Геохимическая характеристика ландшафтов

Геохимическая диагностика мигрантов должна учитывать особенности географического пространства. А.И. Перельман (1975) выделил следующие типы связей в геохимических ландшафтах: 1. прямые - водные, 2. воздушные, 3. обратные - биотические, 4. биокосные, 5. водные и воздушные.

В геохимических ландшафтах выделяются биокосные тела: почвы,коры выветривания, речные и озерные илы, водоносные горизонты, аллювиальные, делювиально-пролювиальные отложения, поверхностные воды, приземная атмосфера, наземные биоценозы. На плакоре функционирует структурный центр ландшафта, из которого и выходят водные потоки мигрантов, перемещающиеся внутри профилей почв по склону – к местному базису эрозии (межувалистому понижению, пруду).

Элементарные геохимические ландшафты

Элювиальные (автономные или субаэральные) ЭГЛ занимают выровненные водоразделы[1] (местный, межбалочный, межовражный, междуречный) и плакоры увалов и гряд. Их относительно повышенное положение в рельефе обусловливают поступление веществ в ландшафт в основном из атмосферы, а в агроландшафтах с целевыми техногенными продуктами - из удобрений, мелиорантов, пестицидов, орошаемых вод (в частности, с осадками сточных вод).

В зависимости от гидротермического режима почвы таких ЭГЛ промываются атмосферными осадками, мобилизуя ВОВ с кислотными свойствами и выщелачивая из генетических горизонтов мобильные формы веществ и переводя их в инфильтрационный поток. В пределах почвенного профиля весной и осенью может возникать верховодка, приводящая к развитию процессов поверхностного оглеения с интенсивным образованием ВОВ. В гумидных зонах Земли господствует промывной водный режим (КУ > 1), благоприятствующий проявлению элювиальных и элювиально-глеевых процессов. В данных ЭГЛ формируются зональные почвы подзолистого типа и подзолы иллювиально-железистые песчаные.

В связи с этим на общем фоне элювиального ЭГЛ по микро,- и мезопонижениям, где скапливаются поверхностные воды, могут быть выделены элювиально-аккумулятивые ЭГЛ. На таких участках ландшафтов создаются аномально высокие концентрации педогенных и экологически вредных химических продуктов. Не исключена их активная трансформация и последующая абиогенная миграция в профиле почв с попаданием в грунтовые воды или даже постепенный возврат в верхние генетические горизонты в периоды иссушения и замерзания верхних горизонтов почв.

Трансэлювиальные ЭГЛ приурочены к пологим склонам гряд, холмов, увалов, террас рек и озер (транзитные - к крутым и выпуклым склонам холмов, увалов и гряд). Эти ЭГЛ функционируют в условиях заметного вертикального и горизонтального расчленения моренного и иного рельефа. По характеру водообмена данные ЭГЛ можно отнести к ускоренному типу функционирования (Б. Апарин, 1994).

В зависимости от условий стока и инфильтрации атмосферных осадков (что определяется удаленностью водоразделов от рек, озер), формой, крутизной и протяженностью склонов трансэлювиальныеЭГЛ могут быть разделены на два вида: 1-й вид ЭГЛ расположен в верхней трети и в середине склонов. Здесь активно выражена водная эрозия (смыв и перенос мелкозема), обусловливающая твердый сток; 2 -й вид ЭГЛ занимает нижнюю часть так называемую «подошву» склонов увалов, гряд и холмов. Эти участки относят к транс-аккумулятивному ЭГЛ. Здесь формируется замедленный тип водообмена за счет образования оглеенных водоупорных горизонтов, а поверхностный перенос веществ сочетается с их аккумуляцией. Образуются осадки веществ из твердого стока (намытые почвы), а сама территория приобретает характерные аккумулятивные формы рельефа и развитие погребенных почв (И.М. Яшин с соавт., 2004).

Вспомогательный материал для выполнения темы 4

Дается краткая характеристика структурных элементов ландшафта. К ним относятся фации, урочища (подурочища) и местности. На крупно- и среднемасштабных ландшафтных картах обязательно выделяются урочища. Подурочища и местности выделяются по мере необходимости. Рассмотрим эти положения. Урочища представляют собой сложно организованный природно-территориальный комплекс (ПТК), состоящий из группы смежных фаций (или их сочетаний).

