ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 5844
Скачиваний: 9
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
270
Дистанционные методы позволяют получать более точную и объективную информацию о состоянии
посевов по сравнению с позиционными и полевыми обследованиями (контактными методами). Это
обусловлено возможностями получения в автоматическом режиме (без участия человека) данных о состоянии
и пространственном варьировании посевов внутри поля с точностью до метра. Более того, подобные данные
могут быть получены на любой стадии сезона вегетации культуры и без непосредственного контакта с
растениями. Их преимуществом является также более низкая затратность и возможность одновременного
анализа полей на большой территории.
В качестве недостатков дистанционных методов можно упомянуть о влиянии облачности на возможность
получения спутниковых данных. Но использование аэросъемки возможно и при наличии облачности. Кроме
того, в настоящее время уже имеются спутниковые системы, которые осуществляют зондирование земной
поверхности и при наличии облачности. Но пока еще их пространственное разрешение недостаточно велико,
а методы оценки фитомассы по этим данным недостаточно разработаны.
Спектральная многозональность подобной съемки позволяет вычислять так называемые вегетационные
индексы. В настоящее время их предложено уже достаточно много (NDVI, EVI, SAVI, PVI и др.), и среди
них имеются индексы, которые достаточно хорошо коррелируют с количеством надземной фитомассы. Таким
образом, подобные спутниковые данные теоретически позволяют не только оценивать микронеоднородности
строения растительного покрова пахотных угодий, но и моделировать пространственное варьирование и
общий уровень биомассы агроценозов, оценивая таким образом актуальную продуктивность пахотных почв.
Спутниковые данные в настоящий момент могут быть использованы в первую очередь для анализа
актуальной продуктивности почв в разрезе отдельных регионов. При этом в качестве основного показателя
актуальной продуктивности почв используется состояние посевов, которое индицируется по величине
вегетационного индекса NDVI. Используется величина сезонного максимума вегетационного индекса для
пахотных полей. Для получения оценки актуальной продуктивности почв отдельных регионов, величины
сезонного максимума индекса агрегируются для всех полей региона для каждого сезона вегетации. В
качестве региона анализа наиболее оптимально использовать хозяйство или административный район. В
результате агрегации при получении интегральной оценки косвенно учитывается и специфика используемых
севооборотов и региональные особенности агротехники возделывания культур.
Был проведен спутниковый анализ актуальной продуктивности почв Европейской части России на
уровне административных районов. В качестве основной информации для проведения анализа использовались
недельные композиты NDVI, полученные по данным MODIS за период с 2000 по 2010 годы [4]. Сезонные
максимумы NDVI были осреднены для пахотных угодий в каждом административном районе. Далее
было проведено ранжирование районов по величине осредненного сезонного максимума вегетационного
индекса, а также был проведен анализ вариабельности величины осредненного сезонного максимума NDVI.
Полученные результаты представлены на рис.1. и 2. Полученные данные показывают, что средняя актуальная
продуктивность пахотных почв региона максимальна в Нечерноземной зоне, что связано, по-видимому, со
спецификой набора возделываемых культур. Наибольшие изменения актуальной продуктивности от года к году
наблюдаются в Центрально-Черноземной зоне и на Северном Кавказе, где возделываются преимущественно
зерновые культуры и их урожайность в большей степени зависит от метеорологических условий.
Рис.1. Классы уровня актуальной продуктивности почв (от 1 – самый низкий до 6 – самый высокий)
Доклады Всероссийской научной конференции
271
Рис.2. Временная вариабельность уровня актуальной продуктивности почв (стандартное отклонение)
Полученные данные позволяют получить объективную оценку актуальной продуктивности пахотных
земель региона. Сопоставление полученных данных с оценками, получаемыми на основе анализа чисто
почвенных данных, позволяет получить информацию о роли антропогенного фактора в варьировании
актуальной продуктивности почв, о полноте использования почвенных ресурсов. Кроме того, полученные
данные могут быть интерпретированы с точки зрения интенсивности круговорота основных химических
элементов в почве.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (ГК 16.515.11.5062) и РФФИ (гранты
11-01-91159-ГФЕН_а и 11-04-01376-а).
