Влияние малоконтрастного мезорельефа на содержание и запасы тяжелых металлов в базовых компонентах фоновых экосистем Лесной опытной дачи РГАУ–МСХА имени К.А. Тимирязева
Характер профильного распределения подвижных форм кадмия с максимумом в текстурно-иллювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв. Корреляция между запасами тяжелых металлов в ранневесеннем снегозапасе и длительностью устойчивого снежного покрова.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.06.2018 |
| Размер файла | 157,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Влияние малоконтрастного мезорельефа на содержание и запасы тяжелых металлов в базовых компонентах фоновых экосистем Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева
Авилова А.А., Васенев И.И., Багина Б.В.
Аннотация
дерновый почва снежный металл
В результате многолетних исследований влияния малоконтрастных форм мезорельефа (вершина моренного холма и полярные склоны) на содержание тяжелых металлов (Pb, Cu, Zn, Cd) в базовых компонентах лесных экосистем (почвы, снежный и растительный покров) на ключевых участках экологического мониторинга представительного фонового объекта северной части Московского мегаполиса - Лесной опытной дачи (ЛОД) РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева отмечается значительное и ежегодно воспроизводимое пространственное (по формам мезорельефа) разнообразие фоновых концентраций исследуемых тяжелых металлов: от минимума на вершине моренного холма к максимумам в нижних частях его склонов с разницей в 1,5-4 раза. Максимальное накопление отмечено в транзитно-аккумулятивных формах мезорельефа, что хорошо согласуется во всех исследуемых компонентах. Показан сопоставимый уровень влияния мезорельефа и антропогенной нагрузки на пространственное разнообразие содержания тяжелых металлов. Различия по запасам тяжелых металлов в верхних почвенных горизонтах возрастают в ряду: Pb < Cu < Zn < Cd, что объясняется разницей в их мобильности. Отмечается элювиальный характер профильного распределения подвижных форм кадмия с максимумом в текстурно-иллювиальных горизонтах исследуемых дерново-подзолистых почв. Важно отметить устойчиво выраженный временной тренд накопления тяжелых металлов с 2009 по 2014 годы: содержание свинца в почве увеличилось в 1,6-3,4 раза; меди - в 1,3-3,1 раза, цинка - в 1,2-1,8 раз и кадмия - в 1,7-11 раз. Выявлена тесная корреляция между запасами тяжелых металлов в ранневесеннем снегозапасе и длительностью устойчивого снежного покрова, что свидетельствует о сравнительно устойчивом модуле аэрогенного поступления ТМ на его поверхность с последующим латеральным перераспределением по формам мезорельефа.
Ключевые слова: урбоэкология, мегаполис, загрязнение почв, экология почв, лесные экосистемы, тяжелые металлы, модуль техногенной нагрузки
Введение
Одним из ключевых аспектов экологического мониторинга является контроль состояния базовых компонентов урбоэкосистем, подверженных влиянию техногенного воздействия, на фоновых незагрязненных территориях [1, 2]. Урбанизированные территории - особый тип экосистем, природные компоненты которых испытывают существенные и зачастую необратимые изменения, подвергаясь различным и интенсивным антропогенным нагрузкам. Городские почвы являются базовым компонентом урбоэкосистем, осуществляющим важнейшие функции и во многом определяющим условия жизни человека в городской среде [3, 4].
Москва является крупнейшим мегаполисом Европы с интенсивной застройкой, развитой промышленностью и инфраструктурой, высокой плотностью автотранспорта на дорогах, что способствует интенсивному накоплению на урбанизированных территориях различных поллютантов, особое место среди которых занимают тяжелые металлы (ТМ).
Тяжелые металлы как особая группа элементов выделяются из-за высокой токсичности их избыточных количеств, относительной долговечности последействия и медленной выводимости из системы: «почва - растения - животные - человек» [5]. Наиболее опасными часто считаются Pb, Cu, Zn, Cd, т.к. их накопление в биосфере идет наиболее быстрыми темпами [6-9].
В условиях Москвы ранневесенний снегозапас содержит в себе основную массу и запас ТМ, поступающих из воздуха за период сохранения устойчивого снежного покрова, что позволяет по нему оценивать модуль техногенной нагрузки. В процессе весеннего снеготаяния значительная часть содержащихся в снегу тяжелых металлов латерально перераспределяется и локально накапливается в понижениях, способствуя пространственной дифференциации их содержания в почвенном покрове и напочвенной растительности. Ведущую роль в процессе пространственного перераспределения тяжелых металлов может играть склоновый мезорельеф, во многом определяющий геохимические особенности природных и антропогенно измененных экосистем, даже в случае небольшого перепада высот.
Лесная опытная дача (ЛОД) РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева является представительной территорией для северной части Московского мегаполиса, на которой традиционно проводятся почвенно-экологические исследования различных вариантов дерново-подзолистых почв в условиях, близких к природным, и антропогенно измененных лесных массивов [5, 7, 10-13].
Целью данного исследования была оценка влияния характерного для северной части Москвы малоконтрастного холмисто-волнистого мезорельефа на содержание и запасы тяжелых металлов в базовых компонентах (почвенный, снежный и растительный покров) лесных рекреационных экосистем на примере ЛОД РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева.
Объекты и методы исследования
Исследования проводились на ключевых участках экологического мониторинга ЛОД РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, характеризующих в катене фоновое разнообразие исследуемого ландшафта [14], с минимальным уровнем техногенной нагрузки на них (табл. 1).
