CC BY
27
УДК 631.4
ПРИРОДНЫЕ ВОДЫ
В СИСТЕМЕ СОПРЯЖЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ
Л.Г. Богатырёв, А.И. Бенедиктова, Н.И. Жилин, М.М. Карпухин,
Р.А. Стрелецкий, Е.А. Погожева, Н.Л. Якушев
Сравнительный анализ природных вод системы южнотаежных ландшафтов показал, что разница в их составе обусловлена не только принадлежностью к определенному типу водоема, но и характером водовмещающих пород. Специфика состава особенно ярко проявляется в случае повышенной карбонатности, тяготеющей к при-террасью р. Клязьмы. Установлено, что снеговые воды подмосковных ландшафтов менее загрязнены, чем городские. Сопоставление лизиметрических и природных вод позволяет утверждать, что в природе наблюдаются две условные группы: первая сформирована водотоками с пойменных ландшафтов с повышенной карбонатностью, вторая — природными водами, принадлежащими ландшафтам вне зоны влияния карбонатов. Лизиметрические воды незагрязненных участков явно тяготеют к природным, тогда как воды зоны влияния противогололедных препаратов образуют самостоятельную группу.
Ключевые слова: природные воды, ландшафты, лизиметры.
Введение
Природные воды давно и последовательно изучают в почвоведении и геохимии. В настоящее время спектр этих исследований довольно разнообразен. Бесспорно, актуальные теоретические изыскания — от основных концепций в области геохимии [5] до экологической парадигмы, под углом которой рассматривается качество природных вод [11], — сочетаются с постоянными наблюдениями за их химическим составом. Последнее направление в свою очередь включает массив исследований — от таковых в области биодиагностики [17], в рамках которых показана информативность зообентоса, ряски, диатомовых водорослей [19, 20], фитопланктона, макрозообентоса, пигментов, микробных сообществ [7, 13], до роли эпито-фитовзвесей [18]. Установлены новые опасные антропогенные воздействия на водные экосистемы, открытые С.А. Остроумовым (по [3]). Предложено разделение критериев качества воды на три группы: 1) по содержанию тяжелых металлов (ТМ), нефтепродуктов, полихлорированных дифенилов, канцерогенных веществ; 2) по содержанию биологически и химически поглощенного кислорода (БПК и ХПК), содержанию кислорода, солевому составу, показателям микробного загрязнения; 3) по дополнительным критериям, называемым экстремальными («цветение», заморы, болезни гидробионтов, нетипичные биологические виды растений) [9]. Обсуждается понятие «экологически допустимые уровни» (ЭДУ) с нормированием по типам вод; сформировалось направление водной токсикологии; сформулирована теория и критерии самоочищения, включая расчеты этих
показателей [6]; развивается направление, связанное с изучением роли донных отложений.
Не ослабевает интерес к миграции природных вод в условиях полигонов [4, 8], к наблюдениям за атмосферными осадками, включая изменение состава воды при прохождении через кроны деревьев [1]. Оценивается вынос биогенной и минеральной компонент [2, 14]. По-прежнему большое значение имеют расчеты модулей рек [15]. Разработаны гидрогеохимические критерии состояния поверхностных вод [10] и новые критерии различия нефтяных и биогенных углеводородов [16].
Продолжают оставаться актуальными исследования, связанные с классическим изучением состава природных вод в системе сопряженных геохимических ландшафтов в целях установления соответствия особенностям положения в них и особенностям минеральной матрицы естественных почв, а также лизиметров [12]. Этому и посвящена настоящая работа.
