CC BY
19
МЕТОДЫ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 632.125:631.459:538.1:470.312
А.Н. Геннадиев, В.Н. Голосов, М.В. Маркелов, С.С. Чернянский, Р.Г. Ковач, В.Р. Беляев
РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ТРАССЕРОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТАДИЙНОСТИ ПОЧВЕННО-ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ1
Введение. В различных областях экологической географии и геоэкологии придается большое значение вопросам изменения окружающей среды, особенно связанным с ухудшением ее состояния и восстановлением полезных качеств. В географическом почвоведении, геохимии ландшафтов и эрозиоведении остается весьма актуальной проблема количественной оценки латерального поверхностного переноса вещества почв, т.е. смыва-намыва почвенной массы. Разработка этой проблемы имеет большое теоретическое (генезис почвенно-геохимических катен, происхождение структур почвенного покрова), и практическое (обоснование противоэрозионных мероприятий, борьба с загрязнением почв и др.) значение. В связи с этим требуются дальнейший поиск и совершенствование методов количественной оценки поверхностного массопереноса в почвах, а также расширение массива параметрических характеристик, получаемых на основе применения таких методов.
Одним из наиболее перспективных подходов к оценке интенсивности смыва—намыва почвенной массы является использование специфических микрокомпонентов почв, маркирующих механическую миграцию вещества. Авторами статьи уже накоплен определенный позитивный опыт применения радиоизотопов 137С8 и 210РЬ [3, 10—15, 17, 22], а также сферических магнитных частиц [4—9, 18—21] для решения этой задачи. В целом можно сказать, что подтверждается эффективность использования каждого из этих трех маркеров для количественной оценки смыва—намыва почв.
Появление с середины прошлого века в природной среде искусственного изотопа |:!7Ск связано с ядерными испытаниями в атмосфере и авариями на объектах атомной энергетики. Поведение этого радионуклида в почвах в значительной степени контролируется процессами сорбции на поверхности тонких частиц и миграцией этих частиц-носителей, в том числе в результате почвенной эрозии. В России и сопредельных странах использование |:!7Ск в качестве трассера процесса смыва—намыва почв получило ускоренное распространение после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. В последние годы для оценки интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов находит все более широкое применение изотоп 210РЬ. Изотоп 210РЬ (период полураспада составляет
22,26 года) является одним из продуктов распада изотопа 238U, повсеместно содержащегося в земной коре. Запасы 210РЬ в почве складываются из терригенной составляющей, доля которой относительно постоянна при однородных подстилающих почву материнских породах, и атмосферной составляющей, которая сравнительно равномерно во времени поступает из атмосферы в виде сухих и мокрых выпадений. Выпадающий из атмосферы 210РЬ сорбируется на почвенных частицах и перемещается вместе с ними, что позволяет использовать его в качестве маркера и судить, таким образом, о средних темпах смыва-намыва почвы за 100—120-летний период.
Сферические магнитные частицы (СМЧ) попадают в воздушный бассейн при сжигании угля и некоторых других видов топлива, а затем выпадают на почвенный покров. На локальном уровне по его поверхности СМЧ распределяются достаточно равномерно. Период наиболее интенсивной эмиссии СМЧ в окружающую среду на территории России, как и на территории других индустриально развитых стран, составляет примерно 150 последних лет. Существенным источником СМЧ были паровые локомотивы. Под воздействием поверхностного и внутрипочвен-ного стока СМЧ перемещаются вместе с другими взвесями в горизонтальном и вертикальном направлениях, маркируя трассы миграции. Количественная оценка результатов латерального перераспределения СМЧ в почвах катенарных сопряжений дает возможность определить интенсивность массопереноса в почвах. Авторы статьи принимали участие в разработке и совершенствовании этого метода при проведении совместных американо-российских полевых исследований в России и США [4—6, 18—21].
В качестве следующего методического шага представляется целесообразной разработка метода сопряженного применения указанных почвенных микрокомпонентов для получения новых данных о скорости и объеме механического массопереноса в почвах. При этом следует иметь в виду, что распределение СМЧ в почвах характеризует наиболее широкий временной диапазон протекания эрозионно-аккумуля-тивных явлений — 140—160 последних лет, атмосферная составляющая в почвах 210РЬ позволяет оценивать скорость перемещения почвенного материала за последние 100—120 лет, а количество 137Cs черно-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 04-05-64607 и 07-05-00234).
быльского происхождения дает представление об особенностях латерального переноса вещества почв с 1986 г.
