Экологические особенности почвообразования в техногенных ландшафтах Среднего Урала

Актуальность данной работы обусловлена тем, что в экологических и геохимических исследованиях почвам отводится значительная роль, но зачастую их рассматривают только как депо поллютантов, а трансформациям собственно почвенных свойств и функций уделяется гораздо меньше внимания. Исключение составляют процесоы аккумуляции и миграции поллютантов и некоторые параметры почвенного поглощающего комплекса (Чертов и др., 1990; Ромашкевич, Обухов, 1991; Лукина, Никонов, 1995). Более подробно действие поллютантов на почвенные характеристики исследовано в лабораторных и полевых экспери ментах, UUuDSHHU в отношении избыточного поступления кислотных агентов (Bache, 1980; Greszta et al., 1987; Флоринский, Седова, 1992). Недостаток информации, прежде всего по натурным наблюдениям, оставляет открытыми вопросы о модификации техногенным загрязнением направленности основных почвообразовательных процессов, величине и характерных временах изменений свойств почвенного тела.

Почва является сложным многофункциональным природным компонентом, биосферное значение которого огромно. Самой общей и главной функцией почвы является ее функция как среды обитания для живых организмов. Уникальность почвы проявляется в высокой плотности жизни. Твердаяжидкая и газовая фазы, а так же органоминеральный состав почвы предоставляют широкое разнообразие жизненных условий для обитающих в почве организмов. Эти особенности были положены акад. М. С. Гкпяровым в 1949 г. в основу его учения о почве как особой среде обитания, сыгравшей большую роль в эволюции жизни на Земле (Добровольский, 1989).

Вторая важнейшая экологическая функция почвы заключается в том, что она представляет центральное звено взаимодействия геологического и биологического круговоротов веществ и энергии в наземных биогеоценозах. Именно в почве осуществляется деструкция аккумулированного в процессе фотосинтеза органического вещества и вовлечение продуктов минерализации в новые циклы жизни, регулирование геохимического потока элементов, что лежит в основе биологической продуктивности почвы, а, значит, и в циюшческом воспроизводстве жизни на Земле. Кроме того, почва осуществляет функции обеспечения организмов влагой, хранения семян, сорбции веществ, поступающих из атмосферы, фунтовых вод: депо микроорганизмов, регуляцию численности и состава почвообитающих организмов. «Память» истории развития биогеоценозов отражается в профиле почвы и ее свойствах (Добровольский, 1989). Розановым Б. Г. (1988) обоснована геомембранная функция почвы, связанная с сохранением гидрологического баланса суши и прете всего соотношения мелщу испарением в атмосферу, поверхностным и подземным стоком выпадающих на земную поверхность атмосферных осадков. Гидрологическая глобальная роль почвы дополняется ее регулирующей ролью в определении химического состава гидросферы, и прежде всего поверхностных и подземных вод суши. Газовая функция почвы во многом способствует поддержанию стабильного состояния гидросферы (Добровольский и др., 1983). Следует отметить и наличие сложных компенсаторных процессов в почве, осуществляющихся за счет гетерогенного, многофазного и полидисперсного состава почвенного тела (Никитин, 1991). Компенсаторные механизмы работают при развитии любого почвообразовательного процесса и их роль особенно велика для поддержания гомеостаза в загрязненных экосистемах.

Такое разнообразие свойств и функций почвы ставит вопрос об их устойчивости на одно из первых мест при исследовании техногенных воздействий на экосистемы. Для оценки степени техногенной трансформации почв и их устойчивости необходимо применять комплексные методы исследования, более широко использовать экспресс-тесты в натурных условиях, учитывать естественную и техногенную вариабельность многих показателей.

В соответствии с этими принципами нами была поставлена цельизучить влияние аэрогенных выбросов медеплавильных комбинатов на биогеоценозы Среднего Урала, основное внимание уделяя вопросам трансформации почвенного покрова и свойств почв.

Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи: 1. Выбрать крупные медеплавильные комбинаты, находящиеся в одинаковых природно-климатических условиях, но принципиально отличающиеся структурой выбросов. Заложить трансекты в. градиенте загрязнения, через техногенную пустыню, импакгную, буферную и фоновую зоны, для которой нагрузка должна соответствовать региональному фоновому уровню.

2. В каждой зоне нагрузки выбрать ключевые участки в сопоставимых ландшафтах, то есть со сходным рельефом, литологией, гидрологическим режимом, типами растительности и почв.