Объекты и методы исследования
При выборе объектов для изучения мы руководствовались следующими соображениями. Во-первых, они должны принадлежать единому геохимическому ландшафту, охватывающему наиболее типичные геоморфологические элементы. Во-вторых, они должны быть максимально контрастными в почвенно-геохимическом отношении. Наиболее идеально подошел геохимический ландшафт в пределах бассейна р. Клязьмы, последовательно охватывающий серию соподчиненных элементарных ландшафтов от выровненных водораздельных и склоновых геоморфологических до относитель-
Таблица 1
Основная морфологическая характеристика почв в пределах геохимического ландшафта р. Клязьмы
Почва Профиль почвы, глубина горизонтов, см Тип растительности
Элювиальный ландшафт
Дерново-слабоподзолистая среднепахотная грунто-во-слабоглееватая легкосуглинистая на покровном суглинке, подстилаемом мореной Аё 0—12 —АЕ 12—29 — ЕВ 29—45 — В1 45—29 — В2Е 59—73 — В3Е 73—100 — ВСЕ 100—125 — С1н 125—150 — С2Е 150—180 — С3Е 180—205 — С4Е 205—... Злаковый луг
Транзитный ландшафт
Глубоко дерновая, глубоко- и сильноподзолистая пылевато-среднесуглинистая на покровном суглинке, подстилаемом мореной О1 0—1 — Аё 1—5 — А1 5—15 — АЕ 15—27 — Е 27—40 — ЕВ 40—52 — В1 52—70 — ВСЕ 70—90 — D 90—... Ельник-кисличник
Аккумулятивный ландшафт
Аллювиальная лугово-болотная окарбоначенная маломощная перегнойная на аллювиальных отложениях Аё 0—5 — А1 5—13 — АС 13—21 — D1 21—100 — D2 100—... Заболоченный луг
Аллювиально-луговая кислая маломощная средне-суглинистая на аллювиальных отложениях, старопахотная ожелезненная, подстилаемая грубозернистыми песками Аё 0—5 — А1 5—26 — АС 26—36 — С1Е 36—51 — С2Е 51—70 — С3Е 70—94 — G 94—... Злаковый луг
Аллювиальная луговая пылевато-среднесуглинистая среднемощная на аллювиальных отложениях, подстилаемых торфом Аё 0—5 — А1 5—25 — АСЕ 25—38 — D (Т) 38—... Разнотравно-злаковый луг
но выровненных пойменных, объединенных единым циклом миграции веществ (табл. 1).
Элювиальный ландшафт представлен обычными дерново-подзолистыми пахотными почвами, сформированными на покровных суглинках, подстилаемых мореной. Обычно уровень залегания морены находится на глубине 80—90 см, однако в некоторых случаях мощность покровного суглинка значительно превышает указанную глубину, что связано с бывшими криогенными процессами, которые обусловили образование клиновидных трещин. Для почвенного профиля характерен элювиально-иллювиальный тип формирования с ровной границей на глубине 30—35 см, образовавшейся вследствие характерного уплотнения, обычного для нижней части пахотной подошвы. Элювиальный горизонт почти полностью вовлечен в пахотный, тем не менее отчетливо наблюдаются узкие оподзоленные клинья, глубоко проникающие в нижележащие иллювиальные горизонты. Последние имеют хорошо выраженную призмати-ческо-ореховатую структуру с довольно ясными кутанами по граням структурных отдельностей. Весь профиль интенсивно охвачен почвообразованием, поэтому в нижней его части выделяется переходный гор. ВС, подстилаемый красно-бурой (граница резкая) тяжелосуглинистой мореной с разного рода включениями — от щебня до неока-танных камней. В отдельные влажные годы, особенно на выровненных и относительно пониженных участках водораздела, на глубине 80—90 см вскрываются почвенно-грунтовые воды, тогда как
в относительно сухие годы весь профиль до глубины 1,5 м и глубже свободен от них и даже без интенсивного проявления процессов оглеения. Водораздел постепенно переходит в склон северной экспозиции, и уже в пределах третьей террасы объектом исследований становится замкнутый водоем, занимающий пониженный участок. Он имеет застойный режим, его поверхность обычно занята водорослями.
Транзитный ландшафт приурочен к склону северо-восточной экспозиции с уклоном 1—3° второй террасы Клязьмы и занят ельником-кисличником. Почвы формируются на покровных суглинках, подстилаемых мореной. Профиль также формируется по элювиально-иллювиальному типу. Характерной его особенностью является высокая биогенность, которая проявляется в наличии хорошо выраженной гумифицированной подстилки и отчетливо выраженными ходами червей. В отличие от почв водораздельных пространств, здесь отмечается заметная облегченность гранулометрического состава и более близкое залегание морены — на глубине 90 см. Покровный суглинок характеризуется высокой преобразованностью вследствие интенсивных почвообразовательных процессов, что позволяет морфологически выделить только переходный горизонт типа ВС.
В пределах аккумулятивного ландшафта, представленного поймой, выделено несколько разных в почвенно-геохимическом отношении участков. Во-первых, в краевых позициях, на притеррасной части, формируются лугово-болотные окарбона-
ченные почвы на аллювиальных отложениях. В профиле в первую очередь обращает на себя внимание повсеместная высокая окарбоначенность, которая в сочетании с зонами ожелезнения имеет выпадение карбонатов совместно с железом. В отличие от почвенного покрова водораздела и склонов, здесь обнаруживается вскипание с самой поверхности. Кроме того, в профиле встречаются не только пропиточные формы карбонатов, но нередки их плотные стяжения, причем часто ожелезнен-ные. Явная слоистость, проявляющаяся в чередовании карбонатных прослоев разного размера (от нескольких сантиметров до белесых толщ мощностью 10—20 см), ожелезненных зон ржаво-охристых тонов и участков чистой охры, свидетельствует о том, что почва неоднократно переживала колебания уровня почвенно-грунтовых вод (в настоящее время они обнаруживаются на глубине 1 м). Особенность профиля проявляется в том, что он подстилается черным, хорошо разложившимся торфом, подчас с сохранившимися остатками растений. Таким образом, в пределах контактных зон притеррасной части поймы и склонов обнаруживаемая повышенная карбонатность является следствием специфического состава природных вод, имеющих повышенное содержание кальция (табл. 2).