Фации могут быть фоновые, второстепенные, доминантные и субдоминантные среди фоновых. Поскольку в дифференциации урочищ ведущая роль принадлежит рельефу и породам, то именно этим факторам и отводится определяющее значение при названии урочищ. Например: урочища мореных холмов и увалов с подзолистыми почвами под ельниками-черничниками зеленомошными; урочища межувалистых низин с болотными, дерново-глеевыми и болотно-подзолистыми почвами под осоковыми лугами и ельниками долгомошными.

Местность – довольно крупный ПТК в ландшафте, особенности которого обусловлены комплексом мезоформ рельефа. Обособление местностей может быть вызвано различными причинами: эрозией и денудацией более древних пород, близким залеганием к поверхности пород иного генезиса, разной интенсивностью флювиальных (водных) потоков.

Названия местностей: местности сырых и сухих оврагов, вскрывающих известняки; местность гривистой (прирусловой) поймы реки с иллювиальными почвами; урочища и фации местности столовых останцовых гор или плато; местности высоких мореных холмов среди болотных урочищ; местности карстовых полей (Каргополье, Архангельская область).

Фация – это функционально целостный, элементарный ПТК. В пределах одного мезорельефа, как правило, залегают 2-3 и более фаций. Названия: фация сосняка-брусничника со среднеподзолистой гумусово-железистой почвой боровой террасы р. Мезени; фация ивняка осоково-таволгового с пойменной дерново-глеевой почвой притеррасной поймы р. Сев. Двины.

 

Таксономия и оценка барьеров миграции

Выделяют два типа барьеров: природные и техногенные. Среди первых диагностируют три класса: механические, физико-химические и биогеохимические (А.И. Перельман, 1975). Подобной таксономии придерживаются и авторы настоящего пособия «Экогеохимия ландшафтов».

Механические барьеры ─ это участки почв и ландшафтов резкого уменьшения интенсивности переноса какого-то субстрата ветром или водой без радикального изменения их форм миграции и химического состава.

 

Так образуются наносы почвенного мелкозема у изгороди при пыльных бурях.

Биогеохимические барьеры миграции

Биогеохимические барьеры формируются на территориях, занятых биотой, например хвойным лесом. На этом барьере химические элементы не только аккумулируются, но и радикально изменяют форму миграции и свойства за счёт реакций комплексообразования, сорбции, полимеризации и других. Так, в частности, в экосистемах образуются генетические горизонты и профили почв, система специфических гумусовых соединений, сорбционно закрепленных на почвенной матрице. Сорбция в ландшафтах играет уникальную роль, поскольку ей противостоит мощный природный механизм рассеивания в пространстве веществ и энергии.

Физико-химические барьеры включают обширный класс барьеров, формирование которых связано с резким изменением физико-химических условий миграции химических элементов как по вертикали, так и в пространстве на коротких расстояниях. В последнем случае, как правило, имеют ввиду латеральные - площадные (или пространственные) барьеры, образующиеся, в частности, по окрайкам болот или у «подошвы» склона мореного увала. В этом случае наблюдается резкий типовой переход почв: на склоне в еловом лесу (на морене) развиты сильноподзолистые среднесуглинистые почвы, а у подошвы - перегнойно-глеевые (или торфяные подзолисто-глеевые) аналоги с близким уровнем залегания грунтовых вод. Экотоны, например, и являются площадными барьерами.

 

Радиальные (или вертикальные) барьеры залегают в профилях почв, пород и корах выветривания. Такие барьеры являются зонами накопления и осаждения различных экотоксикантов из миграционного потока в почвах, а также в почвообразующих и подстилающих породах.

 

Физико-химические барьеры миграции

 

Известны и изучены следующие физико-химические барьеры: 1. кислородный, 2. глеевый (в т.ч. и сероводородный), 3. щелочной, 4. кислый (кислотный), 5. испарительный 6. сорбционный (органогенный, карбонатный, органоминеральный), 7. солевой. Есть также комплексные барьеры.