Узловым элементом исследуемой катены является расположенный на пологой водораздельной части моренного холма (ВМХ) ключевой участок мониторинга №3. Ключевые участки №№ 2 (НСВ) и 1 (ССВ) заложены, соответственно, в нижней и в средней частях сравнительно прямого короткого слабопокатого склона этого моренного холма северо-восточной экспозиции крутизной 3°. Ключевые участки №№ 5 (НЮЗ) и 4 (СЮЗ) исследовались в средней и нижней части противоположного пологого слабовогнутого склона повышенной длины юго-западной экспозиции.
Таблица 1. Характеристика ключевых участков [11, 12]
|
Ключ. уч-к |
Тип леса и состав древостоя |
l |
Почва |
Профиль |
S |
|
|
1 (НСВ) |
Сосняк осоково-щитовниковый 4С3К2Лп+Б+едЕ |
45 |
Среднедерновая глубоко-подзолистая поверхност-но слабоглееватая легко-суглинистая почва (под-тип дерново-подзолистых почв типа подзолистых почв) |
О+2 - A16 - A1А215- А2'(g)25 - A2''(g)34 - A2”'42 - II A2B55-IIB80-IIBC120v |
39,7 |
|
|
2 (ССВ) |
Сосняк с кленом сложный осоково-щитовниковый С5К + Д +Лп+Б |
50 |
Среднедерновая глубоко-подзолистая легкосугли-нистая почва (подтип дерново-подзолистых почв типа подзолистых почв) |
О+2 - A14 - A1A215 - A2'31 - A2''41 -IIA2B50 - IIB1(t)(g)86-IIB2120v |
32,1 |
|
|
3 (ВМХ) |
Дубняк с липой сложный будро-копытенневый 2Д3К2Лп+С+К+Вз |
60 |
Среднедерновая глубоко-подзолистая легкосугли-нистая почва (подтип дерново-подзолистых почв типа подзолистых почв) |
О+2 - A14 - A1A210 -A2'(f)30 - A2''(f)c44 - IIA2”' (f)g 51 - IIA2B62- IIB190 - IIB2(t)120v |
28,6 |
|
|
4 (СЮЗ) |
Сосняк разно-травно-осоковый 6С3Кл+Лп+едЕ+ едД |
75 |
Слабодерновая глубоко-подзолистая поверхност-но оглеенная легкосугли-нистая почва (подтип дерново-подзолистых поверхностно-оглеенных почв типа подзолистых почв) |
От +4-5- A16 - A1A2h(g)28 - A2''g41 - IIA2'”(g)50 - IIA2B(g) 58 - IIB1(t)g 92 - IIB2(t) 120v |
31,7 |
|
|
5 (НЮЗ) |
Сосняк щитовни-ково-осоковый 4С5Кл1Лп+Е+Б+Л |
80 |
Слабодерновая глубоко-подзолистая поверхност-но оглеенная легкосугли-нистая почва (подтип дерново-подзолистых по-верхностно оглеенных почв типа подзолистых почв) |
От+3-4 - A14 - A1A2 h10 - A2g27 - A2''g36 - IIA2'”(g) 47 - IIB1(t)g 80 - IIB2(t) g 120v |
35,3 |
l - сомкнутость крон, %.
S - среднее значение высоты снежного покрова за период 2009 - 2015 гг., см.
Древесные насаждения ключевых участков фонового экологического мониторинга на различных элементах мезорельефа характеризуются обусловленными ими различиями в строении древостоя (от простых к сложным), его составе (от смешанных к чисто хвойным и лиственным), а также его состоянии и сомкнутости крон - при незначительном колебании возраста первого яруса древостоя (от 105 до 128 лет) [15].
Содержание тяжелых металлов (ТМ) в снежном покрове, почве и растительности (зеленая масса травянистых растений) определяли методом инверсионной вольтамперометрии [6, 16]. Подвижные формы Zn, Cu, Cd в вытяжке аммонийно-ацетатного буфера при pH 4,6-4,8; Pb - в 1 N растворе хлористого аммония. Отбор образцов снега производился согласно утвержденным методикам [17]. Содержание ТМ сопоставляется с их предельно допустимыми и ориентировочно допустимыми концентрациями [18]. Усреднение и обработка полученных данных проводились в пакете Excel-2010. Все отмеченные различия полученных результатов имеют достоверные значения для 5% уровня значимости НСР.
Результаты исследований и их обсуждение
В результате мониторинговых наблюдений за запасами тяжелых металлов в верхних почвенных горизонтах A1-A2 (мощностью 0-20 см) на ключевых участках ЛОД в период с 2009 по 2014 гг. выявлено значительное пространственно-временное варьирование запасов валовых форм тяжелых металлов в верхних почвенных горизонтах (табл. 2), с выраженными трендами их увеличения по элементам мезорельефа от вершины мезохолма к подножьям его склонов. На северо-восточном склоне запасы Pb увеличиваются в 1,5-2 раза, Сu - в 1,2-1,8 раз, Zn - в 1,1-1,4 раза, Cd - в 0,2-5,4 раза. И еще сильнее - на склоне юго-западной экспозиции: запасы Pb - в 2-3,5 раза, Сu - в 1,1-1,9 раз, Zn - в 1,1-1,5 раза, Cd - в 3,9-8,6 раз.
Наибольшие запасы ТМ в верхней части почвенного профиля в слое 0-20 см отмечены в нижних частях северо-восточного и юго-западного склонов в разные годы исследований: Pb в 2013 году - 96,5 кг/га и 106,5 кг/га, соответственно; Сu - 53,8 кг/га в нижней части северо-восточного склона в 2013 и 38,0 кг/га в нижней части южного склона в 2014; Zn - в 2013 году 145,1 кг/га и 177,7 кг/га в нижних частях северо-восточного и юго-западного склонов, соответственно (табл. 2). Максимальные значения запасов кадмия отмечены: на северо-восточном склоне - на уровне 0,27 кг/ га в 2012-2013 годах; на юго-западном - в 2011 году (0,43 кг/га).
