ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 5878
Скачиваний: 9
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
190
Таблица 1
Содержание валовых и подвижных форм металлов (мг/кг) в почвогрунтах под насаждениями сосны
обыкновенной (
Pinus
sylvestris
L
.) (
n
=30)
Cu
Zn
Pb
Cd
Валовая
форма
Подвижная
форма
Валовая
форма
Подвижная
форма
Валовая
форма
Подвижная
форма
Валовая
форма
Подвижная
форма
Учалинский горно-обогатительный комбинат
51,70±10,82 2,73±0,80 ** 99,70±4,44* 8,27±0,83*** 19,40±3,64 0,31±0,05 ** 0,67±0,80 0,12±0,03
Условный контроль (чернозем выщелоченный)
17,90±3,63
0,78±0,19
76,10±4,51
3,93±0,47
13,30±4,62
0,17±0,05 0,21±0,17 0,14±0,05
Значение ПДК
23
2
85
23
32
6
1,5
0,24
Значимость различий с контрольными значениями: * -р<0,1; ** -р<0,02; *** -р<0,001
Кроме этого, следует отметить крайне неустойчивый характер распределения запасов валовых и
подвижных форм элементов в молодых почвах березовых насаждений промышленных отвалов УГОК (табл.
2). Сопоставление содержания валовых форм Cu,
Zn
, Pb и Cd в отвальных грунтах под насаждениями березы
со значениями ПДК показало, что концентрация металлов в условиях отвалов значительно выше.
Таблица 2
Содержание валовых и подвижных форм металлов (мг/кг) в почвогрунтах под насаждениями березы
повислой (
Betula
pendula
Roth) (
n
=30)
Cu
Zn
Pb
Cd
Валовая
форма
Подвижная
форма
Валовая форма Подвижная
форма
Валовая форма Подвижная
форма
Валовая
форма
Подвижная
форма
Учалинский горно-обогатительный комбинат
74,1
7
±
26,80*
3,80±0,74** 137,80±18,10* 9,03±1,40* 59,90±21,99** 1,13±0,27** 1,53±0,28** 0,29±0,05*
Условный контроль (чернозем выщелоченный)
16,55±2,02 1,27±0,28 95,07±22,20
6,10±1,04
6,20±5,59
следы
0,52±0,12
0,19±0,04
Значение ПДК
23
2
85
23
32
6
1,5
0,24
Значимость различий с контрольными значениями: * -р<0,1; ** -р<0,02; *** -р<0,001
По содержанию подвижных форм Cu и Cd почвогрунты относятся к категории «загрязненные». Почвы,
отобранные на контрольных пробных площадях, не превышают ПДК по подвижным формам металлов.
На поверхности почвогрунтов под насаждениями сосны и березы обнаружен незначительный слой
подстилки. В верхних горизонтах мелкозем заполняет промежутки между камнями, причем морфологических
признаков формирования почвенного покрова не выявлено. Обнаружена тесная корреляционная связь между
содержанием ТМ в почвогрунтах УГОК и повышенным аккумулированием Cu,
Zn
(рис. 1А и 1Б), Pb (
r
=0,98)
и Cd (
r
=0,94) поглощающими корнями.
Рис. 1. Влияние содержания подвижных форм меди (А) и цинка (Б) в почвогрунтах на количество меди и
цинка в поглощающих корнях сосны обыкновенной (Pinus sylvestris
L
.) в условиях отвалов Учалинского горно-
обогатительного комбината.
В условиях отвалов УГОК в почвогрунтах под березовыми насаждениями содержание общего углерода
значительно больше, чем под насаждениями сосны. Накоплению углерода в верхнем слое субстрата под
пологом березовых насаждений по сравнению с исходными результатами способствует наличие ежегодного
опада (табл. 3). В почвогрунтах под насаждениями сосны и березы наблюдается подкисление молодых почв,
что связано со снижением содержания Са
2+
и накоплением гумусовых веществ в верхнем плодородном
Доклады Всероссийской научной конференции
191
горизонте. В условиях отвалов УГОК обнаружено незначительное увеличение подвижных форм фосфора в
верхних частях почвогрунтов, которое следует рассматривать как следствие биологической аккумуляции.