3. Оценить специфику накопления поллютантов в исследуемых почвах. Изучить особенности внутрипрофильного и ландшафтного перераспределения приоритетных элементов, маркирующих уровень техногенной нагрузки.

4. Исследовать морфологические особенности загрязненных почв и выявить отличия в строении почв при разных типах и уровнях загрязнения.

5. Изучить основные физико-химические свойства загрязненных почв. Изучить изменения в составе почвенно-поглощающего комплекса (ППК) исходно кислых почв при подкислении и подщелачивании почвенных растворов в условиях загрязнения тяжелыми металлами. Выяснить общие закономерности преобразования ППК, оценить буферные свойства почвенных растворов, а так же гумусное состояние техногенных почв.

6. Исследовать биологическую активность почв в зависимости от уровня техногенной нагрузки.

7. Исследовать магнитные свойства загрязненных почв. Оценить индикационную роль метода диагностики почв по магнитной восприимчивости и определить существует ли связь между повышением магнитной восприимчивости и накоплением тяжелых металлов в почве. Выявить геомагнитные аномалии вокруг предприятий.

8. Оценить устойчивость биогеоценозов и почв при загрязнении территорий выбросами медеплавильных комбинатов.

В качестве крупных источников поллютантов нами выбраны Среднеуральский медеплавильный завод (СУМЗ) и Кировградский медеплавильный комбинат (КМК), которые находятся в подзоне южной тайги, в близких природно-климатических условиях. Анализ выбросов предприятий показал, что СУМЗ является моноисточником поллютантов, а.

КМ К воздействует на прилегающие территории совместно с Верхнетагильской ГРЭС и Невьянским цементным заводом, образуя Кировградский промузел.

Трансекты заложены в западном направлении от заводов, против господствующей розы ветров. Протяженность различных зон нагрузок в этом направлении минимальна и на расстоянии 20−30 км от заводов большинство показателей соответствуют региональному фоновому уровеню. Зонирование территории вокруг СУМ За было выполнено по степени загрязнения тяжелыми металлами и реакциям различных компонентов биогеоценозов (Воробейчик и др., 1994). В западном направлении от СУМЗа техногенная пустыня простирается на 0,6−1,0 ш от границы завода, импактная зона — до 2−3 км, буферная — от 4−5 км до б-Т км, фоновая зона по ряду показателей — от 7 км и далее. Для трансекты N"2 нами были приняты эти же размеры зон нагрузки.

Ключевые участки трансекты N81, заложенной от СУМЗа, расположены в пихго-ельниках транзитных ландшафтов на светло-серых лесных почвах. Ключевые участки трансекты № 2, заложенной от КМ К, расположены в элювиально-транзитных и аккумулятивных ландшафтах. В чисто транзитных ландшафтах сделаны почвенные прикопки и определены биологическая активность и рН.

Исследована морфология почв, выделены новообразованные горизонты техногенного происхождения. Проанализирована трансформация почвенных профилей в техногенных ландшафтах.

Изучены особенности накопления тяжелых металлов и их внутрипрофильное и ландшафтное перераспределение. Показано, что наиболее высокие концентрации тяжелых металлов сосредоточены в верхних органогенных и гумусовых горизонтах, а запасы — в минеральной части профиля. Ландшафтное перераспределение кислоторастворимых форм тяжелых металлов в нейтральной среде выражено слабо, большая.

часть их закрепляется на месте. Выявлена трансформация рядов накопления тяжелых металлов в загрязненных почвах. Обнаружено высокое содержание оксидов железа в верхних горизонтах загрязненных почв, достигающее 2−4 г/100г.

При загрязнении сернистыми соединениями происходит протонизация и декальцинация почвенно-поглощающего комплекса. Загрязнение кальцийсодержащей пылью ведет к насыщению ППК кальцием и магнием до 80−90%.

Проанализированы показатели гумусного состояния почв. Показана трансформация фракционного состава гуминовых и фульвокиолот. Исследованы особенности параметров биологической активности почв. При загрязнении происходит не только подавление деотрукционных процессов, но и преобразование закономерностей вертикального распределения показателей.

В радиусе до 1,5 км от СУМЗа выявлена геомагнитная аномалия, связанная в первую очередь с загрязнением территории соединениями железа.