Таблица 2. Запасы тяжелых металлов в верхних почвенных горизонтах A1-A2 (мощностью 0-20 см) ключевых участков фонового экологического мониторинга с 2009 по 2014 гг.
|
Год |
Pb, кг/га |
Cu, кг/га |
|||||||||
|
НСВ |
ССВ |
ВМХ |
СЮЗ |
НЮЗ |
НСВ |
ССВ |
ВМХ |
СЮЗ |
НЮЗ |
||
|
2009 |
42,20 |
30,90 |
20,10 |
30,20 |
72,20 |
17,90 |
18,80 |
14,80 |
21,00 |
27,50 |
|
|
2010 |
59,20 |
62,60 |
29,90 |
39,00 |
81,40 |
24,20 |
15,00 |
14,00 |
16,00 |
16,60 |
|
|
2011 |
66,10 |
112,90 |
35,40 |
46,10 |
92,00 |
27,70 |
21,80 |
20,60 |
23,50 |
31,20 |
|
|
2012 |
77,30 |
49,20 |
46,00 |
51,80 |
102,70 |
46,20 |
28,50 |
28,00 |
30,90 |
37,10 |
|
|
2013 |
96,50 |
79,10 |
54,10 |
55,70 |
106,50 |
53,80 |
34,90 |
33,00 |
28,00 |
37,60 |
|
|
2014 |
92,40 |
75,80 |
49,50 |
56,20 |
97,90 |
52,70 |
32,20 |
29,70 |
27,50 |
38,00 |
|
|
М |
68,26 |
66,94 |
37,10 |
44,56 |
90,96 |
33,96 |
23,80 |
22,08 |
23,88 |
30,00 |
|
|
± m |
20,28 |
31,20 |
13,34 |
10,20 |
14,35 |
15,30 |
7,93 |
8,29 |
5,85 |
8,59 |
|
|
Zn, кг/га |
Cd, кг/га |
||||||||||
|
2009 |
110,90 |
106,10 |
75,30 |
82,80 |
117,10 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
2010 |
113,60 |
108,20 |
90,20 |
90,20 |
99,60 |
0,14 |
0,10 |
0,06 |
0,22 |
0,30 |
|
|
2011 |
122,10 |
118,70 |
107,10 |
140,70 |
157,90 |
0,16 |
0,14 |
0,08 |
0,33 |
0,43 |
|
|
2012 |
145,10 |
126,90 |
119,40 |
166,10 |
180,50 |
0,27 |
0,10 |
0,05 |
0,19 |
0,27 |
|
|
2013 |
145,00 |
125,40 |
126,70 |
157,50 |
177,70 |
0,27 |
0,13 |
0,07 |
0,20 |
0,30 |
|
|
2014 |
129,80 |
112,10 |
111,80 |
136,60 |
159,10 |
0,26 |
0,14 |
0,08 |
0,20 |
0,30 |
|
|
М |
127,34 |
117,06 |
103,74 |
127,46 |
146,56 |
0,22 |
0,12 |
0,07 |
0,23 |
0,32 |
|
|
± m |
16,69 |
9,59 |
21,07 |
38,58 |
36,48 |
0,06 |
0,02 |
0,01 |
0,06 |
0,06 |
Наблюдаемая динамика запасов тяжелых металлов в верхних почвенных горизонтах тесно связана с высотой и длительностью сохранения устойчивого снежного покрова на подошве исследованных склонов, последняя из которых варьирует от 127 дней в 2013 году до 57 дней в 2014, что в 2,2 раза меньше. Данный фактор, вероятно, и обусловливает ярко выраженное превышение запасов ТМ в 2013 году по сравнению с 2014: Pb - в 1,4-1,8 раза, Cu - в 1,3-1,5 раза, Zn - в 1,5-1,9 раза, Cd - в 1,2-2,2 раза.
Проведенный анализ (табл. 3) распределения подвижных форм тяжелых металлов по горизонтам исследуемых дерново-подзолистых почв показал их возрастающую мобильность в ряду: Pb < Cu < Zn < Cd. Максимумы накопления Pb, Cu и Zn отмечены в верхних горизонтах почв, Сd - в иллювиальных горизонтах. Распределение подвижных форм Pb, Cu, Zn характеризуется общим трендом снижения их концентраций в почвенных профилях ключевых участков экологического мониторинга в 2-5 раз. Наиболее четко тренд выражен на вершине моренного холма. Основное накопление подвижного Сd в иллювиальных горизонтах сопровождается увеличением его концентрации в 2-5 раз.