Отвальные грунты, ранее бывшие практически одинаковыми по качеству и количеству обменных
оснований, в настоящее время по содержанию обменных оснований отличаются друг от друга. Наибольшим
количеством обменного кальция в верхнем горизонте характеризуются почвогрунты березовых насаждений
(9 мг/экв), почвогрунты сосновых насаждений отличаются его наименьшим содержанием (5 мг/экв).
Содержание обменного магния соответствует количеству в них обменного кальция, т.е. в почвогрунтах под
сосновыми насаждениями
Mg
2+
мало и больше в почвогрунтах под березовыми насаждениями. Сопоставление
с материалами 25-летней давности показывает, что содержание Са
2+
и
Mg
2+
в почвогрунтах снижается.
Таблица 3
Химические свойства почвогрунтов отвалов Учалинского горно-обогатительного комбината
Глубина отбора образца, см
Общий
углерод, %
рН,
водный
P
2
O
5
на 100 г
подвижный
Са
2+
Mg
2+
мг/экв на 100 г
Почвогрунты отвалов (Баталов и др., 1989)
0-20
0,80
7,74
1,50
16,0
5,0
Почвогрунты под насаждениями сосны
0-20
1,0
4,30
2,05
5,0
1,0
Почвогрунты под насаждениями березы
0-20
4,30
4,10
3,20
9,0
2,0
В результате проведенных исследований установлено, что относительное жизненное состояние
насаждений сосны обыкновенной и березы повислой в условиях промышленных отвалов оценивается как
«здоровое». Условия произрастания практически не оказывают влияния на динамику радиального прироста
стволовой древесины этих видов деревьев. Показано, что как в техногенных условиях, так и в условно
контрольных почвах уровень содержания подвижных форм металлов сопоставим с валовым содержанием
элементов.
Высокий уровень содержания металлов в почвогрунтах отвалов УГОК определяет повышенный
уровень их накопления в органах сосны обыкновенной и березы повислой. Наибольшее среднее суммарное
количество техногенных металлов отмечается в многолетних частях растений (корневая система, кора
и ветви), а наименьшее – в ассимиляционных органах. Накопление тяжелых металлов в поглощающих
корнях – адаптивная реакция, направленная на выживание древесных растений в экстремальных условиях
промышленных отвалов.
Под пологом древесных насаждений на отвалах идет формирование почвенного покрова, особенности
которого определяются составом и свойством грунтов, видовым составом древесных растений, их возрастом
и мозаичностью произрастания. Формирование почвенного покрова на отвалах морфологически выражено
слабо, но четко определяется аналитически.
При сопоставлении материалов исследований 1982-1986 гг. и 2008-2011 гг. отмечено, что в процессе
формирования почвенного покрова на отвалах под пологом лесных насаждений наблюдаются положительные
изменения таких параметров как, общий углерод, содержание Р, рН, обменного кальция и магния, что
свидетельствует о вкладе насаждений сосны и березы в биологическую рекультивацию промышленных
отвалов.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (№ 08-04-97017, № 11-04-97025), Программы
фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие» (2009-2011 гг.), тематического
плана МОН РФ (№ 2.1.1/11330).
Литература
1. Глазовская М.А. Техногенез и проблемы ландшафтно-геохимического прогноза // Вестник МГУ.
1968. №1. С. 30-36.
2. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы. М.:
Наука, 2000. 185 с.
3. Застенский Л.С. Облесение карьерных земель // Лесоводство и лесное хозяйство. Минск, 1981. Вып.
16. С. 68-72.
4. Кулагин А.Ю. Ивы: техногенез и проблемы оптимизации нарушенных ландшафтов. Уфа: Гилем,
1998. 193 с.
5. Баталов А.А., Мартьянов Н.А., Кулагин А.Ю., Горюхин О.Б. Лесовосстановление на промышленных
отвалах Предуралья и Южного Урала /БНЦ Уро АН СССР. Уфа, 1989. 140 с.
6. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение / Под ред. В.А. Алексеева. Л.: Наука, 1990. С. 38-54.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
192
УДК 631.445.51;630.114.5
АККУМУЛЯЦИЯ УГЛЕРОДА И АЗОТА В ПОЧВАХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПОЛУПУСТЫНИ
СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ (ДЖАНЫБЕКСКИЙ СТАЦИОНАР ИЛРАН)
Н.Ю. Кулакова
Институт лесоведения РАН, Московская обл., с. Успенское, e-mail: nкulakova@mail.ru
Аккумуляция углерода и азота в почве – основной процесс, определяющий её биологическую
продуктивность и ключевой момент в изучении циклов этих элементов [1,2]. Цель работы состояла в
исследовании общих закономерностей процессов аккумуляции С и N в почвах искусственных лесных
экосистем, созданных в глинистой полупустыни Северного Прикаспия, а также в изучении особенностей этих
процессов, связанных с видовым составом насаждений. Для этого в подстилке и слоях почвы 0-5; 5-10… 50-
60 см под нативной степной растительностью и под массивными лесными насаждениями из
Quercus robur
L
., Pinus sylvestris
L
., Cotinus coggygria Scop., Acer tataricum
L
.,
созданными около 60 лет назад, определяли
содержание органического С по методу Тюрина, общего N по методу Кьельдаля, легко нитрифицирующегося
N – по методу ЦИАНО, измеряли сезонную динамику активностей ионов NO
3
-
и NH
4
+
. Значения активностей
измеряли в водной суспензии почвы (сухой вес почвы:вода 1:5), используя мембранные электроды. Образцы
отбирались в 6-кратной повторности; для определения легко нитрифицирующегося азота использовали только
3 повторности. Запасы подстилок измеряли в 4-кратной повторности на площадках 40х40 см
2
на каждом
участке. Массу ежегодного опада определяли в насаждениях
Quercus
и
Acer
на площадках 1 м
2
в 4-кратной
повторности в течение двух лет.
Исследуемые участки располагались в двух мезо понижениях, лугово-каштановые почвы которых
имели одинаковую мощность генетических горизонтов. Насаждение дуба черешчатого отличалось от
других объектов тем, что сюда более 40 лет назад были интродуцированы черви рода
Eisenia nordenskioldi
,
разлагающие подстилку. Выпас скота на степном участке отсутствовал.
Аккумуляция С и N в подстилках.
Объёмы ежегодно поступающих на поверхность почвы растительных
остатков очень близки в степном биоценозе и в двух исследованных в этом отношении лесных насаждениях –
3.00-3.30 т/га сухой массы в год в степной ассоциации [3]; 3.55 ± 0.60 т/га в год сухого материала в насаждении
дуба и
4.10±0.95 в насаждении клена татарского при Р=0.05 и n=8.
Запасы подстилки составили: 276; 275 227 и 75 т/га сухого материала в насаждениях скумпии, клена,
сосны и дуба соответственно и 65 т/га в степном сообществе. Тот факт, что запасы подстилки в насаждении
дуба были в 3-3,6 раз меньше, чем в других насаждениях, объясняется деятельностью червей, разлагающих
подстилку. Подстилки сильно отличались по строению – верхний слой
L
в насаждениях скумпии и сосны
составлял примерно 1/4, в насаждении дуба и в степном биоценозе – 1/3, а в насаждении клена – 9/10 от
общего запаса подстилки.
Содержание С и N в слоях
L
и F-H подстилок существенно варьировало, тем ни менее в слое F-H всех
лесных подстилок содержание С было значительно (в 1.7-2.2 раза) выше по сравнению со степной подстилкой,
содержавшей 95.7±13.5 г С/кг. Содержание N в слое F-H степного биоценоза составляло 8.5±1.2 г/кг, а в
насаждениях было в среднем в 1,3 раза выше.
