разных масштабов с точки зрения эрозионной расчлененности и возможности их использования при проектировании // Проблемы инженерной географии: Тез. докл. Всесоюз. конф. М., 1987. С. 101-102.
4. Геннадиев А.Н., Голосов В.Н., Маркелов М.В. и др. Разработка метода разновозрастных трассеров для оценки стадийности почвенно-эрозионных процессов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2008. № 3. С. 24-31.
5. Герасимова М.И, Исаченкова Л.Б. Почвы и почвенный покров Сатинского учебного полигона. М., 2003. 39 с. (Полиграфический отдел географического факультета МГУ).
6. Голосов В.Н. Эрозионно-аккумулятивные процессы в речных бассейнах освоенных равнин. М.: ГЕОС, 2006. 296 с.
7. Еременко Е.А. Ложбинный мезорельеф центральных и южных районов Восточно-Европейской равнины: Автореф. канд. дис. М., 2009. 24 с.
8. Касимов Н.С., Кошелева Н.Е., Самонова О.А. Фоновая геохимическая дифференциация ландшаф-
тов смешанных лесов центра Русской равнины // География и окружающая среда. СПб.: Наука, 2003. С. 256-273.
9. Панин А.В., Каревская И.А., Фузенина Ю.Н, Ше-ремецкая Е.Д. Среднеголоценовая фаза оврагообразо-вания в Юго-Западном Подмосковье // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2009. № 6. С. 62-73.
10. Самонова О.А. Тяжелые металлы в катенах смешанных лесов Смоленско-Московской возвышенности // Геохимия ландшафтов и география почв. Смоленск: Ойкумена, 2002. С. 91-120.
11. 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. С. 58-65.
12. Самонова О.А., Асеева Е.Н. Геохимическая трансформация покровных и моренных суглинков бассейна Средней Протвы в процессе почвообразования // Там же. 2006. № 6. С. 67-74.
13. Строение и история развития долины р. Про-твы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1996. 127 с.
14. Фузеина Ю.Н, Панин А.В. Морфология и возраст малых эрозионных форм в бассейне Средней Протвы // Межвуз. координац. совещ. по проблеме эрозионных русловых и устьевых процессов. Псков, 13-15 окт. 1998 г. Псков: МГУ; Псков. гос. пед. ин-т, 1998. С. 161-163.
15. Fitzpalrick R.W., Chittleborough D.J. Titanium and zirconium minerals // Soil Sci. Soc. Amer. Madison WI, 2002. Р. 667-690. (Soil mineralogy with environmental applications).
Поступила в редакцию 08.06.2009
O.A. Samonova, E.N. Aseeva
SOIL-GEOCHEMICAL DIFFERENTIATION OF SMALL EROSION FORMS WITHIN THE SOUTH-EASTERN PART OF THE SMOLENSK-MOSCOW UPLAND
Spatial distribution of particle-size fractions, humus, pH values, as well as Ti, Zr, Mn, Co, Zn, Cu, Pb, Cr, V, Ni, Sn, Sr and Ba in the upper horizon of soils of small erosion forms (i.e. ravine and balka) has been studied within the MSU Satino training station in the central part of the Protva River basin. Correlation of these values was analyzed using statistical procedures. Metal content (except Sr) shows positive correlation with silt fractions. The bottom of the Volchy ravine is a transit system for silt and clay fractions, while that of the Senokosnaya balka is an accumulative one. From upper to lower courses a gradual decrease of content was observed for Ba, Ti, Cr and V in bottom soils of the ravine (to a less extent for Mn, Sn and Zr) and for Ni, Cu and Sn (to a less extent for Pb) in those of the balka, thus proving their participation in the migration processes.
Key words: geochemical structure, small erosion forms, soils, particle-size fractions, humus, metals.