Таблица 3. Профильное распределение подвижных форм тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах ключевых участков экологического мониторинга
|
Ключ. уч-к |
Горизонт, глубина, см |
Pb, мг/кг |
Cu, мг/кг |
Zn, мг/кг |
Cd, мг/кг |
|
|
1 - НСВ |
А16 |
0,30 |
0,35 |
1,24 |
0,004 |
|
|
A1А212 |
0,30 |
0,30 |
1,00 |
0,005 |
||
|
A2'(g)25 |
0,30 |
0,18 |
1,00 |
0,005 |
||
|
A2''(g)34 |
0,21 |
0,14 |
0,61 |
0,006 |
||
|
A2'''(g)42 |
0,18 |
0,14 |
0,41 |
0,007 |
||
|
IIA2B55 |
0,09 |
0,14 |
0,41 |
0,007 |
||
|
IIB80 |
0,08 |
0,14 |
0,41 |
0,007 |
||
|
IIBC120v |
0,07 |
0,12 |
0,41 |
0,008 |
||
|
2 - ССВ |
А14 |
0,20 |
0,35 |
1,25 |
0,002 |
|
|
A1А215 |
0,20 |
0,18 |
1,00 |
0,003 |
||
|
A2'31 |
0,08 |
0,15 |
1,00 |
0,003 |
||
|
A2''41 |
0,08 |
0,14 |
0,72 |
0,003 |
||
|
IIA2B50 |
0,07 |
0,10 |
0,58 |
0,008 |
||
|
IIBt(g)86 |
0,07 |
0,10 |
0,58 |
0,008 |
||
|
IIB2120v |
0,07 |
0,10 |
0,58 |
0,008 |
||
|
3 - ВМХ |
А14 |
0,28 |
0,35 |
1,24 |
0,002 |
|
|
A1А210 |
0,26 |
0,18 |
1,00 |
0,003 |
||
|
A2'(f)30 |
0,22 |
0,14 |
1,00 |
0,005 |
||
|
A2''(f)c44 |
0,19 |
0,14 |
0,61 |
0,007 |
||
|
IIA2'''(f)g51 |
0,15 |
0,12 |
0,41 |
0,007 |
||
|
IIA2B62 |
0,15 |
0,10 |
0,37 |
0,007 |
||
|
IIB190 |
0,15 |
0,10 |
0,39 |
0,010 |
||
|
IIB2(t)120v |
0,06 |
0,10 |
0,41 |
0,010 |
||
|
4 - СЮЗ |
А16 |
0,25 |
0,37 |
1,27 |
0,003 |
|
|
A1А2h(g)28 |
0,25 |
0,17 |
1,00 |
0,005 |
||
|
A2'g41 |
0,19 |
0,14 |
0,99 |
0,005 |
||
|
IIA2'''g50 |
0,17 |
0,06 |
0,51 |
0,007 |
||
|
IIA2B (g)58 |
0,15 |
0,06 |
0,49 |
0,009 |
||
|
IIB1(t)g92 |
0,11 |
0,06 |
0,47 |
0,010 |
||
|
IIB2(t)120v |
0,11 |
0,06 |
0,47 |
0,010 |
||
|
5 - НЮЗ |
А14 |
0,33 |
0,37 |
1,26 |
0,005 |
|
|
A1А2h10 |
0,27 |
0,24 |
1,00 |
0,007 |
||
|
A2g27 |
0,25 |
0,16 |
0,99 |
0,008 |
||
|
A2''g30 |
0,22 |
0,13 |
0,84 |
0,008 |
||
|
IIA2'''(g)47 |
0,18 |
0,07 |
0,75 |
0,008 |
||
|
IIB1(t)g80 |
0,10 |
0,03 |
0,68 |
0,010 |
||
|
IIB2(t)g120v |
0,11 |
0,06 |
0,47 |
0,010 |
Результаты шестилетнего мониторинга содержания и запасов тяжелых металлов в верхних горизонтах почв и характер их вертикального распределения свидетельствуют о доминирующей роли их ежегодного поступления на поверхность почвы из атмосферного воздуха. Мониторинговые исследования накопления тяжелых металлов в ранневесеннем снегозапасе позволяют количественно оценить модуль аэрогенного поступления тяжелых металлов, коррелирующий с длительностью сохранения устойчивого снежного покрова. По результатам многолетней оценки запасов тяжелых металлов в снежном покрове отмечаются выраженные тренды их распределения с минимумом на вершине моренного холма и максимумами в нижних частях склонов (табл. 4) - на фоне минимального антропогенного воздействия на ключевые участки мониторинга со стороны транспорта и микрорайонов застройки.
Таблица 4. Запасы тяжелых металлов в ранневесеннем снежном покрове на ключевых участках (период перед снеготаянием) с 2009 по 2014 гг.
|
Год |
Свинец, кг/га |
Медь, кг/га |
|||||||||
|
НСВ |
ССВ |
ВМХ |
СЮЗ |
НЮЗ |
НСВ |
ССВ |
ВМХ |
СЮЗ |
НЮЗ |
||
|
2009 |
45,1 |
25,0 |
18,9 |
34,3 |
46,1 |
3,92 |
2,31 |
1,48 |
1,98 |
5,88 |
|
|
2010 |
38,9 |
22,3 |
16,8 |
32,7 |
37,4 |
3,30 |
1,70 |
1,50 |
2,28 |
3,00 |
|
|
2011 |
48,9 |
28,4 |
23,6 |
48,2 |
71,2 |
5,20 |
3,40 |
2,28 |
3,76 |
7,14 |
|
|
2013 |
73,9 |
55,6 |
55,6 |
80,4 |
115,1 |
10,9 |
6,8 |
5,5 |
7,4 |
11,3 |
|
|
2014 |
54,4 |
41,6 |
41,6 |
60,0 |
82,3 |
8,3 |
4,9 |
5,0 |
7,4 |
9,1 |
|
|
М |
52,2 |
34,68 |
31,3 |
51,1 |
70,4 |
6,3 |
3,8 |
3,2 |
4,6 |
7,3 |
|
|
± m |
13,4 |
13,9 |
16,7 |
19,8 |
30,9 |
3,2 |
2,1 |
1,9 |
2,7 |
3,2 |
|
|
Цинк, кг/га |
Кадмий, кг/га |
||||||||||
|
2009 |
16,7 |
13,3 |
12,3 |
13,3 |
17,1 |
0,42 |
0,53 |
0,65 |
0,88 |
0,98 |
|
|
2010 |
17,1 |
13,5 |
12,1 |
12,6 |
16,9 |
0,33 |
0,44 |
0,54 |
0,80 |
0,84 |
|
|
2011 |
17,7 |
14,0 |
13,3 |
13,6 |
18,1 |
0,57 |
0,82 |
0,63 |
1,03 |
1,28 |
|
|
2013 |
18,4 |
14,3 |
13,5 |
13,5 |
18,6 |
0,6 |
1,7 |
1,4 |
1,8 |
1,9 |
|
|
2014 |
18,67 |
14,73 |
13,8 |
12,8 |
19,2 |
0,6 |
1,3 |
0,9 |
1,2 |
1,3 |
|
|
М |
17,7 |
14,0 |
13, |
13,2 |
18,0 |
0,5 |
0,96 |
0,8 |
1,1 |
1,3 |
|
|
± m |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
0,4 |
0,1 |
0,5 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
Снеговые запасы тяжелых металлов на склоне южной экспозиции увеличиваются от их минимумов на вершине моренного холма к максимумам в нижней части склона: Pb - в 2-3 раза, Cu - в 1,7-4,8 раза, Zn - в 1,4-4,4 раза, Cd - в 1,4-2 раза. На склоне северной экспозиции запасы Pb увеличились в 1,4-2,4 раза, Cu - в 1,8-4 раза, Zn - в 1,4-5 раз. Однако по запасам Cd наблюдалось уменьшение содержания в 0,9-2,3 раза. Полученные данные хорошо согласуются с трендами накопления тяжелых металлов в почве.