Кислородные барьеры очень широко распространены в ландшафтах Земли, образуясь вновь и вновь в местах разгрузки так называемых «глеевых вод» на участках, богатых свободным О₂. Из металлов осаждаются Fe и Мn. Кроме указанных элементов здесь аккумулируются также сера и селен, в частности в местах выхода сероводородных вод. Одним из таких уникальных мест на Северном Кавказе является гора Машук и «Провал» на южном склоне горы, где в виде большой лужи скопилась сероводородная кислота естественного генезиса. Вблизи подобного сероводородного источника заметны новообразования серы в виде её самородной формы, являющейся антисептиком. H₂S может находиться и в растворе, и в газовой фазе. H₂S – яд.

Сероводородный (глеевый) барьер образуется в восстановительной почвенно-геохимической обстановке при наличии источников серы и углерода. В глубинах Земли при t^o ≥ 150^оС в породах и газах, содержащих СН₄ и сульфаты, возможно образованные H₂S по схеме: СН₄ + SO₄^2- + 2Н⁺ → СО₂ + 2Н₂О + H₂S. Однако гораздо большее значение в образовании H₂S имеет деятельность сульфатредуцирующих бактерий:

C₆H₁₂O₆ + Na₂SO₄ → 3Na₂CO₃ + 3Н₂О +

+ 3СО₂ + 3Н₂S + Q (10)

Формирование H₂S сопровождается активным осадкообразованием Fe, Mn, Pb, Zn, Cu, Cd, Ag, Hg, Sb, Bi, Mo. Железо и марганец в водных растворах образуют с сероводородом труднорастворимые осадки черного цвета. Сероводородные барьеры ярко выражены в дельтах северных рек, впадающих в морские бассейны: Сев. Двины, Мезени, Кулоя, Печоры, Енисея, по побережьям которых формируются своеобразные маршевые почвы и солончаки.

Глеевые барьеры (без участия H₂S). Возникают на участках интенсивного разложения растительных остатков и ВОВ без соединений серы и без доступа молекулярного О₂. Показателем глеевой обстановки обычно являются очень низкие величины окислительно-восстановительного потенциала (Eh), большие концентрации ВОВ, наличие свободных Н₂ и СН₄, а также закисные формы Fe²⁺ и Mn²⁺, которые с полифенолами образуют почти чёрные растворы, мигрирующие из гор. А_о и временно прокрашивающие минеральный субстрат под лесной подстилкой в темно-серый цвет. Такие горизонты порой ошибочно принимают за гор. А₁, а почву (в пределах подзон средней и северной тайги на бескарбонатных породах) также некорректно диагностируют или как дерново-глеевую, или дерново-подзолистую глеевую.

На глеевых барьерах (например, концентрические «окрайки» болот) ─ на гидрозолях Fe(OH)₃ ─ осаждаются Cu, Mo, U, Ag, Cr, V, As. Глеевые барьеры, как правило, являются двусторонними, а в краевых частях болот находятся комплексные барьеры: кислый, сорбционный, глеевый и биогеохимический. В этих барьерах отмечается сегрегация соединений железа, марганца и фульвокислот в конкреции, примазки.

Щелочные барьеры образуются на участках ландшафта, где реакция среды скачкообразно изменяется от кислой (рН = 4,1-5,0) до щелочной (рН ≥ 7,9). В этих условиях из водных растворов осаждаются многие вещества, относящиеся к карбонатам, гидроксидам металлов, фосфатам, арсенатам и ваданатам. На карбонатных щелочных барьерах (в донных осадках озера Лача, в частности, вблизи г. Каргополя), наблюдается осаждение соединений Fe, Mn, Pb, Zn, Cu, Cd и многих других ионов металлов, а также компонентов ВОВ. Привнос частиц почвенного мелкозёма при эрозии способствует формированию в озере мощных слоев сапропеля; поскольку он обогащён Са и ГС, его нужно использовать как удобрение, одновременно очищая и озеро.