Применение метода трех-маркерного тестирования по мере его совершенствования, поможет существенно уточнить и конкретизировать получаемую информацию о пространственно-временном проявлении эро-зионно-аккумулятивных процессов. В статье приводятся первые результаты анализа содержания в одних и тех же почвах магнитных сферул, ШС8 и 210РЬ.
Объекты и методы исследования. Основными объектами исследования были эродированные серые лесные почвы, находящиеся на склоновых поверхностях в пределах бассейна р. Зуши — правого притока Оки (Новосильский район Орловской области). Рельеф территории характеризуется высокой густотой (1,5 км/км2) и глубиной (100—110 м) расчленения. Междуречья образованы сочетаниями изолированных плосковыпуклых (куполовидных) холмов, сложенных с поверхности покровными лёссовидными карбонатными желто-бурыми суглинками мощностью 2—6 м. В пределах выпуклых и плоско-выпуклых придолинных участков склонов крутизной 3—5°. мощность лёссовидных суглинков увеличивается до 8—10 м за счет намыва материала. Предполагается, что в этом районе Среднерусской лесостепи до начала активного земледельческого освоения междуречий господствовали широколиственные леса [1]. В среднем голоцене были развиты черноземные степи [16].
Все опробованные почвенные разности представляли собой полнопрофильные серые лесные типичные средне- или тяжелосуглинистые освоенные почвы с темно-серым или буровато-серым глыбистым или комковато-порошистым горизонтом Апах, Астпах или Астпах + А1 мощностью 25—40 см, гумусово-элюви-альным горизонтом А1А2 с ярко выраженной белесой присыпкой, который на глубине 40—70 см сменялся рыжевато- или серовато-бурым ореховато-призмо-видным горизонтом А2В с обилием кутан и следов деятельности землероев. Отчетливые признаки лесси-важа и зоогенной проработки почвенной массы прослеживались до глубины 80—100 см. Характер изменения мощности горизонтов А1 и А1А2 по склону показан на рис. 1, 2. В качестве эталонной для оценки изменений была принята почва контрольной пло-
Рис. 1. Латеральное распределение компонентов-трассеров в почвах склона западной экспози-
1XI 1 п
ции (профиль № 2). Условные обозначения здесь и на рис. — номер точки;
4 — запасы СМЧ, г/м2
щадки КП-1 (нулевой отсчет на рисунке), заложенной на сравнительно плоском целинном участке междуречья.
Опробование почв проводилось до глубины 30— 40 см при помощи стальных цилиндров сечением 54 см2. На контрольных площадках (луговой фитоценоз КП-1, залежный участок КП-2 и пастбище КП-3), характеризующихся слабыми уклонами и малой интенсивностью смыва, пробы почв отбирали по спирали с увеличением расстояния между соседними точками отбора и центральной точкой в арифметической профессии (КП-1 и КП-2) или по двум профилям, направленным по падению склона (КП-3).
Площадное опробование контрольных площадок проводилось для того, чтобы оценить статистически достоверные уровни фонового загрязнения почв участка изотопами ШС8 и 210РЬ. На двух площадках (на лугу и залежи), кроме того, проводилось однократное послойное (через 2—5 см) опробование почвы до глубины 40 см для установления характера вертикального распределения маркеров в почвенном профиле (рис. 3).
Было обследовано два участка: профиль № 2 на распахиваемом склоне западной экспозиции протяженностью 500 м с перепадом высот около 25 м, ко-
Рис. 2. Латеральное распределение компонентов-маркеров в почвах склона южной экспозиции (профиль № 6)
Она основана на количественной мокрой магнитной сепарации почвенной массы, препарировании магнитной фракции в канадском бальзаме и ее анализе под микроскопом при 200—1200-кратном увеличении. Объемную долю сферул размером 1—53 мкм в составе магнитной фракции оценивали при помощи цифровой камеры "МшШ" и соответствующего программного обеспечения
Результаты и их обсуждение. Распределение СМЧ в почвах склонов. В пределах исследованных профилей в подавляющем большинстве случаев содержание СМЧ в почвах находится в пределах 3— 11 г/м2. Близость количества СМЧ отмечается в почвах самых верхних частей склонов (точки наблюдений 2-1 и 6-1): развитые здесь слабосмытые серые лесные почвы содержат 4,1—4,2 г/м2 СМЧ (т.е. 85—88% от средней величины запасов СМЧ в
торый в нижней части пересекал вал напаши (между точками 2-7 и 2-8) и залуженный участок (точки 2-8 и 2-9, рис. 1); а также профиль № 6 на старопахотном склоне южной экспозиции, имеющий протяженность около 800 м и характеризующийся перепадом высот около 30 м (рис. 2).