В пределах повышенной части центральной поймы выделяются аллювиально-луговые кислые маломощные почвы на аллювиальных отложениях, подстилаемых песками. Для профиля в целом характерна не только хорошо выраженная гумусиро-ванность верхних горизонтов, но и насыщенность их железисто-марганцевыми новообразованиями, которые составляют до 10% общей массы. Собст-
венно почвообразующая порода характеризуется отчетливо выраженными признаками оглеения, которые проявляются уже с глубины 36 см. Подстилающая порода залегает на глубине 90 см и отличается сочетанием пятен оглеения с ржаво-охристыми окисленными зонами, хорошей сор-тированностью и облегченным гранулометрическим составом.
В пределах поймы в пониженных элементах рельефа под луговой растительностью развивается аллювиальная почва с хорошо выраженной гу-мусово-аккумулятивной зоной до глубины 25 см, сменяемой гор. АС. Ниже следует серия переходных горизонтов, относящихся к почвообразующей породе, с характерными признаками оглеения. Весь профиль почвы так же, как и почва в пределах притеррасной части поймы, подстилается торфом, однако здесь он залегает значительно ближе к поверхности — на глубине 40 см, что обычно совпадает с уровнем почвенно-грунтовых вод, диагностируемых на этой глубине.
Маршрутные исследования в пределах поймы показали, что, кроме явной окарбоначенности притеррасной части, для нее характерна интенсивная аккумуляция разного рода железо-марганцевых образований, причем повсеместная. Так, в заболоченной части леса притеррасной поймы на небольшой глубине в пределах торфяной толщи нередко обнаруживаются болотные руды, довольно плотные по консистенции, бурых и охристых тонов. Кроме того, вблизи осушительных канав нередки скопления роренштейнов, вероятно, попавших на поверхность в период проведения мелиоративных мероприятий.
Таблица 2
Среднегодовой химический состав природных вод за 2011—2013 гг., мг/л (п = 220)
Место отбора пробы рН G, мСм/см № МЕ К Са Мп Fe С N F ^ СГ N03 so4- ро4з НСОз
Река Клязьма 7,39 0,61 20,91 16,22 4,87 61,30 0,01 0,12 6,29 2,54 0,34 30,34 15,41 24,13 0,16 315,41
Бобровый ручей 7,17 0,63 18,07 14,66 5,75 65,20 0,04 0,13 7,24 1,61 0,23 36,81 5,48 35,89 0,10 286,03
Fe-Генеральский ручей 7,57 0,59 10,76 16,91 4,51 57,84 0,01 0,11 4,63 1,30 0,29 15,31 5,49 21,27 0,39 337,79
Генеральский ручей 7,33 0,60 22,55 14,69 10,13 58,89 0,03 0,08 5,88 2,27 0,25 22,08 6,92 31,62 0,30 247,39
Железный ручей 7,34 0,61 8,95 19,23 2,71 70,27 0,02 0,08 3,37 0,66 0,33 10,37 3,64 19,16 0,19 378,16
Карбонатный ручей 7,58 0,60 6,08 16,26 1,43 70,15 0,01 0,05 3,39 0,83 0,28 19,99 3,32 41,40 0,04 291,44
Приток Карбонатного ручья 7,47 0,60 6,50 18,23 1,33 66,48 0,02 0,08 3,39 0,56 0,32 11,78 0,39 25,74 0,04 335,50
Генеральский пруд 7,40 0,54 24,58 12,30 12,63 55,13 0,08 0,09 7,19 2,42 0,25 26,69 14,71 24,98 0,53 253,76
Торфяной пруд 7,45 0,49 5,74 12,91 1,68 54,71 0,01 0,04 4,39 0,87 0,30 15,35 1,68 31,12 0,03 252,13
Ольгин пруд 6,98 0,17 4,57 3,69 7,19 17,51 0,07 0,15 9,92 1,44 0,16 3,91 1,57 7,93 0,19 87,03
Таким образом, для всего геохимического профиля, охватывающего водораздел, склоны и пойменные участки, характерна не только смена гранулометрического состава, что закономерно при переходе от покровных суглинков водораздела и склонов к более разнообразным аллювиальным отложениям, но и явная геохимическая контрастность, обусловленная обычным для пойм активным влиянием почвенно-грунтовых вод, вскрывающихся на небольшой глубине, а также явной карбонатностью почв, развивающихся в условиях геохимического барьера, образующегося в условиях притеррасной части поймы. Все это заставило поставить вопрос о степени соответствия состава природных вод с их положением в системе сопряженных ландшафтов.