Кислый геохимический барьер диагностируется при резкой смене реакции среды от слабощелочной до кислой. На подобных барьерах осаждаются анионные мигранты: Si, Ge, Mo, As, Se, V, U. Сочетание кислого и восстановительного (глеевого) барьеров может возникнуть за счет жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий при наличии доступных форм органических веществ, например, мигрируемых ВОВ. Такие барьеры весьма сорбционно активны: здесь накапливаются ионы кремния, молибдена и урана.

Испарительный барьер возникает при интенсивном зимнем и летнем испарении почвенных растворов особенно в степных, сухостепных и пустынных ландшафтах. Подобные барьеры способствуют вторичному засолению почв, при близком залегании грунтовых вод, что крайне негативно сказывается на развитии культурных растений. Масштабы вертикальной восходящей миграции водорастворимых солей в аридных почвах можно изучить с помощью метода сорбционных лизиметров.

Сорбционные барьеры миграции

 

Сорбционные барьеры относятся к наиболее распространённым в почвах и ландшафтах. Они формируются на участках почв, пород, донных осадков…, где водные или газовые миграционные потоки встречаются с природными сорбентами: доломитами, глинами, коллоидами Fe, Mn, Si и другими. На формирование таких барьеров большое влияние оказывают гумусовые соединения и вторичные минералы ─ каолинит и монтмориллонит. Активными сорбентами в почвах являются коллоиды Fe, Mn, Si, Cr…. Коллоиды гидроксида Fe, например, сорбируют As, V, P, Sb, Se; a Mn(OH)₂ ─ Ni, Co, K, Ba, Cu, Zn, Gh, Au, W; коллоиды кремния ─ радиоактивные элементы; известняки и доломиты ─ Pb, Zn, Sr.

Глинистые минералы сорбируют ионы металлов лучше в слабощелочной среде, чем в кислой. Поэтому в чернозёмах и дерновых почвах тяжёлые металлы (ТМ) сорбируются более полно и прочно. Впоследствии ТМ активно загрязняют сорбционно-геохимические барьеры почв: органогенный (гор. О^Т), органоминеральный (гор. А₁), минеральный (В и другие нижележащие горизонты почв), карбонатно-кальциевый, сульфидный, фосфатный. Указанные барьеры миграции становятся источниками загрязнения сельскохозяйственной продукции и поверхностных природных вод. Поэтому в настоящее время наряду с уровнем эффективного плодородия важно установить степень химического загрязнения почв и их барьеров миграции.

Кроме качественной (эколого-химической) важна и количественная оценка барьеров миграции по следующим параметрам: градиент барьера, контрастность барьера, импульс миграции и другие.

 

Количественная оценка сорбционного барьера миграции

Градиент барьера (G) ─ показатель, характеризующий особенности сорбции вещества в миграционном потоке (восходяще-нисходящем, боковом…) на барьере миграции (А.И. Перельман, 1975). Для расчёта величины G, например, для элювиального горизонта EL в подзолистой среднесуглинистой почве, необходимо знать миграционную массу изучаемого вещества (фульвокислот, Fe ─ ФК комплексных соединений) до и после барьера (в нашем примере ─ гор. EL имеет мощность l = 25 см). Учёт масс мигранта проводят с помощью МСЛ ─ колонки с приёмниками лизиметрических вод устанавливают на «входе» и на «выходе» мигранта из барьера.

Величину G определяют по выражению: G = (m₁ ─ m₂)/ l (11)

Напомним, что для компонентов ВОВ гор. EL (подзолистый) является химически слабо активным барьером. Если m₁ ─ миграционная масса ВОВ перед барьером (допустим, 50 г/м²·год^-1), а после барьера 63 г/м²·год^-1. Тогда получим: G = ─ 13 г/м²/0,25 м = ─ 53 г/м³·год^-1. Знак минус G означает, что вместо сорбции на барьере (гор. EL) происходит какая-то дополнительная мобилизация в раствор компонентов ВОВ и их активный вынос. Подобным образом, кстати, обнаруживаются в природных водах различные экотоксиканты давным-давно попавшие в почву, но сорбционно удерживаемые ею. Это характерно, в частности, для радионуклидов (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs…), основным механизмом миграции которых, по-видимому, является диффузия (А.Д. Фокин, 2005).