Литература
1. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа. 1988.
324 с.
2. Доспехов Б.Э. Методика опытного дела (4-е изд.). М. Колос, 1979. 164 с.
3. Якушев В.П., Лыков А.М. К проблеме агрофизических основ систем земледелия нового поколения.
Плодородие, 6, 2008.
c
. 18-26.
4. Лупян Е.А., Савин И.Ю., Барталев С.А., Толпин В.А., Балашов И.В., Плотников Д.Е. Спутниковый
сервис мониторинга состояния растительности («Вега»). Современные проблемы дистанционного
зондирования Земли из космоса, 2011. Т.8. № 1. С.190-198.
УДК 631.4
МЕТАМОРФОЗ ПЕДОСФЕРЫ ПОД ЧЕРНЕВЫМИ ЛЕСАМИ ПРИ СМЕНЕ СУБСТРАТНОЙ
ПОРОДЫ В ПРОЦЕССЕ ПЕДОГЕНЕЗА
А.В. Салтыков
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, e-mail: saltykovav@yandex.ru
Современный облик педосферы зависит от многих факторов, основными из которых являются
эволюционное развитие, климатические, геоморфологические и геологические условия, растительность,
почвенная фауна и микрофлора. При этом климатические условия влияют на продолжительность и
интенсивность процессов, субстратная порода является источником её минеральной составляющей,
растительность и почвенные организмы – органической, а рельеф способствует внутрипочвенному
перемещению поступивших веществ от источника к месту аккумуляции. Смена какого-либо из этих факторов
обязательно приводит к ответным реакциям педосферы, как сложной открытой системы, в результате в ней
происходят изменения морфологических, физических, физико-химических и химических характеристик её
компонентов, т. е. метаморфоз.
Длительное развитие в относительно стабильных мягких гидротермических условиях, непрерываемых
плейстоценовыми оледенениями, способствовало формированию очень мощного профиля с достаточно
устойчивыми морфологическими, физическими, физико-химическими и химическими признаками.
Педосфера под черневыми лесами Западной Сибири развивается на четвертичных бурых бескарбонатных
глинах и тяжёлых суглинках, перекрывающих остатки ископаемой коры выветривания третичного или
мезозойского возраста. Для них характерно постоянство окраски, химического, гранулометрического и
минералогического состава, физических и физико-химических свойств на всей территории их распространения.
Средняя мощность бурых глин составляет 4-6 м, но на плоских водораздельных пространствах и пологих
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
272
склонах может достигать 20 м. Тем не менее, существуют участки, где в процессе педогенеза произошла
полная деструкция бурых глин и современное развитие педосферы протекает на пролювиально-делювиальных
(хлоритовые сланцы) и коренных (граниты) породах. Выявить какие при этом происходят изменения в
почвенном профиле, возможно только в текстурном горизонте, т. к. здесь можно исключить влияние других
факторов педогенеза (растительности и рельефа).
В результате многолетних исследований выяснилось, что текстурный горизонт под черневыми лесами,
где произошла полная деструкция бурых бескарбонатных глин и дальнейшего развитие протекает на гранитах,
в 1,2-2,3 раза обеднён глинистым веществом. Остальные свойства почвенного мелкозёма (кислотность,
ёмкость поглощения, содержание гумусовых веществ и др.) существенно не изменяются.
В микроэлементном составе также происходят изменения, т. к. основным их источником является
субстратная порода. Исходя из вышесказанного, можно сделать предположение, что текстурный горизонт
на гранитах в процессе педогенеза будет обедняться керамофильными элементами, то есть элементами,
поступающими в педосферу из глин, в частности, из бурых бескарбонатных глин.
Прежде чем перейти к сравнению микроэлементного состава текстурного горизонта на бурых
бескарбонатных глинах и гранитах, сравним содержание микроэлементов в самих породах. По содержанию
большинства из них эти породы имеют значительные различия. Бурые глины отличаются от гранитов
повышенным содержанием почти всех микроэлементов, кроме свинца и ниобия, содержание которых в
последнем больше.