Содержание в почвах радиоизотопов и сферических магнитных частиц определялось в лабораторных условиях. Гамма-спектрометрический анализ почвенных проб, включая их подготовку (сушка, гомогенизация), проведен в лаборатории Института глобального климата и экологии, аттестованной Государственным научным метрологическим центром Госстандарта РФ. Измерение активности |:!7Ск по линии 661,66 кэВ в пробах почвы проводилось на детекторе гамма-спектрометрического комплекса фирмы "ОЕТЕС" с полупроводниковым коаксиальным детектором гамма-излучения "СЕМ-3()185" из высоко-очищенного германия с разрешением 1,7 кэВ по линии 1332 кэВ. Время экспозиции пробы составляло не менее 4 ч и определялось достоверным фиксированием гамма-пика |:!7Ск со статистической погрешностью, как правило, менее 5%. Активность 210РЬ измерялась по линии 46,52 кэВ при помощи планарного полупроводникового детектора рентгеновского и мягкого гамма-излучения из высокоочищенного германия с активным диаметром 32 мм, толщиной 13 мм и разрешением 544 эВ по линии 120 кэВ.
Методика выделения и количественного учета почвенных СМЧ подробно описана в литературе [4, 18].
почве контрольной площадки — 4,8 г/м2 — табл. 1). Ниже по склону, в точках 2-2 и 6-2, одновременно с уменьшением мощности горизонтов А1+А1А2 наблюдается понижение запасов СМЧ до 3,7 г/м2 (77% от контроля) на профиле № 6 (рис. 2) и до весьма низкого значения — 0,2 г/м2 на профиле № 2 (рис. 1).
В почвах средней части склона западной экспозиции (профиль № 2, точки 2-3, 2-4) выявлена некоторая обогащенность сферулами по сравнению с почвами вышележащих позиций — 4,4—6,3 г/м2. В ряду точек 2-5—2-7 на фоне резкого увеличения мощности гумусированных горизонтов почвы наблюдается тенденция к дальнейшему увеличению запасов СМЧ от 7,1 до 10,9 г/м2 (100—230 % от контроля), т.е. примерно в 2 раза. Ниже (точки 2-7а, 2-8, 2-9), на залуженном участке подножия склона, отделенном от вышележащих позиций валом напаши, содержание СМЧ, как и мощность горизонтов А1+А1А2, постепенно снижается и составляет 8,8—4,6 г/м2 (до 95—180% контроля).
Таким образом, можно сделать вывод о переносе сферул с почвенной массой в верхней части склона и их прогрессивном накоплении в средней и особенно в нижней частях склона. При этом максимальное содержание СМЧ приходится на участок, находящийся непосредственно перед напашным валом. За напа-шью концентрация сферул снижается, хотя и остается в целом высокой. Деление опробованного склона на 9 сегментов, центры которых совпадают с точками наблюдений, позволяет в почвах всего склона при-
Рис. 3. Вертикальное распределение компонентов-трассеров в профиле почв контрольных площадок: А, Б, В — магнитная фракция, сферические магнитные частицы и активность изотопа 137С5 в почве площадки КП-1 соответственно; Г, Д — активность изотопа °РЬ
в почвах площадок КП-1 и КП-2 соответственно
ближенно оценить средневзвешенные запасы магнитных сферул в 52 кг/га.
Для профиля № 6 южной экспозиции эта величина несколько выше — 57 кг/га (соответствует контрольному значению). Кроме того, здесь наблюдается иная картина распределения магнитных сферул. В частности, выделяется не одна, а две зоны обеднения почв сферулами — в верхней части профиля (в точке 6-2 — 3,7 г/м2) и в 400 м ниже по склону от этой точки (в точке 6-8 — 2,7 г/м2), где также отмечено сокращение мощности горизонтов А1 и А1А2 (рис. 2). Максимальные запасы СМЧ фиксируются не в нижней, как на профиле № 2, а в средней части склона (в точках 6-5 и 6-3 — 8,6 и 8,3 г/м2 соответственно).