 

Сорбция веществ на сорбционном барьере миграции в почвах

 

Для расчета задерживаемой массы мигранта на барьере эмпирическим путём используют следующее выражение:

h = k_моб (С₁ ─ С₂)/(α₁ ─ α₂)/ l (12),

 

где: l ─ мощность барьера (м),

k_моб ─ коэффициент мобилизации (безразмерная величина) химического элемента из сложного (труднорастворимого) химического соединения в раствор; С₁ и С₂ ─ концентрации изучаемых элементов до и после барьера (целесообразно рассчитать массу мигранта, а не только концентрацию ─ И.Я.); α₁ и α₂ ─ сухой остаток аликвотов лизиметрических вод до и после барьера (%, г/л…).

В расчетах следует обратить внимание на сопоставимость единиц измерения.

Пример. k_моб С_орг ВОВ для хвойного опада в почвах подзолистого типа Подмосковья равен 5%; С₁ и С₂ ─ соответственно полученные с помощью МСЛ - 21 и 3 г/м²·год^-1; l = 25 см; α₁ и α₂ ─ соответственно 0,25 и 0,15%. Подставив указанные опытные данные в выражение для расчета h, получим:

h = 5· 90 г/м²·год^-1/0,025 м = 3600 г/м³·год^-1 (13)

Расчёты показывают, что в данном случае (гор. А₁) ─ это очень активный органоминеральный сорбционный барьер.

В таёжных ландшафтах природные и лизиметрические (почвенные) воды, как правило, ультрапресные по уровню минерализации, но сильно обогащены мобильными формами гумусовых соединений (ГС) ─ ВОВ.

Поэтому эти разнообразные по молекулярно-массовому составу и физико-химическим свойствам органические и органоминеральные соединения играют чрезвычайно важную и уникальную роль в формировании почв и биоты тайги, их эволюции, перераспределении в профилях продуктов почвообразования и экотоксикантов, в частности ТМ (Pb, Cd, Be, Zn, Hg, Cu…); выполняют своеобразные экологические функции в ландшафтах (И.М. Яшин, 1973, 1993, 2004).

Контрастность (технофильность) барьера рассчитывают, используя следующее выражение:

K_б = C_i/C_фон (14)

где C_i ─ реальное содержание мигранта в массе барьера (%, моль…) и С_фон ─ фоновое содержание (или Кларк) изучаемого элемента (вещества), %. Например, содержание мобильных форм свинца в гор. О^тп составило 0,11%, а Кларк Pb в коре выветривания составляет 1,6·10^-3 %. Отсюда K_б = 0,11/0,016 = 68,8. Таким образом, несмотря на низкие концентрации ионов Pb²⁺ в почвенных растворах таежных ландшафтов, данный элемент очень активно накапливается на некоторых сорбционных барьерах. Пренебрегать низкими величинами экотоксикантов в ландшафтах и почвах нельзя. Следует организовать стационарные наблюдения за миграцией экотоксиканта.

Комплексные барьеры миграции

Комплексные барьеры миграции наиболее широко распространены в ландшафтах земного шара. С этими барьерами связаны максимальные по динамике изменения форм миграции веществ. Например, в Чёрном и Красном морях на глубинах 150-200 м начинается сероводородный барьер: здесь нет биоты. В Красном море на дне отложились сульфидные полиметаллические рудные отложения Pb, Cu, Zn. Глубинные металлоносные рассолы, поднимающиеся по трещинам горных пород вверх, претерпевают трансформацию на кислородном барьере (в поверхностных слоях моря): закисное Fe(II) окисляется и переходит в Fe³⁺ с последующим образованием коллоидных частиц Fe(OH)₃↓. Последние представляют собой прекрасные сорбенты как для ВОВ, так и многих металлов, поэтому вода хорошо очищается. При осаждении Fe(OH)₃ увлекает растворимые формы Cu, Pb, Cd, а сам гидроксид железа превращается в гетит. Здесь важную роль играют и сульфатредуцирующие бактерии, деятельность которых можно диагностировать как биогеохимический микробарьер.