Текстурный горизонт педосферы на бурых глинах и гранитах не имеют существенных различий
по содержанию ниобия, никеля, меди и цинка, чего нельзя сказать об олове, свинце, кобальте и цирконии,
содержание которых в текстурном горизонте на гранитах ниже. Несмотря на то, что граниты богаче бурых
бескарбонатных глин по содержанию свинца и ниобия, обогащение педосферы этими элементами не
происходит. Это подтверждает, что граниты не участвует в формировании её микроэлементного состава.
Содержание остальных микроэлементов в текстурном горизонте на гранитах намного больше, чем в самой
породе, что также свидетельствует об их появлении в педосфере из бурых бескарбонатных глин.
Поскольку для естественных радионуклидов, как и для микроэлементов, субстратная порода является
основным источником поступления в педосферу, то и в радионуклидном составе также произойдут изменения.
По содержанию естественных радионуклидов бурые глины несколько уступают гранитам, особенно это
характерно для
40
K
, содержание которого в последних почти в 2 раза больше. Содержание
40
K
в текстурном
горизонте на бурых бескарбонатных глинах аналогично его содержанию в этой породе. Интересным является
то, что содержание этого радионуклида в текстурном горизонте на гранитах имеет такое же значение, что и в
бурых глинах, и в 2 раза меньше, чем в самих гранитах. Последнее, также как и в случае с микроэлементами,
доказывает отсутствие поступления
40
K
из этой породы в педосферу.
Текстурный горизонт на бурых глинах отличается относительно низким содержанием
238
U
, даже по
сравнению с самими бурыми глинами. Обратная ситуация складывается для
232
Th
, содержание которого в
текстурном горизонте на бурых глинах намного выше, чем в самих бурых глинах (в 3,6 раз) и гранитах (в 2,9 раз).
В заключении можно сделать вывод, что педосфера под черневыми лесами является достаточно
устойчивой (несмотря на то, что относится к открытым системам) по отношению к смене субстратной породы.
УДК 550.42
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ В РАЙОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ООО «БАЛАКОВСКИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ»
А.Е. Самонов
ИГЕМ РАН, Москва, e-mail: aesam@igem.ru
Преимущественная переработка отечественных апатитовых концентратов (хибинских и ковдорских)
и реже фосфоритов экстракционным сернокислотным способом (85%) обусловливает накопление объемных
отходов производства фосфатных удобрений в виде фосфогипса – дигидрата или полугидрата (CaSO
4
∙
nH
2
O),
содержащего повышенные количества не извлеченных особо ценных и токсичных компонентов, таких как
фтора, стронция, редкоземельных металлов (РЗМ) и других металлов, а также особо токсичных – урана и тория.
Объемы современного ежегодного накопления фосфогипса в России составляют 11-12 млн. т, (в советское
время – около 30 млн. т). К 2012 году накопленного фосфогипса только на действующих предприятиях
Химпрома в нашей стране достигают более 250 млн. т.
В предлагаемом докладе рассмотрена экологическая обстановка, сложившаяся вокруг ООО
«Балаковские минеральные удобрения» (БМУ) в Саратовском Заволжье за 33-летний период его работы.
За этот срок на территории промплощадки БМУ накоплено более 45 млн. т фосфогипса и около 3-5 млн. т
пиритных огарков – отходов сопутствующего сернокислотного производства. Важной особенностью БМУ
является то, что предприятие работало только на одном хибинском апатитовом сырье с однородным составом
загрязняющих среду компонентов.
На БМУ хранилища фосфогипса и пиритных огарков (частично рекультивируемых) являются опасным
источником загрязнения воздуха, почв и водных экосистем, включая подземные источники водоснабжения
всем комплексом ингредиентов-токсикантов. Фосфогипс является промышленным отходом IV класса
токсичности. Тем не менее, необходимо изменить отношение, в первую очередь, к фосфогипсу – ни как к
вредному, постоянно накапливающему (до 2, 67 млн. т ежегодно) отходу химического производства, а как к
ценному техногенному минеральному сырью, имеющему большой инновационный потенциал не только для
Доклады Всероссийской научной конференции
273
БМУ, но и всего волжского региона [1].