Замкнутые водоемы. Природные воды отбирали в соответствии с элементами геохимического ландшафта. Первый объект — Ольгин пруд, приуроченный к пониженному участку второй террасы Клязьмы. Он имеет повышенную эвтрофика-цию и обычно в летний период его поверхность занята водорослями.
Второй объект — Генеральский пруд (рукотворный) расположен в притеррасной части поймы; образовался он в результате запруживания ручья, который дренирует большой участок водораздела и прилегающие склоны, образуя довольно обширный овраг. Его характерная особенность состоит в том, что он принимает воды, формирующиеся частично под пахотными и лесными экосистемами, преимущественно хвойного типа.
Третий объект — Торфяной пруд — приурочен к центральной пойме и близко подходит к окар-боначенным почвам, которые были исследованы в пределах контакта поймы и первой террасы.
Ручьи. В системе сопряженного геохимического ландшафта они занимают разные позиции.
В условиях притеррасного ландшафта наиболее удаленный от поймы ручей протекает по дну оврага Красный воин и образует так называемый Генеральский ручей. Карбонатный ручей и его притоки образуют группу, дренирующую участки поймы с карбонатными почвами. Следующая группа — ручей, впадающий в Клязьму и образованный в результате слияния ручья, вытекающего из Генеральского пруда, и ручья, сформировавшегося из родника в притеррасье, примыкающем к Генеральском пруду. И последний объект, который следует рассматривать как специфический, — упомянутый выше родник, названный нами «Железный» вследствие того, что в его пределах на поверхности почвы, в месте его выклинивания, отчетливо выделяется обширная ожелезненная зона.
Пробы снега в пределах всего геохимического ландшафта центральной поймы (элювиальный, транзитный и аккумулятивный) отбирали в зимний период. Своеобразным эталоном служила Клязь-
ма, в которую открываются все ручьи. Исследования природных вод проводили в годичной динамике. Поступление поллютантов оценивали по результатам анализа твердых осадков с определением запасов снега и его дифференциации в системе сопряженных ландшафтов. В целях сравнения были проанализированы снежный покров в пределах Ботанического сада, твердые осадки (снег) и непосредственно воды стационарных почвенных лизиметров факультета почвоведения МГУ.
Полевые методы включали в себя посезонный отбор природных вод. Лабораторные исследования проведены на базе использования атомно-абсорб-ционного спектрофотометра contrAA 300 фирмы «Analytik Jena» и масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой Agilent ICP-MS 7500a. Данные обрабатывали методами статистики.
Результаты и их обсуждение
Величина сухого остатка как одна из интегральных величин, отражающих специфику природных вод, колеблется от 100 до 300—400 мг/л, причем наиболее низкие значения характерны для источников в пределах второй террасы Клязьмы. На фоне довольно близких показателей остальных водоемов существенная величина сухого остатка вод самой р. Клязьмы и ее основного притока, вероятно, связана с выходом в пойме карбонатных пород, чье влияние в наиболее яркой форме проявляется в притеррасной части, где описаны луго-во-болотные окарбоначенные почвы. Как и следовало ожидать, ведущее место в составе вод среди всех катионов принадлежит кальцию, содержание которого варьирует в довольно широком диапазоне: минимальные величины — в водоемах второй террасы, максимальные — в пойменных водах. Промежуточное положение занимают ручьи и водоемы, чей химический состав формируется за счет дренирования водораздельных и склоновых ландшафтов. Аналогичная картина наблюдается и для магния, который хорошо коррелирует с кальцием. Поведение калия носит своеобразный характер, для которого свойственно отсутствие аналогии с поведением кальция: его минимальные значения могут вполне сосуществовать с высокими величинами кальция. Содержание натрия следует в своем поведении калию. Относительно высокие величины этого элемента обнаруживаются в речных водах Клязьмы и ее больших притоках, за исключением тех, которые дренируют ландшафты, затронутые антропогенной деятельностью (например, Генеральский ручей и пруд).