 

Дополнительные параметры количественной

оценки барьеров миграции

 

Другими важным показателем активности мигрантов является их интенсивность миграции Р_х. Она отражает количество вещества (моль, г…), мигрирующее за определенный промежуток опыта (месяц, сезон, год…) через заданную площадь сечения или точнее объём почвенно-геохимического барьера. Рассчитывается Р_х по выражению:

Р_х = db/dt или Р_х = (b₂ ─ b₁)/(t₂ ─ t₁) (15)

Данное выражение без учёта общей массы (валовой) формы мигранта отражает параметр Р_х как скорость мобилизации элемента из твердой фазы в раствор. Если теперь величину db/dt разделить на массу химического элемента в форме оксида (валовое содержание) или его Кларк в коре выветривания (%), то получим следующее выражение:

Р_х = (16)

Приняв db/dbx за U (импульс миграции), найдем:

Р_х = U/dt (17)

Выражение db/dbx ─ это приращение небольшой мобильной массы мигранта к валовой на расчетной площади (в принципе, это соотношение масс мигранта в жидкой и твердой фазах). По смыслу оно подобно k_моб.

Из выражения Р_х = U/dt можно найти значение импульса миграции dU = P_x·dt. Импульс миграции ─ это плотность потока мигранта (модуль потока) за конкретный промежуток стационарного опыта через заданную (расчетную) площадь (м²) почвы.

Поскольку dU = db/dbx·dt, то взяв определенный интеграл, получим:

(18)

После преобразования найдем вид функции: это восходящая экспонента-

b₂ = b₁· exp (U) = b₁ ·exp[ P_x(t₂ ─ t₁) ] (19)

Пример. В результате техногенного загрязнения одной из агроэкосистем Подмосковья с дерново-подзо­листыми почвами в гор. А_max содержание мобильной формы меди (Cu-R, CuCl₂) за 1 год достигло экологически опасного уровня ─ 2%, а Кларк меди в коре выветривания - 4,5·10^-3%. Отсюда:

U= ln b₂/b₁ = ln 2 ─ ln 4,5·10^-3 = 0,693 - (-5,404) = 6,1 (20)

Величина ln b₁ не изменяется, поскольку ln t (1 год) равен нулю.

Таким образом, импульс миграции ионов Cu²⁺ в гор. А_пах довольно значительный.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Почему природные барьеры миграции рассматриваются почвоведами и экологами как фактор качества жизни и экологической безопасности людей и биосферы?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

2. Назовите основные классы природных барьеров миграции.

 

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

3. Приведите примеры сорбционных барьеров миграции. Какие классы веществ они сорбируют?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

4. Что такое сорбция? Какие процессы преобладают на сорбционном барьере, например, в горизонте А₁ лесной дерново-подзолистой почвы?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Какую роль играют глеевые и сероводородные барьеры миграции при формировании почв подзолистого типа и черноземов?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

6. Перечислите основные классы аграрных ландшафтов. Нарисуйте схему каскадного геохимического ландшафта.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Назовите основные этапы эколого-геохимического картирования.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

8. Почему структура почвенного покрова считается этапом познания элементарных геохимических ландшафтов?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Перечислите основные параметры оценки пестроты почвенного покрова.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Охарактеризуйте приемы изучения абиогенной (водной) миграции веществ в ЭГЛ

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

ТЕМА 5. Трансформация и миграция веществ на барьерах миграции

в почвах зоны тайги

Деградация физико-химических барьеров про­исхо­дит вследствие совместного действия внешних и внутренних факторов. Эти факторы, определяющие трансформацию и миграцию веществ, можно обобщить в три группы условий:

1-я группа ─ условия, влияющие на накопление и передвижение носителя (воды) в почвах и грунтах. Например, необоснованное осушение больших массивов болот в Шатурском районе Подмосковья вызвало резкое обеднение ландшафтов поверхностными водами, что привело к масштабным и трудно ликвидируемым пожарам. В результате мощные торфяники после пожаров превращаются в песчаные пирогенные почвы, а органогенный биогеохимический барьер полностью уничтожается; накопленные экотоксиканты (диоксины и другие) включаются в миграционные водные и воздушные потоки. Огромные массы дыма, пыли и сажи достигают г. Москвы, вызывая не только дискомфорт, но и экологические заболевания людей.