Важно подчеркнуть, что запасы тяжелых металлов в снежном покрове напрямую зависят от длительности залегания устойчивого покрова. Учитывая даты залегания устойчивого снежного покрова, длительность залегания снежного покрова на момент отбора образцов составила 88, 97, 119, 127, 57 дней в сезоны 2009 - 2010 - 2011 - 2013 - 2014 годов, соответственно. Максимальные запасы тяжелых металлов в снежном покрове приходятся на 2013 год, характеризующийся максимальной длительностью залегания устойчивого снежного покрова. Минимальные запасы, соответственно, установлены в годы с наименьшим количеством снежных дней.
Сравнение средних значений содержания тяжелых металлов в ранневесеннем снежном покрове позволяет оценить суточный модуль аэрогенного поступления поллютантов, а также современный тренд и латеральный механизм их повышенного накопления в аккумулятивных элементах мезорельефа (рис. 1).
Рис. 1. Расчетный модуль техногенной нагрузки по тяжелым металлам на фоновые почвы ЛОД (2009-2014 гг.) с учетом длительности залегания устойчивого снежного покрова
Поступившие на поверхность почвы тяжелые металлы частично перераспределяются по почвенному профилю (см. табл. 3) и частично поступают в растения. При анализе изменения содержания тяжелых металлов в травянистой растительности важную роль играет биомасса растительности (табл. 5).
Таблица 5. Содержание и запасы тяжелых металлов в напочвенной биомассе травянистой растительности ключевых участков ЛОД (в расчете на сырую массу) с 2011 по 2014 гг.
|
Ключ. уч-к |
Содержание, мг/кг |
БМ, кг/м2 |
Запасы, г/га |
|||||||||||
|
Pb |
КБП |
Cu |
КБП |
Zn |
КБП |
Cd |
КБП |
Pb |
Cu |
Zn |
Cd |
|||
|
2011 г. |
||||||||||||||
|
НСВ |
1,51 |
0,04 |
6,91 |
0,45 |
50,5 |
0,75 |
0,09 |
1,0 |
1,88 |
28 |
130 |
951 |
1,7 |
|
|
ССВ |
1,34 |
0,02 |
3,02 |
0,28 |
38,1 |
0,66 |
0,04 |
0,57 |
1,61 |
22 |
49 |
611 |
0,6 |
|
|
ВМХ |
1,21 |
0,07 |
2,54 |
0,26 |
35,2 |
0,70 |
0,03 |
0,75 |
1,38 |
17 |
35 |
487 |
0,4 |
|
|
СЮЗ |
1,63 |
0,07 |
4,01 |
0,35 |
48,1 |
0,70 |
0,06 |
0,38 |
2,10 |
34 |
84 |
1010 |
1,3 |
|
|
НЮЗ |
1,82 |
0,04 |
7,11 |
0,46 |
60,1 |
0,78 |
0,10 |
0,48 |
3,10 |
56 |
220 |
1861 |
3,1 |
|
|
М |
0,05 |
0,36 |
0,72 |
0,63 |
||||||||||
|
2013 г. |
||||||||||||||
|
НСВ |
3,92 |
0,11 |
7,0 |
0,18 |
54 |
0,78 |
0,02 |
0,02 |
1,48 |
58 |
104 |
799 |
0,3 |
|
|
ССВ |
3,27 |
0,14 |
5,03 |
0,11 |
68,4 |
1,15 |
0,17 |
1,70 |
1,35 |
44 |
68 |
923 |
2,0 |
|
|
ВМХ |
0,86 |
0,04 |
3,03 |
0,12 |
55,2 |
1,00 |
0,015 |
0,30 |
1,26 |
11 |
38 |
696 |
0,2 |
|
|
СЮЗ |
3,91 |
0,16 |
6,07 |
0,22 |
53,1 |
0,69 |
0,019 |
0,11 |
2,10 |
82 |
127 |
1115 |
0,4 |
|
|
НЮЗ |
3,82 |
0,08 |
9,12 |
0,17 |
70,7 |
0,82 |
0,10 |
0,38 |
3,00 |
116 |
274 |
2121 |
3,0 |
|
|
M |
0,11 |
0,16 |
0,89 |
0,50 |
||||||||||
|
2014 г. |
||||||||||||||
|
НСВ |
3,87 |
0,09 |
7,05 |
0,24 |
53,9 |
0,75 |
0,03 |
0,02 |
1,36 |
53 |
96 |
734 |
0,4 |
|
|
ССВ |
3,31 |
0,06 |
5,08 |
0,28 |
68,4 |
1,10 |
0,17 |
1,21 |
1,50 |
50 |
76 |
1027 |
2,6 |
|
|
ВМХ |
0,89 |
0,03 |
3,07 |
0,19 |
55,4 |
0,89 |
0,02 |
0,19 |
1,33 |
12 |
41 |
737 |
0,2 |
|
|
СЮЗ |
3,89 |
0,12 |
6,11 |
0,40 |
53,1 |
0,70 |
0,02 |
0,10 |
2,36 |
92 |
144 |
1254 |
0, 5 |
|
|
НЮЗ |
3,85 |
0,07 |
9,15 |
0,43 |
70,7 |
0,80 |
0,12 |
0,36 |
3,17 |
122 |
290 |
2242 |
3,8 |
|
|
М |
0,08 |
0,31 |
0,85 |
0,38 |
КБП - коэффициент биологического поглощения;
БМ, кг/ м2 - биомасса сырой растительности, кг/м2
Величина биомассы травянистой растительности минимальна на вершине моренного холма и постепенно возрастает вниз по склонам: в 1,1-1,2 раза на склоне северо-восточной и в 1,7-2,4 раза - юго-западной экспозиций.