На основании проведенных исследований сделан вывод о развитии техногенного оторфовывания, усилении дернового процесса, активизации элювиального глееобразования в загрязненных почвахдана оценка состояния почв, рассмотрены некоторые аспекты устойчивости ландшафтов.

Таким образом, научная новизна работы заключается в комплексном подходе к исследованию загрязненных почв, как компонентов биогеоценозов. Впервые дана характеристика техногенной трансформации почвообразовательных процессов при загрязнении ландшафтов тяжелыми металлами с сернистыми соединениями и кальцийсодержащей пылью. Показано, что в техногенной пустыне и импакгной зоне радикально изменяются интегральные почвообразовательные процессы: усиливается дерновый процесс и развиваются техногенное оторфовывание и элювиальное оглеение. Впервые для условий Среднего Урала выполнен сравнительный анализ последствий подкисления и подщелачивания южнотаежных почв в условиях сильного загрязнения тяжелыми металлами. Выявлены мощные геохимические и геофизические аномалии вокруг СУМЗа и КМК. В работе были использованы классические методы анализа почв и современные экспресс-тесты. Все показатели определены по генетическим горизонтам почв, а не в смешанном слое.

Практическая значимость работы: материалы по техногенной трасформации морфологии почв, составу поглощающего комплекса, биологической активности и магнитным свойствам составляют основу для выделения наиболее информативных параметров при диагностике химически загрязненных почв, зонировании техногенных территорий, а так же для экологического мониторинга и экспертизы. Полученные значения химических, физических и биохимических параметров могут использоваться в экологическом нормировании для определения критических нагрузок на почву и для разработки экологических нормативов техногенных загрязнений наземных экосистем.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Почвы техногенных ландшафтов аккумулируют большие количества техногенной пыли, содержащей соединения железа и тяжелых металлов. В результате этого, вокруг медеплавильных комбинатов сформировались геохимические и геофизические аномалии.

2. В загрязненных почвах происходит сопряженное преобразование параметров, характеризующих элементарные почвообразовательные процессы (преобразование почвенного поглощающего комплекса в зависимости от структуры выбросовдеструктуризация гумусовых горизонтовподавление биологической активностиизменение группового и Фракционного состава гумуса) и интегральные (техногенное оторфовывание, дерновый и злювиально-глеевый процессы).

3. Почвы территорий, где в состав загрязнителей входит кальцмйсодержащая пыль, менее трансформированы и более резистентны к воздействию тяжелых металлов. Но у подкисленных почв более высокий потенциал естественного восстановления.

Работа выполнена за время прохождения аспирантуры с 1992 по 1995 год, в лаборатории экологии почв, под руководством доктора биологических наук, профессора в.П. Фироовой, которой автор приносит глубокую благодарность.

Автор особо признателен канд. биол. наук, старшему научному сотруднику Дедкову B.C. за постоянную поддержку, содействие и помощь в подготовке и написании диссертации. Глубокую благодарность автор выражает канд. биол. наук, научному сотруднику Воробейчику Ё. Л. за совместную постановку проблемы, проведение полевых работ и обсуждение результатов исследованийинженеру Смирнову Ю. Г. за поддержкусотрудничество и помощь в определении физических и ряда физико-химических показателей и при проведении полевых работ. Искреннюю признательность автор выражает канд. биол. наук, научному сотруднику Прокопович Е. В. за выполнение анализа показателей гумусного состояния почв, старшему лаборанту Лукьянец Г. Н. и инженеру Журавлевой С. Г. за определение ряда физико-химических показателей.

Определение тяжелых металлов было выполнено в лаборатории популяционной экотоксикологии и автор благодарит канд. биол. наук, научного сотрудника Воробейчика Ё. Л. и инженера Ахунову З. Х. за проведение анализов.

Полигонами исследований являются территории" прилегающие к двум крупным медеплавильным заводам Свердловской области: Среднеуральскому медеплавильному заводу (СУМЗ) и Кировградскому медеплавильному комбинату (КМ К),.