Средние (5,7 г/м2) и максимальные (8,6— 10,9 г/м2 соответственно) запасы СМЧ по профилям № 2 и 6 близки (табл. 2). Однако если варьирование этого показателя в пределах профиля № 6 практически соответствует контролю (33% против 38% для площадки КП-1), то почвенный покров вдоль линии профиля № 2 характеризуется более существенным разбросом его значений (46%) за счет появления участков с аномально низким содержанием СМЧ (до 0,2 г/м2) и очевидными признаками внутрикатенар-ного перераспределения запасов сферул .
Распределение 137'Су в почвах склонов. На всех контрольных площадках локальная вариабельность запасов 137С8 не превышает вариабельности, характерной для глобальных выпадений этого изотопа (Су = = 9+19%). Преобладающая часть ШС8 (90%) в исследованных почвах представлена чернобыльскими выпадениями. Наблюдающиеся изменения средних запасов ШС8 на контрольных площадках однозначно обусловлены наличием горизонтального тренда увеличения плотности выпадения изотопа из атмосферы
по направленим северо-запад — юго-восток, совпадающим с трендом, который был зафиксирован ранее при обработке данных площадной аэрогаммаепектро-метричеекой съемки данной территории [2J (табл. 2). При этом снижение плотности загрязнения происходит достаточно равномерно с градиентом 7,0 (Бк/м2)/м. Наблюдаемые особенности поля загрязнения участка работ радионуклидами чернобыльского происхождения, по-видимому, характеризуют зону выпадения единичного дождя, что было обусловлено сочетанием направления перемещения воздушных масс и особенностей рельефа местности. В этом случае делать выводы о направленности эрозионно-ак-кумулятивных процессов можно, используя величину относительного изменения запаса Ад, вычисляемую как частное от деления измеренного запаса изотопа в точке наблюдения на величину локального опорного значения запаса Cs, рассчитанного в свою очередь на основе пространственной регрессионной модели
начального выпадения радионуклида из атмосферы. д
д
накоплении.
В пределах профиля № 2 (рис. 1) на пашне запасы изотопа в целом ниже опорных значений (15 214— 27 491 Бк/м2), что свидетельствует о преобладании процессов смыва почвы. Заметна общая тенденция к уменьшению запаса по мере удаления от приводораз-дельной части склона. Благодаря развитию эрозионных процессов на пашне распределение 137Cs приобрело волнообразный характер: в средней части склона на расстоянии около 250 м от вершины наблюдается повышение запасов (в точке 2-4 — 27 491 Бк/м2) практически до опорного уровня, после которого уровень загрязненности почв изотопом вновь снижа-
Таблица 1
Оценка статистических параметров распределения запасов магнитной фракции (МФ) и сферических магнитных частиц (СМЧ) в верхних 30 см исследованных
почв
Участок Компонент Число измерений Среднее Стандарт Лимиты Коэффициент вариации, %
г/м2
КП-1 МФ 12 143,6 49,2 75,9246,6 35
СМЧ 12 4,8 1,8 2,7-8,4 38
Профиль № 2 СМЧ 10 5,7 2,7 0,2-8,7 46
Профиль № 6 СМЧ 11 5,7 1,9 2,7-8,6 33
ется (в точке 2-5—15 214, в точке 2-6—16 723 Бк/м2). Вероятно, это связано с переотложением части наносов, смытых с вышерасположенных участков склона. Известно, что при ручейковом стоке насыщение потока наносами происходит в среднем на первых 100 м длины склона. В дальнейшем перенасыщенный наносами поток частично разгружается, что приводит к аккумуляции части транспортируемого почвенного материала. Ниже по склону участок переотложения наносов вновь сменяется зоной смыва, где разгруженный и, следовательно, более мощный поток вновь усиливает эрозионную работу, что отражается в содержании 137С8 в почвах профиля. В нижней части пашни, непосредственно перед напашью, а также и на самой напаши наблюдается увеличение запасов рассматриваемого изотопа, которые превышают опорный уровень (в точке 2-7—43 693 Бк/м2). Такое увеличение связано с аккумуляцией наносов, происходящей из-за подпорного влияния напашного вала и резкого увеличения шероховатости подстилающей поверхности при выходе потока на задернованное ложе.