Величина кислотности позволяет сделать заключение, что исследованные воды, как правило, носят нейтральный характер с тенденцией к некоторому подкислению в таковых водоемов вто-
рой террасы. Содержание водорастворимого углерода отражает уровень эвтрофикации водоемов. Так, его максимальное количество, с одной стороны, свойственно Клязьме и ее основным притокам, а с другой — ручьям и водоемам в пределах ландшафтов существенного антропогенного воздействия (Генеральский пруд и Генеральский ручей). Минимальное количество элемента обнаружено в водах поймы. Отметим, что содержание азота хорошо коррелирует с общим углеродом, что характерно для всей совокупности исследованных природных вод.
Сезонная динамика состава природных вод в первую очередь связана с типом водоема. В этом отношении довольно близкий характер имеют изменения содержания важнейших элементов в водах р. Клязьмы и ее притоков. К этим двум объектам по данному показателю близка ситуация, характеризующая Карбонатный ручей, формирующийся в пределах поймы, частично вбирающий в себя сток водоразделов и затем впадающий в Клязьму. Для всех указанных объектов свойственна тенденция закономерного разбавления в весенний период и значительная концентрация элементов в зимний. Особенно ярко это проявляется в отношении кальция, в несколько меньшей степени — других элементов.
Ручьи, дренирующие преимущественно склоновые и водораздельные территории, и водоем,
принимающий их воды, имеют закономерное близкое поведение кальция и магния. Обращает на себя внимание натрий с двумя максимумами — в весенний и зимний периоды, и минимумом — в летний. В этом отношении указанные водоемы отличны от тех, к которым относится р. Клязьма и пойменные ручьи. Учитывая высокую подвижность натрия, можно предположить, что увеличение его количества в весенний период обусловлено антропогенным загрязнением.
Весьма своеобразна динамика во времени химического состава вод родника, выклинивающегося на стыке поймы и первой террасы. Им также свойствен заметный максимум содержания кальция в зимний период, что сочетается с незначительным его изменением по сезонам магния с почти постоянной концентрацией калия. Очень близкая, почти идентичная, картина поведения элементов обнаруживается в другом роднике, также открывающемся в пойму, но впадающем в Карбонатный ручей.
Детальный анализ состава анионов показал, что в целом для природных вод характерен довольно широкий размах значений, подобный в этом отношении катионам. Однако обращает на себя внимание то, что, несмотря на крайне высокие, но единичные величины содержания хлора (80 мг/л) и минимальные (до 2 мг/л), обнаруженные в весенний период в пруду в пределах поймы, веду-
Таблица 3
Содержание химических элементов и соединений в снеговых водах исследуемых объектов (2010—2015 гг.), мг/л (п = 68)
Объект исследования № МЕ К Са Мп Fe С N F ^ СГ N03 304- ро4-
Чашниково
Водораздел, пашня (элювиальный ландшафт) 1,13 0,30 0,41 2,22 0,01 0,04 1,12 0,58 0,09 3,77 0,98 2,47 0,01
Вторая терраса, пашня (транзитный ландшафт) 0,69 0,20 0,22 0,75 0,00 0,00 0,76 0,38 0,11 4,18 0,92 1,09 0,00
Ельник-кисличник (транзитный ландшафт) 0,82 0,33 0,95 1,46 0,06 0,02 3,30 1,06 0,06 2,21 1,94 1,44 0,05
Суходольный луг (транзитно-аккумулятивный ландшафт) 0,78 0,23 0,57 1,14 0,01 0,03 1,38 0,79 0,06 3,11 0,80 1,17 0,02
Пойма (аккумулятивный ландшафт) 0,82 0,29 0,36 1,21 0,01 0,03 2,09 0,71 0,11 3,50 1,00 1,65 0,07
Ботанический сад МГУ
Лиственничник 2,31 0,72 1,40 6,18 0,00 0,01 3,48 0,77 0,10 5,00 1,58 2,25 0,02
Сосняк 3,81 1,34 10,67 7,60 0,01 0,05 29,11 4,82 0,26 9,30 2,05 6,66 1,32
Ельник 1,68 1,12 8,90 5,05 0,09 0,04 27,12 5,40 0,22 5,99 5,20 14,46 3,37
Липняк 1,45 0,41 0,72 2,34 0,01 0,00 2,15 0,62 0,09 3,72 0,93 2,11 0,35
Почвенные лизиметры
Черный пар 4,22 0,47 0,66 3,09 0,00 0,00 1,53 1,03 0,04 6,92 1,71 1,83 0,03
Широколиственный лес 2,41 0,41 0,48 2,15 0,01 0,01 4,34 1,19 0,07 3,47 1,11 3,05 0,03
Ельник 1,18 0,52 0,39 3,14 0,01 0,00 2,36 0,83 0,03 5,14 0,90 2,21 0,60
Таблица 4