В фосфогипсе БМУ содержится комплекс ингредиентов-токсикантов: фосфор – 1,2-1,6%, фтор –
0,3-0,6%, стронций – 1,1-1,6%, редкоземельные элементы – 0,4-0,7%, торий, уран и др.), Пиритные огарки
обогащены мышьяком и группой тяжелых металлов (свинцом, цинком, медью, никелем, кобальтом, барием,
ванадием, железом и марганцем). Радиус негативного воздействия на окружающую среду этих хранилищ с
ежегодно увеличивающими запасами фосфогипса оценивается в настоящее время в 10-15 км.
Хемогенное промышленное загрязнение почв промзоны (1,5-км) БМУ характеризуется суммарным
коэффициентом загрязнения, который составил
Z
C
= 161 по валовому содержанию 19 элементов-загрязнителей,
что считается очень высоким или чрезвычайно опасным для почвенной биоты и человека (по классификации
Ю.Е. Саета). Исследования 15-км зоны влияния БМУ показали, что этот показатель в удаленных зонах гораздо
ниже: от
Z
C
= 48 (сильное загрязнение) в 5-км зоне до
Z
C
= 47 в 10-км зоне (умеренное загрязнение) и до
Z
C
= 31 (слабого) в 15–км зоне. Ослабление суммарного загрязнения по валовому содержанию элементов не
отвечает истинной картине опасности химического загрязнения выделенных зон удаления. Для этого было
организовано изучение состава и количества подвижных (легкорастворимые и труднорастворимые) форм
элементов-загрязнителей.
В водных вытяжках, характеризующих легкорастворимые формы элементов почв, уровень их содержания
составляет 0,12-11% от валового количества. В то же время. концентрация легкорастворенных форм элементов-
загрязнителей превышают ПДК (питьевых и рыбохозяйственных вод) - в 5-км зоне максимальные значения
составляют: для меди превышение в 460 раз; никеля – 87; железа – 47; стронция – 32; иттрия – 30; мышьяка
– 17 и кобальта в 4 раза. Суммарное превышение ПДК только по 7 элементам из 19 составило в 645 раз, что
в 14 больше
Z
C
в 5-км зоне по валовому содержанию 19-ти элементов-загрязнителей. Все это указывает на
истинную активность миграции элементов в ландшафте и опасность химического загрязнения в зоне влияния
БМУ. Содержание же исследуемых элементов-загрязнителей в кислотных вытяжках в 5-12 раз выше, чем в
водных вытяжках, и это также указывает в целом на высокую степень потенциальной техногенной нагрузки
загрязняющих компонентов БМУ на окружающую среду. Установлено также высокое содержание подвижных
форм фтора в почвах всей 15-км зоны влияния БМУ. Фтор, как наиболее летучий элемент из всех изученных
загрязняющих компонентов, что обуславливает его трехкратное превышение ПДК (в растворенной форме)
даже на фоновом участке, удаленном более чем на 20 км от БМУ. В 5-км зоне выявлены аномалии фтора
превышающие 25-30 кратные ПДК. Вероятно, следует ожидать так же высокую степень загрязненности почв
зоны наблюдения серой и фосфором. Очевидно, что совместное нахождение в почвах техногенных ландшафтов
растворимых форм тяжелых и редких токсичных металлов, фтора, фосфора и серы будут обуславливать
синергетический эффект опасного и долговременного загрязнения окружающей среды в целом, ее отдельных
компонентов и, особенно, поверхностных и подземных вод.