Более высокий уровень биомассы на склоне юго-западной экспозиции определяется более высоким уровнем увлажнения и температурным режимом юго-западного склона по сравнению со склоном северо-восточной экспозиции.
Результаты многолетних наблюдений за запасами тяжелых металлов в травянистой растительности показали ранее отмеченную [7, 10] пространственно-временную зависимость содержания и запасов тяжелых металлов в напочвенной растительности: на склоне ЮЗ экспозиции запасы тяжелых металлов увеличиваются от минимума на вершине моренного холма к максимумам в нижней части склона, согласованно с основными закономерностями пространственной дифференциации содержания и запасов исследуемых тяжелых металлов в снежном, почвенном и растительном покрове (табл. 6).
Таблица 6. Диапазоны варьирования запасов тяжелых металлов на неконтрастных элементах мезорельефа на территории Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева
|
Ключ. уч-к |
НСВ |
ССВ |
ВМХ |
СЮЗ |
НЮЗ |
||||||
|
Почвенный покров (кг/га в слое 0-20 см) |
|||||||||||
|
Эл. |
Min |
Max |
Min |
Max |
Min |
Max |
Min |
Max |
Min |
Max |
|
|
Pb |
42,2 |
112,9 |
30,9 |
96,5 |
20,1 |
54,1 |
30,2 |
56,2 |
72,2 |
106,5 |
|
|
Cu |
17,9 |
53,8 |
15,0 |
34,9 |
14,0 |
33,0 |
16,0 |
28,0 |
16,6 |
38,0 |
|
|
Zn |
110,9 |
145,1 |
106,1 |
126,9 |
75,3 |
126,7 |
82,8 |
166,1 |
82,8 |
166,1 |
|
|
Cd |
0,14 |
0,26 |
0,10 |
0,14 |
0,06 |
0,08 |
0,19 |
0,33 |
0,30 |
0,43 |
|
|
Снежный покров (г/га) |
|||||||||||
|
Pb |
38,9 |
73,9 |
22,3 |
55,6 |
16,8 |
55,6 |
32,7 |
80,4 |
37,4 |
115,1 |
|
|
Cu |
3,3 |
10,9 |
1,70 |
3,4 |
1,5 |
5,5 |
2,0 |
7,4 |
3,0 |
11,3 |
|
|
Zn |
15,6 |
70,1 |
6,0 |
54,5 |
3,2 |
51,4 |
4,9 |
51,4 |
13,8 |
70,9 |
|
|
Cd |
0,3 |
0,6 |
0,4 |
1,7 |
0,5 |
1,4 |
0,8 |
1,8 |
0,8 |
1,9 |
|
|
Напочвенный растительный покров (г/га) |
|||||||||||
|
Pb |
28 |
58 |
22 |
50 |
11 |
17 |
34 |
92 |
56 |
122 |
|
|
Cu |
96 |
130 |
49 |
76 |
35 |
41 |
84 |
144 |
220 |
290 |
|
|
Zn |
734 |
1027 |
611 |
951 |
487 |
737 |
1010 |
1254 |
1861 |
2242 |
|
|
Cd |
0,1 |
2,6 |
0, 3 |
1,7 |
0, 2 |
0,4 |
0,4 |
1,3 |
3,0 |
4,0 |
Таким образом, проведенные наблюдения выявили значительное влияние даже неконтрастного мезорельефа (с крутизной склона не более 3° и абсолютным перепадом высот не более 15 м).
Проведенные исследования подчеркивают необходимость региональной дифференциации фоновых концентраций тяжелых металлов при исследовании экологического состояния урбоэкосистем, с учетом морфогенетических особенностей почв и занимаемых ими форм мезорельефа. В ином случае мы можем столкнуться с двух-трехкратными неточностями в определении уровня техногенной нагрузки в базовых компонентах экосистем, проводимом согласно ГОСТированным методикам [6, 16] с учетом их фонового содержания.
Выводы
1. Проведенные в условиях характерных для северной части Московского мегаполиса фоновых экосистем Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева шестилетние мониторинговые почвенно-экологические исследования показали значительную пространственно-временную изменчивость содержания и запасов тяжелых металлов (Pb, Cu, Zn, Cd) в снегу, почвенном покрове и напочвенной растительности.
2. Основным фактором пространственной дифференциации запасов исследуемых тяжелых металлов в трех базовых компонентах экосистем (почвы, снег и напочвенная растительность) является характерный для этой части Москвы малоконтрастный мезорельеф, в аккумулятивных элементах которого (переходных к подошвам нижних частей склонов) отмечаются значительные (до полуторных и даже трехкратных) превышения их запасов в автоморфных позициях выположенной вершины моренного холма.