2-я группа ─ условия, определяющие химический и минералогический состав почвенно-грунтовой толщи, включая поступающие продукты антропогенного воздействия (удобрения, пестициды, вещества техногенного загрязнения).

3-я группа ─ условия, определяющие свойства и режимы почв. Они влияют на подвижность и мобилизацию ионов металлов и веществ из компонентов почвы, а также поступающие в нее чуждые вещества ─ экотоксиканты.

Первая группа условий предусматривает оценку, с одной стороны, климатических параметров региона и их влияние на увлажнение территории (количество осадков, их режим, мощность снегового покрова, режим снеготаяния, коэффициента увлажнения - КУ), а с другой ─ учет комплекса конкретных локальных факторов, определяющих водопроницаемость и водоподъемную способность почв (как миграционного барьера), а также поверхностный сток: гранулометрический состав, мощность гумусового слоя, почвогрунтов, условия рельефа и наличие растительности.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Назовите движущие силы трансформации веществ в почвах ЭГЛ тайги.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Охарактеризуйте экологическую роль компонентов водорастворимых органических веществ (ВОВ) в гумусообразовании почв тайги.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

3. Почему в таежной (лесной) экосистеме активно формируются компоненты ВОВ с кислотными и комплексообразующими свойствами?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

4. Какие экологические функции присущи ВОВ с кислотными свойствами?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

5. Назовите основные группы методов изучения компонентного состава ВОВ таежной экосистемы.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

6. Что такое фульвокислоты подзолистых почв? Можно ли считать их артефактом или феноменом таежных экосистем?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

7. Что такое комплексные барьеры миграции?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Деградация гумусовых веществ почв

Процесс деградации ГС (органоминерального почвенного барьера миграции) ─ это совокупность различных по природе и направленности реакций, протекающих в генетических горизонтах конкретной почвы, в ответ на целенаправленное (или неосмотрительное) воздействие тех или иных продуктов техногенеза (легкорастворимых солей, кислот, щелочей и других соединений), приводящее не только к изменению состава, свойств и структуры ГС, но и трансформации их некоторых функций в почве. Когда уничтожается естественная растительность и распахиваются целинные почвы, наблюдается резкое изменение биогенного круговорота веществ (его емкость), гидротермического режима и состава групп живых организмов в экосистемах различных географических зон Земли, что обусловливает прежде всего изменение биогеохимического цикла углеродсодержащих соединений в системе: жидкие водорастворимые органические вещества (ВОВ) ↔ газообразные (СО₂, СН₄ и др.) ↔ твердые продукты (ГС).

 

Нами выделены две группы макропроцессов, определяющих особенности деградации гумуса: внешние и внутренние. Внешние ─ действие солнечной радиации (в виде энергии ─ лучистой и тепловой), атмосферных газов и сопутствующих веществ, которые при контакте с атмосферной влагой, превращаются в агрессивные химические продукты («кислотные дожди»), кинетическое воздействие латеральных потоков воды, воздуха, а также воздействие льда, вызывающих как пространственное перемещение и перераспределение мелкозема в пределах макро- и мезорельефа, так и внутригоризонтные (почвенные) превращения высокомолекулярных и коллоидных структур и их «очистку» от минеральных солей, и, наконец, непосредственное тепловое влияние Солнца, особенно на не защищенную растениями поверхность почв и почвенного покрова (Яшин И.М., Черников В.А., 1998).

Своеобразное химическое влияние на ГС оказывают легкорастворимые минеральные удобрения (активные химические электролиты) и различные мелиоранты ─ фосфогипс, фосфорит и известковые материалы. А.Ю. Кудеяровой (1991), например, установлено, что высокие дозы ортофосфатов, вносимые в дерново-подзолистую почву, способствуют заметной мобилизации в раствор мобильных форм ГС и их миграции в генетическом горизонте (А_пах). Однако механизмы таких взаимодействий и особенности трансформации удобрений и мелиорантов с участием ВОВ, солей и других соединений о