В пределах профиля № 6 запасы 137С8 колеблются в пределах 19 058—35 748 Бк/м2, коэффициент вариации этих значений составляет 0,18 и сопоставим по величине с таковым, характеризующим вариабельность запасов изотопа на опорном участке (табл. 2). При рассмотрении данных по профилю № 6 заметна тенденция к некоторому увеличению запасов |:!7Ск
вниз по склону. Для верхней части склона (в пределах 350 м) амплитуда колебаний запасов максимальна (от 19 058 до 30 797 Бк/м2), а далее вниз по склону содержание изотопа выходит на относительно стабильный и незначительно более высокий уровень (28 511—35 748 Бк/м2). Отсутствие четких тенденций в изменении запасов изотопа, их небольшая вариабельность и уровень загряз нения 137Cs почв профиля № 6, близкий к уровню загрязнения почв контрольных площадок, позволяют сделать предположение об относительно стабильном состоянии почв этого профиля по крайней мере с 1986 г. Однако достоверно судить о стабильном или нестабильном (в эрозионно-аккумулятивном отношении) состоянии не представляется возможным, поскольку нельзя определить локальное опорное значение по регрессионной модели (профиль находится за пределами района с контрольными участками). Но все же следует отметить, что для ближайших к профилю контрольных участков диапазон изменения запасов изотопа на них сопоставим с уровнем загрязнения почв на профиле № 6.
Изотоп 2WPb в почвах склонов. Содержание суммарного свинца в почвах контрольной площадки КП-1 экспоненциально уменьшается от приповерхностного слоя до глубины 15 см, где выходит на относительно постоянный уровень (рис. 3). Такое распределение изотопа свидетельствует о ненарушенное™ почвенного покрова. Распределение изотопа в почвах контрольной площадки КП-2 несколько отличается. Почвенный профиль по содержанию в нем 210РЬ можно разделить на две части. В верхней части (до глубины 21 см) содержание изотопа в целом относительно постоянно, что связано с механическим перемешиванием почвы при перепахивании. В почвенном разрезе достаточно четко диагностируется подошва пахотного горизонта, расположенная на аналогичной глубине. Небольшой пик максимальной концентрации в приповерхностном слое связан с накоплением атмосферного свинца после прекращения сельскохозяйственной обработки этого участка, что, по нашим оценкам, произошло вскоре после чернобыльской аварии. Ниже глубины 21 см концентрация свинца также относительно постоянна, она меньше, чем в верхней части почвенного профиля. Таким образом, атмосферная составляющая изотопа 210РЬ, которая и используется для индикации эрозионно-ак-кумулятивных процессов, вероятно, полностью содержится в пахотном горизонте.
Для оценки неравномерности загрязнения почвы изотопом свинца использовались данные анализа интегральных образцов, отобранных на контрольных площадках КП-1 и КП-2. Для почв контрольной площадки КП-1 характерен пониженный уровень содержания 210РЬ по сравнению с КП-2, а также большая пространственная вариабельность (коэффициент ва-
Таблица 2
Основные статистические характеристики плотности радиоактивного загрязнения ,370> почв опорных участков
Опорный участок Землепользование Число измерений Среднее Лимиты Доверительный интервал, 10% Коэффициент вариации, %
Бк/м2
КП-1 Луг 12 31 754 29 154-39 226 30 470-33 038 9
КП-2 Залежь 11 27 699 18 164-37 128 25 126-30 272 19
КП-3 Пастбище 9 27 573 23 209-32 051 25 884-29 261 11
риации 0,15 и 0,06 соответственно). Вероятно, это связано с различной литологией материнских пород и вследствие этого с разной долей терригенной составляющей изотопа в почвах по отношению к его общему запасу. Это косвенно подтверждается содержанием в пробах изотопа 226И.а, который является промежуточным источником терригенной составляющей изотопа 210РЬ в почве (коэффициент корреляции активности свинца и радия для КП-1 составляет 0,79, а для КП-2 он равен —0,16). Согласно морфологическому описанию, почвы контрольной площадки КП-1 маломощны, верхняя граница горизонта С наблюдается в них уже на глубине 65 см. Кроме того, оценка уровня содержания 210РЬ в почве площадки КП-2 несколько завышена из-за большей, чем на площадке КП-1, глубины пробоотбора (до 35 см). Поскольку литологические условия почвообразования исследуемых склонов наиболее близки к условиям, в которых находятся почвы контрольной площадки КП-2, то анализируя особенности изменения запаса 210РЬ, целесообразнее оперировать величиной относительного изменения его запаса в 30-сантиметровом слое почвы по сравнению со средним значением запаса в почвах контрольной площадки КП-2, пересчитанным с учетом особенностей глубинного распределения на слой 0-30 см.