Состав лизиметрических вод незагрязненных (над чертой) и загрязненных (под чертой) участков под различными фитоценозами (2013—2014 гг.), мг/л (п = 99)
№ МЕ К Са Мп Fe С N F - С1- N03 304- Р04-
Залежь
5,40 12,42 2,44 11,78 0,79 3,47 6,92 41,58 0,00 0,15 0,42 0,22 1,63 10,37 0,16 1,50 0,11 0,19 454,68 62,38 0,06 4,98 37,98 28,59 0,01 1,15
Ельник
19,14 35,82 15,32 53,37 6,85 10,09 68,65 246,42 0,00 0,03 0,07 0,04 3,83 4,82 0,34 0,28 0,20 0,16 127,98 482,26 1,01 0,19 60,35 49,34 0,00 0,03
Смешанный лес
34,46 90,41 20,79 160,07 23,72 4,86 88,78 724,29 0,06 0,43 0,02 0,09 14,41 5,64 0,91 0,29 0,33 0,20 165,89 1653,18 2,69 0,05 169,79 69,53 0,13 0,00
Широколиственный лес
26,69 48,47 29,32 59,41 4,78 9,19 110,99 259,89 0,55 0,05 0,21 0,08 5,52 7,19 0,31 0,39 0,19 0,52 316,23 511,91 0,51 0,72 34,75 28,88 0,05 0,08
Черный пар
10,56 24,90 6,59 31,79 6,96 5,64 24,19 192,57 0,03 0,03 0,95 0,07 4,62 4,48 0,36 0,31 0,16 0,20 63,24 324,90 0,61 1,22 18,91 19,88 0,36 0,04
щее место принадлежит сульфатам, чье содержание варьирует в среднем от 5 до 46 мг/л, причем в течение года они постоянно занимают существенное место в составе воды. Значительный размах в содержании характерен и для нитратов — 0,6—31 мг/л, которые явно преобладают над нитридами: их количество чрезвычайно низко и не превышает 0,1 мг/л, а иногда и ниже. Определение фторидов показало, что их содержание колеблется в очень низких пределах — от 0,01 до 0,3 мг/л. Такие же низкие величины, вплоть до следовых, обнаруживаются и для бромидов, тем не менее, для них установлены и довольно высокие значения — около 12 мг/л. В снеговых водах содержание анионов почти так же закономерно уменьшается, как и в природных (табл.3). Существенно, что на фоне низкой минерализации снеговым водам свойственна кислая реакция. В то же время содержание углерода и азота в них и водотоках довольно близко, что объясняется, в первую очередь, загрязнением поллютантами. В целях сравнения были дополнительно исследованы снеговые
воды Ботанического сада МГУ и территории почвенных лизиметров (табл. 3). Оказалось, что наиболее низкие величины общей минерализации и, соответственно, содержания макроэлементов характерны таковым Чашникова и Ботанического сада МГУ. Наибольшему загрязнению подвергается территория почвенных лизиметров. Это объясняется тем, что этот объект расположен вблизи шоссе, в течение зимы в целях борьбы с гололедом постоянно обрабатываемого солями кальция и натрия, которые механически заносятся на площадки лизиметров (табл.4). Это отражается на составе лизиметрических вод: в наибольшей степени загрязнены воды тех лизиметров, которые находятся в непосредственной близости от шоссе. Причем это относится к составу вод всех лизиметров, независимо от типа фитоценоза.
Степень загрязненности природных вод почвенных лизиметров установлена на основе сопоставления содержания компонентов в незагрязненных природных водах с загрязненными (табл. 5). Наибольшее загрязнение связано с катионом каль-
Таблица 5
Коэффициенты загрязненности лизиметров
Растительность лизиметра МЕ2+ К+ Са2+ Fe3+ С N F - С1- зо4-
Залежь 2,2 4,8 9,9 5,6 0,1 0,8 6,0 1,5 69,6 н/д 2,9
Ельник 3,3 6,2 8,0 11,8 0,5 1,8 1,6 1,7 10,6 1,7 2,4
Широколиственный лес 3,2 4,6 2,8 9,6 0,5 1,9 1,4 0,3 0,8 н/д 0,1
Черный пар 3,4 7,0 2,4 9,3 0,6 1,1 1,0 1,2 9,5 0,4 2,2
Среднее 3,0 5,7 5,8 9,1 0,4 1,4 2,5 1,2 22,6 1,0 1,9
Дендрограмма твердых осадков, лизиметрических и природных вод (метод Варда, Евклидово расстояние) по данным табл. 2: 1 — Чашниково (снег), 2 — Ботанический сад МГУ (снег), 3 — лизиметры (снег), 4 — Ленинский р-н Москвы (снег), 5 — Ольгин пруд, 6 — Генеральский пруд, 7 — Генеральский ручей, 8 — Торфяной пруд, 9 — Карбонатный ручей, 10 — Общекарбонатный ручей, 11 — Бобровый ручей, 12 — р. Клязьма, 13 — Карбонатный родник, 14 — Железный родник, 15 — Fe-Ге-неральский ручей, 16 — лизиметрические воды чистые, 17 — лизиметрические воды загрязненные
ция, а из анионов — с хлором. В первую очередь, это объясняется тем, что в антигололедных препаратах одни из компонентов — хлориды кальция и натрия.