Запасы углерода в подстилках насаждений были выше, чем в степной подстилке (9.3 т/га): примерно в 2
раза в дубовом насаждения, в 4.6 раза – в насаждениях скумпии и сосны, в 11 раз – в насаждении клена. Запасы
азота в лесных подстилках были в 1.6-5.4 раза больше, чем в степной подстилке, содержащей 11.2 т N /га.
Содержание легко нитрифицирующегося азота было в 1,3-1,6 раза выше в подстилке лесных участков,
по сравнению со степным (1.85±0.12мг N(NO
3
-
) /кг). Исключение составляло насаждение скумпии, в подстилке
которого концентрация легко нитрифицирующегося азота была примерно такой же, как в степной экосистеме.
Запасы легко нитрифицирующегося азота в подстилках под насаждениями скумпии, сосны и клена
были в 4.6-7 раз выше по сравнению со степным участком. На степном участке и в насаждении дуба величины
запасов были наименьшими 1.15 и 1.82 г N(NO
3
-
)/м
2
.
В подстилках значения активностей NO
3
-
и NH
4
+
ионов были почти всегда в несколько раз выше, чем в
гумусовых и минеральных горизонтах (рис.1), при этом преобладали нитрат-ионы. Исключение составляет подстилка
в насаждении скумпии, в которой отношение активностей NO
3
-
/ NH
4
+
ионов весной было меньше единицы.
Аккумуляция
С и N
в верхней части гумусового горизонта(0-5см
).
В слое 0-5 см величины содержания
и запасов С и N
на разных участках варьировали сильнее, чем в других слоях почвы. Было обнаружено, что
содержание общего и легко нитрифицирующегося азота слое почвы в 0-5 см находилось в обратной зависимости
с содержанием их в верхнем слое
L
подстилки:
R
= -0.78, α ≤0.001,
n
= 24 (исключая участок с кленом) для
значений N общего и
R
= -0.62,
n
= 15 (все участки), α ≤0.01 для значений легко нитрифицирующегося N. В слое
0-5 см запасы углерода уменьшились на 25% в насаждении клена относительно степной почвы и увеличились
на 69, 243 и 246 % в насаждениях дуба, сосны и скумпии соответственно. Запасы азота уменьшились на
45% в насаждении клена и увеличились на 40, 94 и 139% в насаждениях дуба, сосны и скумпии. Запасы
легко нитрифицирующегося азота не изменились в насаждении сосны и клена и увеличились на 14 и 90% в
насаждениях дуба и скумпии.
Аккумуляция
С и N
в слое почвы 5-40(60) см.
Достоверное cокращение содержания С и N отмечено в
большинстве слоев на глубине 5-40(60) см в лесных почвах относительно нативных. Уменьшение запасов С
было одинаковым на всех лесных участках и составило около 20% от запасов в степной почве, составляющих
97.9 т/га. Сокращение запасов азота более зависело от видового состава насаждений – запасы уменьшились на
35 % в насаждении сосны и на 20-24 % – в других насаждениях относительно степного биоценоза (7.93 т/га).
Доклады Всероссийской научной конференции
193
a
b
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22
Ac
er
C
ot
in
us
P
in
uc
Q
ue
rc
us
S
te
pp
e
mol/l*10
-4
litter
0-5 cm
5-10 cm
10-20 cm
20-30 cm
30-40 cm
40-50 cm
0
2
4
6
8
Ac
er
C
ot
in
us
P
in
us
Q
ue
rc
us
S
te
pp
e
mol/l*10
-4
Ι
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22
Ac
er
C
ot
in
us
P
in
us
Q
ue
rc
us
S
te
pp
e
mol/l*10-
4
0
2
4
6
8
Ac
er
C
ot
in
us
P
in
us
Q
ue
rc
us
S
te
pp
e
mol/l*10
-4
ΙΙ
Рис. 1.