Проведенные нами исследования показывают необходимость принятия скорейших мер по организации
утилизации в первую очередь текущего (2,67 млн. т в год), а в дальнейшем и лежалого в отвалах (45 млн. т)
фосфогипса на БМУ. Дальнейшее наращивание запасов фосфогипса в отвалах уже через 5 лет даст увеличение
химического загрязнения почв вокруг БМУ как минимум в 1,5 раза по уровню загрязнения и увеличения зоны
влияния до 20-25 км. Оптимистический вариант только один – скорейшая утилизация текущего фосфогипса
и последующая комплексная переработка накопленного в отвалах фосфогипса с реальными темпами
переработки не менее 2-3 млн. т в год. В заключение следует отметить, что негативные медико-экологические
и социальные последствия химического загрязнения города Балаково и его окрестностей, где проживает 240
тыс. человек, давно вызывают повышенную обеспокоенность местной и региональной общественности [2].
Литература
1. Самонов А.Е. Оценка воздействия отходов переработки апатитов на окружающую среду. //
Безопасность в техносфере. 2009. №6. С. 3-9.
2. Самонов А.Е., Мелентьев Г.Б. Четыре аспекта накопления фосфогипса. // Химия и бизнес. 2009. №7-
8. С 49-53.
УДК 546.65(440.318)
СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ДЕРНОВО-
ПОДЗОЛИСТЙ ПОЧВЕ СМОЛЕНСКО-МОСКОВСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
О.А. Самонова
МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, e-mail: oasamonova@mail.ru
Геохимии редкоземельных элементов (РЗЭ) в магматических, метаморфических и осадочных процессах
посвящено большое количество исследований; их участие в почвенных и ландшафтно-геохимических
процессах изучено менее детально. Особый интерес представляет анализ содержания и распределения РЗЭ в
почвах фоновых территорий, где их поступление связано только с глобальными аэральными потоками.
Одним из ведущих факторов, определяющих дифференциацию содержаний химических элементов по
генетическим горизонтам почвенного профиля, является гранулометрический состав последних. Литогеохимическое
своеобразие почвообразующих пород обусловливает исходные различия в уровнях концентрации элементов; в
процессе выветривания и почвообразования происходит их дальнейшая дифференциация. Роль илистой фракции
в перераспределении многих химических элементов и их соединений по профилю дерново-подзолистых почв
подробно проанализирована в литературе. Илистая фракция характеризуется максимальным количеством
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
274
дисперсного гумуса, гидроксидов железа, алюминия, иногда марганца, емкостью поглощения (особенно в
горизонте ВС), гигроскопичностью, набухаемостью; играет основную роль в образовании первичных агрегатов
почв, обнаруживает наиболее четкую внутрипрофильную дифференциацию по минералогическому составу.
Информация о распределении элементов, связанных с илистой фракцией в подзолистых почвах, а также тесная
связь с ней некоторых лантанидов –
La
, Ce [1], позволяет предположить ее особую роль в дифференциации
содержаний элементов рассматриваемой группы по генетическим горизонтам почвы.
Изучено содержание и распределение
La
, Ce,
Sm
, Eu, Tb, Yb, Lu (лантаниды) в общей почвенной
массе и илистой фракции генетических горизонтов дерново-среднеподзолистой контактно-глееватой почвы,
развивающейся на покровных суглинках, в автономных условиях возвышенного участки междуречья, в
бассейне среднего течения р. Протва (Смоленско-Московская физико-географическая провинция) под елово-
березовым папоротниково-разнотравным сообществом. Общие физико-химические свойства почвы: гумус по
Тюрину, рН
водн.
, гранулометрический состав (выделение илистой фракции) проанализированы в лаборатории
географического факультета МГУ; содержание РЗЭ определено нейтронно-активационным методом (точность
анализа
±
5%) в геолого-геохимической экспедиции г. Бронницы. Оценка радиальной (по генетическим горизонтам
почв) дифференциации элементов проведена с помощью одноименного коэффициента (
R
), рассчитанного как
отношение содержания элемента в исследуемом горизонте к его содержанию в почвообразующей породе;
коэффициент рассчитан для содержаний элементов в почвенной массе и в илистой фракции.