Таким образом, несмотря на то, что все исследованные природные воды относятся к гидрокар-бонатно-кальциевому классу, они подразделяются в зависимости от принадлежности к тому или иному геохимическому ландшафту. Так, одну группу образуют природные воды, формирующиеся в пойме. Своеобразие ее обусловлено несколькими причинами. Одна из них заключается в том, что сама пойма является аккумулятивным ландшафтом и уже по этой причине следует ожидать здесь повышенное содержание важнейших элементов вследствие обычных геохимических барьеров, характерных для подобных ландшафтов. Дополнительный фактор, обусловливающий закономерное возрастание минерализации, — наличие четких признаков окарбоначивания, которое проявляется в яркой форме в лугово-болотных карбонатных почвах. Следствием этого является формирование в пойме эвтотрофных водоемов и ручьев с повышенным содержанием кальция.
Вторая группа природных вод характеризуется слабой минерализацией и низким содержанием кальция, она тяготеет ко второй террасе, где главная роль принадлежит обычным дерново-подзолистым почвам без всяких признаков карбонатов. Именно в этих условиях идет формирование во-
доемов, в частности, прудов с признаками олиго-трофности.
Третью группу образуют природные воды, химический состав которых создается в результате дренирования водораздельных и склоновых ландшафтов, но без активного участия карбонатов.
Для исследования природных вод исходной группы был использован кластерный анализ, который подтвердил предварительное заключение о тесной взаимосвязи особенностей элементарных ландшафтов (рисунок). Как и следовало ожидать, состав снега в зависимости от своей принадлежности к ландшафтам также дифференцирован, образуя ряд по возрастанию загрязнения: Чашниково < Ботанический сад < лизиметры. Геохимическая контрастность в лизиметрических водах является следствием длительного использования противогололедных препаратов.
Выводы
• Установлено, что в условиях южнотаежных ландшафтов УОПЭЦ «Чашниково» поверхностные природные воды относятся к гидрокарбонатно-кальциевому классу и хорошо отражают особенности ландшафтной принадлежности и специфики почвенного покрова.
• Показано, что карбонатность является дополнительным фактором, усиливающим специфику природных вод в пределах пойменных ландшафтов.
• Твердые осадки характеризуются низкой минерализацией и слабокислой реакций с одновременной дифференциацией своего состава в зависимости от территориальной принадлежности к относительно слабозагрязненным территориям Московской обл., Ботаническому саду МГУ или к условиям интенсивного антропогенного воздействия в виде антигололедных препаратов, в зоне влияния которых находятся почвенные лизиметры.
• Антропогенное последействие антигололедных препаратов проявляется в повышенном содержании в лизиметрических водах кальция, магния, натрия и калия, что является следствием высокой растворимости указанных соединений и их быстрой последующей миграции в почвенно-грун-товые воды.
• Сравнение состава природных вод естественных ландшафтов позволило разделить их на две группы. Образование первой обусловлено принадлежностью к пойме с характерной повышенной карбонатностью. Вторую группу образуют поверхностные воды, принадлежащие внепоймен-ным ландшафтам водораздельных и террасовых территорий.
• Лизиметрические воды незагрязненных участков по своему составу приближаются к обычным природным водам, характерным для южнотаежных ландшафтов, и только в случае импактного влияния противогололедных препаратов образуют самостоятельную группу.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глазовский Н.Ф., Учватов В.П. Химический состав атмосферной пыли и его изменение после осаждения на кроны деревьев // Взаимодействие лесных экосистем и атмосферных загрязнителей. Ч. 2. Таллинн, 1982.
2. Денисова А.И., Нохрина Е.П., Новиков Б.И., Рябов А.К. Донные отложения водохранилищ и их влияние на качество воды. Киев, 1987.
3. Добровольский Г.В. Открытие нового вида опасных антропогенных воздействий в экологии животных и биосфере: ингибирование фильтрационной активности моллюсков поверхностно-активными веществами. М., 2008.