3. Различия по запасам тяжелых металлов в верхних почвенных горизонтах возрастают в ряду: Pb < Cu < Zn < Cd, что объясняется существенной разницей в их мобильности. Наблюдается элювиальный характер профильного распределения подвижных форм кадмия с максимумом в текстурно-иллювиальных горизонтах исследуемых дерново-подзолистых почв.
4. Запасы тяжелых металлов в снежном покрове напрямую зависят от длительности залегания устойчивого покрова. Минимальные запасы тяжелых металлов характерны для лет с наименьшей длительностью снежного периода. Сравнение средних значений содержания тяжелых металлов в ранневесеннем снежном покрове позволяет оценить суточный модуль и текущий тренд перераспределения поллютантов по элементам мезорельефа.
5. При увеличении содержания исследуемых тяжелых металлов в верхних горизонтах почв прослеживается четкая обратная корреляция коэффициентов биологического поглощения (КБП) тяжелых металлов и их содержания в прикорневой части почв: на изученных фоновых объектах Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева наименьшие значения КБП характерны для свинца (0,02-0,16), а наибольшие - для цинка (0,51-1,15).
6. Установленная по результатам шестилетнего почвенно-экологического мониторинга значительная (вплоть до двух-трехкратной) пространственно-временная изменчивость содержания и запасов тяжелых металлов (Pb, Cu, Zn, Cd) в основных компонентах фоновых лесных экосистем мегаполиса подчеркивает необходимость регионально-типологической дифференциации фоновых концентраций тяжелых металлов при исследовании экологического качества базовых компонентов урбоэкосистем, с учетом морфогенетических особенностей городских почв и занимаемых ими форм мезорельефа.
Список использованных источников
1. Тарасова О.Ю., Дубровина Т.А., Дубровин Е.Г. Оценка состояния окружающей среды методом биоиндикации на примере территории г. Саранска (по материалам исследований 2012 года). - Саранск. - 2013.
2. Тишкина Э.В. Оценка современного уровня загрязнения почв природного парка Воробьевы горы приоритетными экотоксикантами // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. - 2010, №1. - С. 43-50.
3. Каверина С.А., Климентьев А.И., Ложкин И.В. Геологическая оценка трансформации почвенного покрова Орско-Новотроицкого промузла // Вестник ОГУ. - 2007, №3. - С. 134-142.
4. Строганова М.Н., Мягков А.Д., Прокофьева Т.В. Роль почв в городских экосистемах // Почвоведение. - 1997, №1. - С. 96-101.
5. Яшин И.М., Кузнецов П.В., Буринова Б.В. Исследование барьеров миграции в почвах лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева // Известия ТСХА. - 2010. - Вып. 3. - C. 9-23.
6. ПНД Ф 14.1:2:4.69-96 Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов кадмия, свинца, меди и цинка в питьевых, природных, морских и очищенных сточных водах методом инверсионной вольтамперометрии.
7. Burinova B.V., Vasenev I.I. Anthropogenic factors of heavy metals spatial variability in soil cover of forest preserve within Moscow megalopolis// Materials of 6-th SUITMA International Conference. - Marrakesh, Morocco. - 2011. - P. 35.
8. Raymond A., Wuana A., Okieimen E. Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation» // International Scholarly Research Notices. - 2011. - P. 2-21.
9. Shalini S., Pritee G. Environmental heavy metal pollution// Environmental Science and Engineering, 2010. # 1.
10. Васенев И.И., Авилова А.А., Багина Б.В. Особенности пространственно-временной изменчивости содержания и накопления тяжелых металлов в почвах и растительном покрове в условиях лесной рекреационной территории // Плодородие. - 2015, №2 (83). - С. 44-49.
11. Васенев И.И., Наумов В.Д., Раскатова Т.В. Структурно-функциональная организация почвенно-экологического мониторинга Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА // Известия ТСХА. - 2007. - Вып. 4. - С. 29-44.
12. Наумов В.Д., Родионов Б.С., Гемонов А.В. Сравнительная оценка почв и растительности на пробных площадях лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева // Известия ТСХА. - 2014. - Вып. 2. - С. 5- 18.
13. Поляков А.Н., Наумов В.Д. 150 лет Лесной опытной даче // Известия ТСХА. - Вып. 6. - С.176-185.
14. Васенев И.И., Раскатова Т.В. Пространственно-временная изменчивость основных параметров фонового экологического мониторинга дерново-подзолистых почв Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. - 2009, №2. - С. 83-91.
15. Климентьев А.И., Ложкин И.В., Трубин А.П. Геоэкологическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий (на примере г. Оренбурга). - Екатеринбург: УрО РАН. - 2006. - 182 с.
16. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.46-06 Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм тяжелых металлов и токсичных элементов (Cd, Pb, Cu, Zn, Bi, Tl, Ag, Fe, Se, Co, Ni, As, Sb, Hg, Mn) в почвах, грунтах, донных отложениях, осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии.
17. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. - М.: Академия. - 2003. - 400 с.
18. ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве»; ГН 2.1.7.2511-09 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве».
Цитирование:
Авилова А.А., Васенев И.И., Багина Б.В. Влияние малоконтрастного мезорельефа на содержание и запасы тяжелых металлов в базовых компонентах фоновых экосистем Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева // АгроЭкоИнфо. - 2015, №5. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/5/st_27.doc.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Минеральные элементы в питании растений. Биологическая роль тяжелых металлов – меди и цинка, их химическая характеристика, встречаемость в почвах на территории РФ. Определение способности тяжелых металлов влиять на окислительный статус проростков пшеницы.