СУМЗ действует с 1940 года, то есть 54 года на момент исследований. Выбросы СУМЗа преобладают по массе (95 577т/год) над выбросами завода по обработке цветных металлов РЗОЦМ (88 т/год) и кирпичного завода, находящихся рядом. По данным отдела охраны природы администрации Ревдинского района основной вклад в загрязнение воздуха вносят медеплавильный (87,5%) и сернокислотный цеха. В составе выбросов СУМЗа преобладает сернистый ангидрид (81% - по массе). На долю пыли приходится 9% (в том числе на Си-1,2, Zn-1,0, Pb -0,4, As -0,3%) (табл. 1.1.1, рис. 1.1.1), В последние о лет масса выбросов неорганической пыли сократилась почти в 2 раза, масса выбросов сернистого ангидрида не изменилась, соотношение ТМ в выбросах изменилось незначительно, в основном за счет уменьшения массы меди примерно в 2 раза.

Кировградский медеплавильный комбинат (КМК) действует с 1935 года. Состав компонентов выбросов КМ К близок к таковому для СУМЗа (табл. 1.1.1). Но для изучаемой территории КМ К не является единственным крупным источником поллютантов, так как поблизости находятся еще несколько промышленных предприятий, образующих промузел. Масса выбросов КМ К составляет 58 484 т/годВерхнеТагильской ГРЭС — 72 876 т/годНевьянского цементного завода — 9222 т/год. В структуре выбросов Кировградского промуэла (с учетом ВТ ГРЭС и цементного завода) сернистый ангидрид составляет только 51%, а пыль — 33% (рис. 1.1.1). В ее составе присутствуют производные углерода, кальций, магний, а тага" ТМ (Си-0,04- 1п-0л4- РЬ-0,15- Аз" 0,10%). Эти сведения нам любезно предоставил зам, директора Висимского гос. заповедника Марин Ю, Ф.

Таблица 1/1,1,.

Структура атмосферных выбросов предприятий Среднеуральского и Кировфадского промузяов.

Предприятие Объем выбросов.

Всего Газ жидн ы и юсти Твердые.

80? Прочие Пыль В том числе.

Си 2п РЬ Д8.

СУМ8 (1995 г) т/год 95 577 713 904 8604 10 069 1155 927 357 287.

100 80/5 9,0 10,5 1,2 1,0 0,4 0,3.

КМ К{1993 г) т/год 58 495 51 873 2797 3730 45 176 206 132.

100 88,5 4,7 5,5 0,1 0,3 0,4 0,2.

Невьянский т/год вт 58 4288 4876 цементный завод.

100 0,82 46,0 51,0 Нет сведений.

ВТГРЭС т/год 72 871 18 524 15 637 38 708 — «;

100 23,0 8,7 53,0 — «;

Кировградст/год 140 578 70 455 22 818 47 314 «- ко-Верхне;

Тагильский промузел % 100 50,1 16,2 33,7 — «- р? Дива i mifenQ, s uTj[?l4FIм- w/ ivivu» ivapwet ряД^гист медеплавильный комбинат не является моноисточником поллютантов. Следует заметить, что в последнее время на КМ К и ВТГРЭС так же произошло снижение общей массы выбросов и некоторое изменение соотношения в них ТМ: как и на СУМЗ©сократилась доля меди, но уже более существенно — в 10 раз,.

1,1 Фоновые и техногенные ландшафты в зоне влияния медеплавильных комбинатов.

Трансекта № 1, заложенная от СУМЗа тянется вдоль 56°55' северной широты от 59°55' до 59°32' восточной долготы и находится в Ревдинском, Первоуральском и Нижнесергинском районах Свердловской области. Трансекта № 2:. заложенная от КМ К располагается вдоль 57°22! северной широты, от 59°55' до 59°47 Данная территория относится к Пригородному району Свердловской области.

Согласно физико-географическому районированию Прокаева В. И, (1976) территории, на которых заложены трансекты № 1 и № 2 находятся в таежной географической зоне, южнотаеи^ой подзоне и относятся к провинции низкогорной полосы Среднего Урала.

Преобладают абсолютны©высоты — 400−500 м, а максимальные 600= 750 м над уровнем моря, амплитуды высот 150=250 м (до 400 м). Характерна значительная расчлененность речными долинами, Район сложен метаморфическими горными породами (сланцами, песчаниками, окремнелыми известняками, кварцитами),.

Климат умеренно холодный, достаточно влажный, Среднегодовая температура +1°С, среднемесячная января -16.,.-17°С, июля — +1б.,+18°С. Безморозный период — менее 90 дней. Годовое количество осадков 400−700 мм. Мощность снегового покрова достигает 0,7−0,8 м и более (Урал и Приуралье, 1968; Прокаев, 1976).