По особенностям электронного строения лантаниды делят на две подгруппы [1]. Рассматриваемые в
данной работе
La
, Ce,
Sm
, Eu, относятся к цериевой подгруппе (легкие лантаниды), а Tb, Yb, Lu – к иттриевой
(тяжелые лантаниды). Содержание этих элементов в почвенной массе находится в интервалах, приводимых в
литературных источниках для лесных суглинистых почв [1, 2, 3, 4]. Отношение Ce/
La
, часто анализируемое в
литературе [1], изменяется от 1,7 в почвообразующих покровных суглинках до 2,1 – в гумусовом горизонте почвы,
что практически не отличается от ранее полученных результатов для подзолистых почв Уральского региона [5].
Почвообразовательные процессы обусловливают перераспределение лантанидов по генетическим
горизонтам почв, контрастность которого определяется геохимическими свойствами отдельных элементов
и степенью их участия в этих процессах (табл.1). Анализ радиальной дифференциации элементов в общей
почвенной массе показал отсутствие накопления в почвенном профиле
La
,
Sm
, Eu, Tb – их содержание в
генетических горизонтах ниже, чем в почвообразующей породе (
R
изменяется в интервале 0,7-0,9), у Ce,Yb и
Lu не наблюдается рассеяния в гумусовом горизонте:
R
достигает 1, что может свидетельствовать об их слабом
участии в биогенно-аккумулятивном процессе. Равномерное распределение по генетическим горизонтам без
изменения по всему профилю характерно для Lu, снижение содержаний в почвенных горизонтах (
R
=0,8-0,9)
выявлено у
La
,
Sm
, Yb. В элювиальном процессе слабо участвуют Ce, Eu, Tb, а в иллювиальном
-
лишь Ce.
Таблица 1
Физико-химические параметры и содержание редкоземельных элементов (мг/кг), железа (%) в
генетических горизонтах дерново-среднеподзолистой контактно глееватой почвы. Содержание
элементов в почвенной массе – 1, в илистой фракции – 2.
Генетический горизонт
Параметры
А1
А1А2
А2
А2В
В1
В2
ВС
g
С
g
Глубина, см
2-13
14-23 24-42 43-50 50-76 77-110 111-140 141-150
рН
водн.
5,3
5,2
5,4
5,2
5,2
5,2
5,3
5,3
Гумус, %
1,16
0,44
0,17
0,21
-
-
-
-
Гранулометричес-
кие фракции, мм
в %
<0.001 11,33
7,65
6,45
17,85 27,36
24,10
26,21
27,50
<0.01
37,24 35,03
28,22 37,32 48,19
44,11
49,56
50,07
>0.01
62,76 64,97
71,78 62,68 51,81
55,89
50,44
49,93
Fe
1
2,1
1,9
1,5
3,1
2,3
3,0
3,7
3,6
2
4,5
4,7
3,8
4,4
3,3
6,0
6,7
6,7
La
1
31
31
34
33
32
35
36
37
2
46
48
47
43
40
51
59
60
Ce
1
64
69
56
53
66
81
61
64
2
97
90
89
87
84
103
100
100
Sm
1
5,2
5,1
5,8
5,3
6,2
7,0
5,7
7,7
2
7,1
7,4
6,5
6,2
6,2
8,4
9,8
10
Eu
1
0,98
1
0,79
0,99
1
0,98
1,1
1,2
2
1
1,2
1
0,95
1,1
1,3
1,5
1,9
Tb
1
0,86
0,86
0,81
0,87
0,91
0,85
0,83
1,2
2
1,1
1,2
1,1
0,92
1,1
1,4
1,4
1,4
Yb
1
3,5
2,8
3,2
3,1
3,0
3,3
3,3
3,6
2
3,0
3,4
3,6
3,2
4,4
3,6
4,4
5,0
Lu
1
0,5
0,4
0,5
0,4
0,4
0,5
0,4
0,5
2
0,47
0,59
0,51
0,54
0,71
0,63
0,71
0,83
«-» – не определено