4. Емельянова В.П., Данилова Г.Н., Колесникова Т.Х. Оценка качества поверхностных вод суши по гидрохимическим показателям // Гидрохим. мат-лы. 1983. Т. 88.
5. Касимов Н.С. Базовые концепции и принципы геохимии ландшафтов // Геохимия биосферы. М.; Смоленск, 2006.
6. Кореневская И.М., Тарасов М.Н., Фадеев В.В. и др. Коэффициенты скорости самоочищения речных вод от некоторых загрязняющих веществ // Гидрохим. мат-лы. 1989. Т. 95.
7. Корсакова М.П. Донные отложения как источник вторичного загрязнения рек // Микробиология. 1938. Т. 7, вып. 6.
8. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л., 1986.
9. Логинова Е.В. Критерии оценки качества воды в крупных городах // Современные проблемы ланд-шафтоведения и геоэкологии: Мат-лы IV Междунар. науч. конф., посвящ. 100-летию со дня рожд. проф. В.А. Дементьева (1908—1974). Минск, 2008.
10. Лозовик П.А. Газогидрогеохимические критерии состояния поверхностных вод гумидной зоны и их
устойчивости к антропогенному воздействию: Авто-реф. дис. ... докт. хим. наук. М., 2006.
11. Моисеенко Т.И. Методология оценки качества вод с позиций экологической парадигмы // Изв. РАН. Сер. География. 2009. № 1.
12. Первова Н.Е., Егоров Ю.В. Изучение миграции природных вод на модельных лизиметрах // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2012. № 1.
13. Романенко В.И. Микробиологические процессы продукции и деструкции органического вещества во внутренних водоемах. Л., 1985.
14. Савенко В.С. Химический состав взвешенных наносов рек мира. М., 2006.
15. Смирнов М.П. Модули стока вещества рек равнин России // Вестн. Моск. гос. обл. ун-та. Сер. Естественные науки. 2008. № 2.
16. СтрадомскаяА.Г., Павленко Л.Ф., Семенов А.Д., Шевченко Н.В. Содержание и критерии идентификации естественных углеводородов в поверхностных водах // Гидрохим. мат-лы. 1977. Т. 66.
17. Терехова В.А., Ашихмина Т.Я. Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред // Тез. докл. Междунар. конф. «Теоретическая и прикладная экология». Киров, 2013. № 1.
18. Янин Е.П. Экологическая роль и биогеохимические особенности речной эпифитовзвеси в условиях техногенного загрязнения // Науч. и техн. аспекты охраны окруж. среды. 2008. № 6.
19. Assessment of ecological status in U.K. rivers using diatoms // Freshwater Biol. 2008. Vol. 53, N 2.
20. Ponader K.C., Charles D.F, Belton T.I., Winter D.M. Total phosphorus inference models and indices for coastal-plain streams based on benthic diatom assemblages from artificial substrates // Hydrobiology. 2008. Vol.610, N 1.
Поступила в редакцию 27.06.2015
NATURAL WATERS IN THE SYSTEM RELATED LANDSCAPES
L.G. Bogatyrev, A.I. Benediktova, N.I. Zhilin, M.M. Karpukhin,
R.A. Streletskiy, E.A. Pogozheva, H.L. Yakushev
Comparative analysis of natural waters, is studied in the system of taiga landscapes showed that the difference in composition is caused not only by belonging to a certain type of habitat, but also the nature of water enclosing rocks. The specificity of the composition is particularly evident in the case of high carbonate concentration, tending to the terms of pricerise the Klyazma river. It was found that the least contaminated water snow Suburban landscapes than urban conditions. A comparison of lysimetric and natural waters suggests that under natural conditions conventionally formed two groups. The first group is formed by watercourses floodplain landscape with its high carbonate content, whereas the second to the landscape outside the influence of carbonates. Lysimetric water unpolluted sites obviously gravitate to the group of natural waters, while the waters on plots in the zone of influence deicing agents form a separate group.
Keywords: natural waters, landscapes, lisimeters.
Сведения об авторах
Богатырёв Лев Георгиевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-39-80; 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. Тел.: 8(495) 939-39-80; e-mail: beneanna@yandex.ru. Жилин Николай Ильич, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-39-80; e-mail: zhilinnik@yandex.ru. Карпухин Михаил Михайлович, канд. биол. наук, науч. сотр. каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-42-72; e-mail: barmakarpa@rambler.ru. Стрелецкий Ростислав Александрович, аспирант каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-51-64; e-mail: streletskiyrostislav@mail.ru. Погожева Елена Александровна, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-39-80; e-mail: pogozhevaea@mail.ru. Якушев Николай Львович, инженер каф. эрозии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-33-33; e-mail: nikjakushev@yandex.ru.