научная работа [2,6 M], добавлен 18.09.2014Выявление влияния плодородия дерново-подзолистых почв на ее нитрификационную способность. Определение агрохимических свойств дерново-подзолистых почв и расчет индекса окультуренности почв. Анализ влияния плодородия на содержание NPK в зерне и соломе.
курсовая работа [51,8 K], добавлен 09.12.2013Этиология отравлений, характеристика отравляющего вещества. Ориентировочные параметры концентрации тяжелых металлов в продуктах животноводства. Ветеринарно-санитарный осмотр и лабораторные исследования. Определение солей тяжелых металлов в органах.
курсовая работа [186,6 K], добавлен 08.06.2012Главные мероприятия по повышению плодородия дерново-подзолистых почв. Народнохозяйственное и агротехническое значение зерновых и бобовых культур. Кормовая свекла: значение, районы распространения, биология и агротехника. Подготовка семян к хранению.
контрольная работа [24,2 K], добавлен 10.10.2011Изучение свойств и определение территорий распространения подзолистых почв как типичных почв хвойных и северных лесов. Природно-климатические условия подзолистых почв. Морфология, генезис формирования и агрономическое использование подзолистых почв.
реферат [33,4 K], добавлен 12.09.2014Типы, виды и факторы деградации почв. Причины физического, химического и биологического загрязнение почв. Географические и общебиосферные деградации, их проявления. Особенности деградации черноземов, пустынных и дерново-подзолистых почв, методы охраны.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 27.02.2012Плодородие – важнейшее свойство почвы, его виды. Свойства почв тяжелого и легкого гранулометрического состава. Роль растений, бактерий, грибов и актиномицетов в образовании гумуса. Классификация, свойства и повышение плодородия дерново-подзолистых почв.
контрольная работа [28,7 K], добавлен 25.10.2014Виды высших растений на среднеевропейских лугах. Рентабельность использования сенокосов и пастбищ. Химическая борьба с луговыми сорняками. Продуктивность кормовых угодий. Содержание тяжелых металлов в пастбищном корме. Состав растительных сообществ.
реферат [15,5 K], добавлен 12.07.2011- Агрономическая характеристика почвенного покрова ООО "Кыласовское" Кунгурского района Пермского края
Географическое положение и общие сведения о хозяйстве. Природные условия формирования почвенного покрова: климат, рельеф, гидрологические условия. Морфологические признаки серой лесной и дерново-карбонатной почвы. Бонитировка, охрана почвенного покрова.
курсовая работа [74,0 K], добавлен 12.01.2015 Географическое положение и характеристика природных условий почвообразования на территории района. Гумусное состояние дерново-подзолистых почв, их рациональное использование и охрана. Расчёт нормы органических, известковых и минеральных удобрений.
курсовая работа [312,1 K], добавлен 13.11.2014Отравление животных соединениями ртути: токсикодинамика, клинические признаки, лечение. Предприятия по добыче и переработки мышьяксодержащих руд и минералов как основной источник загрязнения окружающей среды. Токсичность соединений мышьяка, отравления.
презентация [12,1 M], добавлен 30.01.2015Требования к отбору проб сельскохозяйственной продукции для санитарно-гигиенических и химико-токсикологических исследований. Отравление животных фосфорорганическими соединениями. Токсикология и исследования хлорофоса. Отравление солями тяжелых металлов.
контрольная работа [32,7 K], добавлен 09.01.2011В программе мониторинга окружающей среды свинец и кадмий отнесены к приоритетным токсическим элементам. Изучение степени подвижности соединений свинца (II) и кадмия (II) в почве и способов снижения их фитотоксичности. Механизмы связывания свинца.
дипломная работа [168,4 K], добавлен 21.02.2011Причины смены культур в севообороте. Понятие о культуртехнических мероприятиях на мелиорируемых землях. Органические удобрения, их классификация. Морфологические признаки дерново-подзолистых и черноземных почв. Технология выращивания полевой культуры.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 24.10.2013Особенности трансформации гумусовых веществ дерново-подзолистых почв при агрогенных воздействиях. Нарушенные неполнопрофильные и поверхностно-трансформированные почвы. Загрязнение сельскохозяйственных земель Беларуси химическими радиоактивными веществами.
курсовая работа [126,1 K], добавлен 01.04.2017Органические и неорганические соединения ртути, отравление животных. Патологоанатомические изменения, диагностика и лечение отравления. Токсикодинамика и клинические признаки отравления медью. Лечение животных при попадании свинца и цинка в организм.
лекция [22,7 K], добавлен 30.07.2013Характеристика почвенного покрова в хозяйстве Городищенского района, природные условия почвообразования: климат, рельеф, растительность. Использование органических и минеральных удобрений в хозяйстве. Запасы гумуса, критерии оценки устойчивости почв.
курсовая работа [42,3 K], добавлен 06.12.2013Пути воспроизводства и основные источники пополнения органического вещества лесных почв. Влияние известкования на плодородие почв. Основные составляющие продуктивности агрофитоценозов. Влияние компостов и извести на агрохимические показатели почвы.
дипломная работа [241,6 K], добавлен 13.02.2013Особенности климата Тогучинского района Новосибирской области. Неблагоприятное влияние ветра на распределение снежного покрова и на иссушение почвы. Характеристика почвенного покрова. Морфологический профиль чернозема оподзоленного среднемощного.
курсовая работа [64,9 K], добавлен 08.12.2014Условия почвообразования. Строение дерново-карбонатных, грунтово-глееватых и дерново-литогенных почв. Накопление гумуса, питательных для растений веществ и создание водопрочной структуры в верхнем горизонте. Развитие элементов элювиального процесса.
презентация [346,0 K], добавлен 19.04.2016