Величины активностей ионов NO
3
-
(a) и NH
4
+
(b); Ι – весной, ΙΙ – осенью
Уменьшение содержания и запасов С и N на глубине 5-40(60) см в почвах всех насаждений связано с
уменьшением ежегодного поступления растительных остатков с отмершими корнями в лесных экосистемах,
по сравнению со степной. Приблизительные подсчёты подтверждают эту гипотезу. Масса корней в 0-60
см слое почвы под степной растительностью составляет, по данным [4], 17,5т/га. Если предположить, что
примерно 60-80% от массы корней приходится на корневой отпад [5], то он будет соответствовать примерно
10-14 т/га. Согласно данным [6], поступление мортмассы составляет около 2 т/га в 60-см слое под 50-летней
дубравой в лесостепной зоне. Этот объём существенно меньше, чем в степной экосистеме.
Подстилки оказывают влияние на содержание мобильных соединений азота в гумусовом горизонте.
Положительная корреляция обнаружена между значениями активностей NO
3
-
ионов, измеренными весной в
подстилке и в верхних слоях почвы. Для слоев 0-5, 5-10, 10-20, 20-30, и 30-40 см коэффициенты корреляции
были 0.97, 0.88, 0.88, 0.88 и 0.91соответственно для
n
= 5, α ≤ 0.05. Корреляции не обнаруживается в другие
сезоны, что связано с низкой влажностью подстилок (7-13%) и отсутствием процессов вымывания.
Общие запасы углерода в подстилке и в 60-см слое почвы в нативной экосистеме составили 134.0 т/га,
под насаждением дуба – 141.6, в насаждениях скумпии и сосны 215.8 и 211.5 т/га.
Запасы азота в подстилке и гумусовом горизонте почв (0-40 см) были примерно одинаковы (10,86-12,15
т/га) на всех участках, и только в насаждении скумпии заметно выше – 15,23т/га.
Выводы.
Все древесные виды оказали однотипное влияние на перераспределение органического углерода
и общего азота между подстилкой и слоями гумусового горизонта, лежащими ниже 5 см: в подстилке всех
лесных насаждений имело место существенное увеличение запасов C и N, а в слое 5-40(60) см – сокращение
запасов относительно степного участка. Амплитуда изменений запасов С и N в подстилке и запасов N в слое
5-40 см определялась видом деревьев, формирующих насаждение.
Баланс углерода и азота в лесных почвах зависел от вида растений. В подстилке и 60-см слое почвы под
дубовым насаждением общие запасы углерода были примерно такими же, как в почве степного биоценоза.
В насаждении сосны и скумпии они увеличились на 58-61 %, а в насаждении клена татарского – на 21%.
Общие запасы азота в подстилке и в гумусовом горизонте были примерно одинаковы на степном участке и в
насаждении дуба, сосны и клена и увеличились на 37% в насаждении скумпии.
Различия в запасах С, общего и легко нитрифицирующегося N между участками были максимальны
в слое 0-5 см, свойства которого определялись скоростью разложения слоя L подстилки. Отмечено также
влияние подстилки на формирование запасов нитратного азота в более глубоких слоях гумусового горизонта
в весенний период.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
194
Литература
1. Глазовская М.А. Педолитогенез и континентальные циклы углерода. МГУ. Москва: ЛИБРОКОМ.
2009. - 330 с.
2. Кудеяров В. Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. М.: Наука, 1989. 214с.
3. Сиземская М.Л., Сапанов М.К. Современное состояние экосистем и стратегия адаптивного
природопользования в полупустыне Северного Прикаспия. Аридные экосистемы. 2010.Т.16. №5. С
15-24
4. Оловянникова И.Н. Динамика продуктивности растительного покрова в заволжской глинистой
полупустыне. Ботанический журнал. Том 89. №7. С. 1122 – 1137.
5. Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Биотический круговорот на пяти континентах. СО РАН.
Новосибирск. 2008. 376 с.
6. Молчанов А.А. Дубравы лесостепи в биоценологическом освещении. АН СССР. Наука. Москва.
1975.363с.