В пределах профиля № 2 относительные запасы изотопа свинца незначительно уменьшаются вниз по склону — от 0,97 до 0,91 (точки 2-1, 2-2, 2-3, 2-4; рис. 1), в точках 2-5 и 2-6 наблюдается их резкое увеличение (1,33 и 1,19 соответственно). Возможно, это отчасти связано с процессами внутрисклонового переотложения наносов. Необходимо отметить, что подобная область накопления была выявлена при изучении распределения изотопа цезия, которая, однако, несколько смещена вверх по склону относительно свинцовой области (рис. 3). В точке 2-7 низкий запас изотопа свинца в слое 0—30 см обусловлен, вероятно, достаточно интенсивной аккумуляцией почвенного материала при низкой концентрации изотопа в наносах, поступающих с вышерасположенных эродируемых частей склона. В точке, находящейся на напаши, наблюдается резкое повышение запаса изотопа свинца, обусловленное накоплением почвенного материала. Вероятно, аккумуляция наносов, выявленная по результатам измерения содержания изотопа цезия в точке 2-8, не проявилась в увеличении запасов 210РЬ в слое 0—30 см по сходным причинам, что и в точке 2-7.
Практически для всех точек профиля № 6 характерно пониженное значение относительного изменения запаса изотопа свинца, т.е. < 1. Для верхней точки это значение близко к 1, что свидетельствует о стабильном состоянии почвы. К нижним частям склона запасы накопленного изотопа свинца несколько увеличиваются, что, возможно, связано с переотложением части наносов (рис. 2).
Выводы. 1. Современные запасы сферических магнитных частиц, изотопов ШС8 и 210РЬ в почвен-
ном покрове исследованной территории в принципе достаточны для оценки процессов перераспределения вещества почв.
2. Из трех рассматриваемых компонентов-маркеров магнитные сферулы характеризуются наиболее глубоким проникновением в почвенную толщу — около 30 см на контрольной площадке КП-1 против 15—20 см для 137Cs и атмосферной составляющей 210РЬ. Это обусловлено различием в хронологии выпадения веществ-маркеров, из которых сферулы — хронологически наиболее "долгая" метка (до 150 лет), чернобыльский цезий — самая молодая (около 20 лет), а аккумуляция 90—95% определяемого запаса 210РЬ относится преимущественно к интервалу времени, соответствующему последним 60—70 годам, в этом отношении последний маркер занимает промежуточное положение между двумя первыми.
3. На стабильных в эрозионно-аккумулятивном отношении участках наибольшим горизонтальным пространственным варьированием характеризуются запасы СМЧ (35—40%). Распределение изотопов 210РЬ и "одномоментно" поступившего чернобыльского 137Cs в почвенном покрове контрольных площадок более равномерное (6—15% и 9—18% соответственно). Как показали исследования почв контрольной площадки КП-1, латеральная изменчивость представленной в почвах терригенной составляющей 210РЬ может существенно влиять на вариабельность общего запаса изотопа. Из этого следует, что, для корректного использования данного маркера при оценке темпов эрозионно-аккумулятивных процессов на территориях с "пестрой" литологической основой из общего запаса 210РЬ необходимо вычленять его терригенную составляющую.
4. Временная разобщенность периодов выпадения на поверхность почв рассмотренных маркеров, особенности их поступления и субстантивные свойства приводят к тому, что современный почвенный запас каждого маркера по-разному отражает проявления эрозионно-аккумулятивных процессов на междуречных склонах. Изменение запаса 137Cs показывает результаты трансформации почвенного покрова за последние 20 лет, в то время как СМЧ — за 150 лет. Индикационный период изотопа свинца в общем оценивается в 100—120 лет. Но последний маркер в большей степени отражает последствия процессов, протекавших в относительно недавнее время, чем в начале указанного периода, что связано с его радиоактивным распадом, т.е. эрозионно-аккумулятивные события одинаковой интенсивности, но разобщенные во времени, вносят неодинаковый вклад в изменение запаса 210РЬ относительно опорного значения.
На момент исследования несколько менее половины запаса 210РЬ в почве было представлено изотопом, образовавшимся за последние 20 лет (т.е. за "це-зиевый" период). Этим и объясняется синхронность (хотя и не полная) изменения запасов 210РЬ и 137Cs по длине склонов. Наблюдаемые расхождения связаны с разными периодами индикации и с разными режимами
первоначального поступления сравниваемых радионуклидов в почву из атмосферы.
5. По запасам и распределению всех компонентов-маркеров освоенные слабоэродированные темно-серые лесные почвы (профиль № 6) демонстрируют близость к значениям, полученным на контрольных площадках, что указывает на слабую интенсивность эрозионно-аккумулятивных процессов. Почва автономной позиции этого участка сходна по морфологии с почвами контрольных площадок, в средней части склона мощность высокогумусированной части профиля почв сокращается на 20—50 см по сравнению с контрольными площадками, а в нижней части происходит некоторое увеличение этого параметра, хотя и не достигающего здесь фонового уровня. Изменение запасов 137Cs, СМЧ и 210РЬ в почвах профиля № 6 наименее контрастное. Верхняя часть склона отчетливо обеднена сферулами, 137Cs и 210РЬ. У подножия склона количество всех этих компонентов в почвах заметно увеличивается, что указывает на взаимокомпенсацию сноса и аккумуляции почвенного материала.
6. Наблюдаемая картина внутри катенарного перераспределения всех маркеров в слабо- и средне-эродированных серых лесных почвах вдоль линии профиля № 2 отражает устойчивую во времени тенденцию переноса вещества почв из верхних звеньев катены в нижние. Морфологически все они принадлежат к категории слабосмытых — мощность горизонтов А1+А1А2 на 10—35 см меньше эталонной. Лишь в нижней части склона, осложненной напа-шью, происходит скачкообразное увеличение мощ-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Арманд Д.Л., Лидов В.П., Сетунская Л.Е., Хмелева Н.В. Физико-географическая характеристика Новосильского и Острогожского ключевых участков // Сельскохозяйственная эрозия и борьба с ней. М.; JI., 1956. С. 38—107.
2. Атлас радиоактивного загрязнения европейской части России, Белоруссии и Украины / Под. ред. Ю.А. Из-раэля. М.. 1998.
3. Беляев В.Р., Маркелов М.В., Голосов В.Н. и др. Использование 137Cs для оценки современной агрогенной трансформации почвенного покрова в районах чернобыльского загрязнения // Почвоведение. 2003. № 7. С. 876—891.
4. Геннадиев АН., Олсон K.P., Чернянский С.С., Джонс Р.Л. Количественная оценка эрозионно-аккумулятивных явлений в почвах с помощью техногенной магнитной метки // Почвоведение. 2002. № 1. С. 21-32.
5. Геннадиев А.Н., Олсон K.P., Чернянский С. С., Джонс Р.Л. Почвообразование, эрозия и загрязнение почв на территории древнего поселения Кахокиа в долине р. Миссисипи (США) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2001. № 3. С. 33-38.
6. Геннадиев А.Н., Олсон K.P., Чернянский С.С., Джонс Р.Л. Применение метода техногенной магнитной метки для количественно-хронологической оценки механической миграции вещества в почвах (на примере почв курганного поля Кахокиа, США) // Геохимия ландшафтов и география почв. Смоленск, 2002. С. 370—388.
7. Геннадиев А. Н., Чернянский С. С. Использование сферических магнитных частиц в качестве индикатора-метки
ности высокогумусированной части профиля, затем вновь наблюдается ее снижение до прежнего уровня. В этих условиях компоненты-трассеры ведут себя сходным образом, маркируя зону эрозии в верхней части склона и зону интенсивной аккумуляции в нижней. При этом |:!7Ск отличает некоторая выров-ненность запасов по склону, тогда как СМЧ и 210РЬ демонстрируют отчетливый тренд к увеличению запасов в нижней половине склона.
7. В целом наблюдаемое латеральное распределение компонентов-маркеров в почвах катен позволяет выделить зоны преимущественного сноса материала верхних горизонтов почв и зоны его преимущественной аккумуляции. При этом следует отметить тенденцию как к общему сходству кривых изменения запасов трех компонентов и мощности горизонтов А1+А1А2, так и в ряде случаев совпадение расположения и знака экстремумов этих кривых..
8. Изложенные в статье результаты представляют собой первый опыт трехмаркерного тестирования почвенного покрова. Этот опыт показывает, что требуется решение ряда методических вопросов, возникающих в связи с неполнотой или недостаточной точностью получаемых первичных данных. Однако, как представляется, потенциальная эффективность сопряженного использования трех разновозрастных почвенных микрокомпонентов-трассеров для изучения количественных параметров и стадийности эрозионно-аккумулятивных процессов не вызывает сомнений, поэтому целесообразно продолжать разработку и апробацию предложенного метода.
при изучении катенарных почвенных сопряжений // Проблемы эволюции почв. Пущино, 2002. С. 102—107.
8. Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Ковач Р.Г. Сферические магнитные частицы как микрокомпоненты почв и трассеры массопереноса // Почвоведение. 2004. № 5. С. 15-25.
9. Геннадиев А.Н, Чернянский С.С., Олсон K.P., Ковач Р.Г. Индикация параметров массопереноса в почвах по содержанию сферических магнитных частиц // Вестн. Моск. унта. Сер. 5. География. 2005. № 3. С. 29-35.
10. Голосов В.Н. Использование радиоизотопов при исследовании эрозионно-аккумулятивных процессов // Геоморфология. 2000. № 2. С. 26-33.
11. Иванова H.H., Голосов В.Н., Маркелов М.В. Сравнение методов оценки интенсивности эрозионно-аккумуля-тивных процессов на обрабатываемых почвах // Почвоведение. 2000. № 7. С. 876-887.
12. Квасникова Е.В., Стукин Е.Д., Голосов В.Н. Неравномерность загрязнения цезием-137 территорий, расположенных на большом расстоянии от Чернобыльской АЭС // Метеорология и гидрология. 1999. № 2. С. 5—11.
13. Маркелов М.В., Голосов В.Н., Стукин Е.Д. Возможности использования 10РЬ и 137Cs в качестве радиоактивных меток для оценки темпов эрозионно-аккумулятивных процессов // Там же. 2005. № 4. С. 66-84.
14. Уоллинг Д.Э., Голосов В.Н., Квасникова Е.В., Ванде-кастель К. Радиоэкологические проблемы загрязнения почв малых водосборов // Почвоведение. 2000. № 7. С. 888-897.
15. Фридман Ш.Д., Квасникова Е.В., Глушко О.В. и др. Миграция цезия-137 в сопряженных геокомплексах Среднерусской возвышенности // Метеорология и гидрология. 1997. № 5. С. 45-55.
16. Чендев Ю.Г. Естественная эволюция почв центральной лесостепи в голоцене. Белгород, 2004.
17. Golosov V.N., Walling D.E., Panin A.V. et al. The spatial variability of Chernobyl-derived Cs-137 inventories in small agricultural drainage basin in Central Russia 11 years after the Chernobyl incident // Appli. Radiation and Isotopes. 1999. Vol. 51. P. 341-352.
18. Olson K.R., Gennadiyev A.N., Jones R.L., Chemyanskii S.S. Erosion Patterns on Cultivated and Reforested Hillslopes in Moscow Region, Russia // Soil Sci. Soc. of Amer. J. 2002. Vol. 66, N 1. P. 193-201.
Кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, лаборатория эрозии почв и русловых процессов
19. Olson K.R., Jones R.L., Gennadiyev A.N. et al. Accelerated erosion on a Mississippian mound at Cahokia site in Illinois // Ibid. N 6. P. 1911-1921.
20. Olson K.R., Jones. R.L., Gennadiyev A.N. et al. Soil Development on Monks Mound at the Cahokia Arhaelogical Site, Illinois // Soil Surv. Horizons. 2003a. Vol. 44. N 3. P. 73-106.
21. Olson, K.R., Jones R.L., Gennadiyev A.N. et al. Soil catena formation and erosion of two Mississippian mounds at Cahokia archaeological site, Illinois // Soil Sci. Soc. of Amer. 2003b. Vol. 168, N 11. P. 812-824.
22. Walling D.E., He Q. Using Fallout Lead-210 Measurements to Estimate Soil Erosion on Cultivated Land // Soil Sci. Soc. of Amer. J. 1999. Vol. 63. P. 1404-1412.
Поступила в редакцию 15.10.2007
A.N. Gennadiev, V.N. Golosov, M.V. Markelov, S.S. Chernyansky, R.G. Kovach, V.R. Belyayev
ELABORATION OF MULTI-AGE TRACER METHOD FOR EVALUATION OF THE SEQUENCE OF STAGES IN SOIL-EROSION PROCESSES
The article sets out the data on the distribution of magnetic spherules, caesium-137 and lead-210 in the soils on slopes within the forest-steppe zone (the Orel oblast). All of them are regarded to be tracers of soil inwash and outwash processes. Specific features of the lateral distribution of these components make it possible to distinguish between the zones of predominant outwash of the matter of upper soil horizons and those of its predominant accumulation. Changes in concentration of caesium-137 show the results of mass-transfer during the last 20 years (since 1986), those of lead-310 characterize the past 100 to 120 years, while the data for magnetic spherules describe the 150-year period.
16 ВМУ, география, № 3