УДК 550.47
О ПУТЯХ МИГРАЦИИ ВОДОРАСТВОРИМОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ПОЧВАХ И
ЛАНДШАФТАХ КЕНОЗЕРСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА
Г.С. Куст, М.М. Шишкин
Институт экологического почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, e-mail: gkust@ya.ru
Кенозерский национальный парк расположен на юго-западе Архангельской области в подзоне
средней тайги. Территория парка отличается разнообразием поверхностных отложений, как осадочных, так
и кристаллических. Здесь к дневной поверхности выходят породы разного возраста и состава: от кислых
до основных, от архейских до отложений калининского оледенения. Мощность четвертичных отложений
изменяется от 0–3 метров на карбоновом плато до 186 метров в Кенозерской впадине.
Почвенный покров представлен сочетаниями подзолистых почв и подзолов (в том числе остаточно-
карбонатных), кислых и выщелоченных буроземов, а также болотно-подзолистых и торфяных почв. Многие
почвы характеризуются двучленностью почвообразующих пород.
Лесная растительность в основном состоит из сосново-еловых и елово-сосновых лесов с примесью
березы и осины.
Гидрографическая сеть сложная. Всего на территории более 300 озер в основном ледникового происхождения,
исключение составляет оз. Кенозеро, площадь зеркала которого 68,6 кв. км. В южной части расположено оз.
Лекшмозеро - второе по величине в парке, площадь зеркала 54,4 кв. км. Речная сеть наиболее сильно развита в
южной части парка. Состав поверхностных вод различен: от мягких (преимущественно атмосферного и снегового
питания) до жестких (грунтового питания); редко встречаются щелочные (на карбонатах).
Цели и задачи: определить возможные причины накопления органических веществ в поверхностных водах
Кенозёрского национального парка; исследовать закономерности изменения содержания органического углерода в
ряду: подстилочные воды - внутрипочвенные воды - поверхностные текучие воды - озёрная вода; проверить гипотезу
о возможной роли карбонатных пород в определении путей геохимической миграции органического углерода.
Основными объектами исследования послужили почвенные и поверхностные (ручьевые и озерные) воды:
подстилочные воды отбирали путем отжима; другие виды - путем прямого отбора. Содержание органического
углерода определялось методом В.П.Цыпленкова и А.И. Попова с колориметрическим окончанием.
Исследованные образцы вод четко подразделяются на четыре основные группы (таблица 1):
А. Воды с концентрацией органического углерода, достигающей нескольких сотен миллиграммов в
литре. К этой группе относятся воды, отжатые из лесных подстилок, причем концентрация углерода в них
практически не отражает различий почв, связанных с их приуроченностью к породам с разным содержанием
карбонатов. Воды этой группы имеют интенсивную темно-бурую окраску.
Б. Воды с концентрацией органического углерода, близкой к значениям 100 мг/л. Это самая большая
группа среди исследованных образцов, включающая в себя воду оз. Кенозеро, воду ручья 1, водосбор которого
приурочен к бескарбонатным породам, а также все образцы почвенных верховодок. Как нетрудно заметить
из полученных данных, концентрация органического углерода в верховодках также практически не отражает
различий почвообразующих пород. Все образцы этих вод прозрачны и имеют желтовато-светлобурую окраску.
В. Воды с концентрацией органического углерода существенно меньше 100 мг/л. К этой группе
относятся поверхностные воды переходного и низинного болот, сформированных в области распространения
карбонатсодержащих пород, имеющих значения Сорг соответственно 62 и 27 мг/л. Эти воды имеют окраску
от светло-желтой до желтой.
Г. Воды с ничтожно малыми концентрациями органического углерода. Эта группа представлена
образцами воды из оз. Мудрозеро, ложе которого слагают карбонатсодержащие глины московского возраста, и
воды из ручья 2, водосбор которого формируется в области распространения карбонатных морен, подстилающих
флювиогляциальные бескарбонатные отложения. Эти воды прозрачны и практически не окрашены.
Полученные результаты позволяют следующим образом представить себе пути миграции
водорастворимого органического углерода в исследуемом регионе.
Основным источником водорастворимого органического углерода здесь являются лесные подстилки,
как правило, перенасыщенные дождевой влагой и отличающиеся максимальной активностью микробиоты.
Характерной особенностью лесных подстилок в Кенозерском нацпарке является их высокая мощность (до 10-12