Восточная часть трансекты N61, заложенной от СУМЗа (промзона и импактная территория) попадают в Вильво-Уфимский низкогорно-хребтовый макрорайон, а западная часть трансекты (буферная и фоновая зоны) находятся в макрорайоне Уфимско-Чусовской депрессии. Вильво-Уфимский южнотаежный низкогорно-эфебтовый макрорайон приурочен в основном к Центральноуральскому поднятию.

Оно сложено почти исключительно метаморфическими и осадочными породами верхнего протерозоя и нижнего палеозоя, наиболее древними на Среднем Урале, К устойчивым к выветриванию породам относятся кварциты, кварцито-песчаники, кварцитовы©конгломераты, слюдяно=кварцитовые сланцы с прослойками кварцитов и крепкие кварцевые песчаники. Легко разрушаемые породы = это различные сланцы: кристаллические, филлитовые и глинистые, известняки, некоторые песчаники, аргиллиты и прочие, Трудноразрушаемы©породы выходят на поверхность преимущественно на слабовыпуклых вершинах хребтов и отдельностоящих гор, а также верхних сильно покатых или умеренно крутых частях их склонов. Пологое нижние, а иногда и покатые средние части склонов хребтов и гор в значительной степени сложены мене©стойкими породами. Сумма температур выше 10 °C составляет 1400=1500°, В почвенном покрове преобладают тяжелосуглинистые бурые оподзоленные и дерново" слабоподзолисты е с теми или иными элементами оглеения. Климатические и почвенно-грунтовые условия макрорайона определяли значительное преобладание в нем (до вмешательства человека) южнотаежных темнохвойных лесов. Наиболее распространенным коренным типом леса является ельник эелбномошно-разнотравный. Почва характеризуется периодическим переувлашением и оглеением, ю>№!ота@>жый макрорайон Уфимско=Чусовской депрессии приурочен к Западноуральской внешней зоне складчатости. Округ сложен осадочными, в основном карбонатными породами каменноугольного, девонского и местами силурийского возраста. Преобладают известняки, реже доломиты, а западнее встречаются глинистые сланцы, песчаники и конгломераты. Сумма температур выше 10 °C колеблется от 1500 до 1600°, Преобладают горные ловопихговые леса, преимущественно южно-та (c)>жого типа, Основу почвенного покрова составляют бурые, преимущественно на элювии и элюво-д (c)лювии оглиненных песчаников или конгломератов, перегнойно-карбонатные неполнораэвитые и светло-серые лесные почвы (Прокаев, 1976),.

Трансекга На 2 располагается в Выйско-Ревдинском низкогорно-кряжевом макрорайоне, который приурочен к западному крылу Тагильского мегасинклинория Тагило-Шгнитогорского прогиба, Низкогорны©крямФ! высотой 450−750 м сложены трудноразрушаемыми породами: габбро и пироксенитами, в меньшей степени диоритами. Депрессии сложены легче разрушаемыми з (c)ленокам (c)нными породами, К наименее прочным из них относятся различные туфогенные породы, зеленые сланцы, известняки и др. Амплитуды высот кряжей и депрессий, составляющие 200−400 м, больше чем в низкогорно-хребтовом макрорайоне. Выше степень расчленения рельефа. Основу почвенного покрова макрорайона составляют горно-лесные бурые почвы в сочетании с дерново-подзолистыми, в депрессиях оглеенными. Роль твмнохвойных лесов несколько меньше, чем сосновых, (c)лово-соеновых, часто с примесью липы, В целом, в районе преобладают типы леса, характерные для южной тайги.

Перенос воздушных масс является одним из основных факторов площадного перераспределения поллютантов по территории. По данным метеостанций Ревда (Капралово) и Дружинино в районе суМ1а, на территории трансекты № 1 преобладают западные и юго-западны© ветра как в течение года, так и в течение вегетационного сезона с мая по октябрь. По данным метеостанции Висим эти ж©закономерности наблюдаются и на территории трансекты № 2, возле КМ К, Трансекты заложены в западном направлении от заводов, то есть против господствующей розы ветров, в направлении минимальных переносов воздушных масс (Справочник по климату СССР, 1966),.

Исследованы основные типы почв элювиальных, транзитных и аккумулятивных ландшафтов южнотаежной подзоны — горно-лесные бурые, дерново-подзолистые, светло-серые лесные с признаками олодзаливания и оглеения, дерново-глеевые и торфянисто-глеевыв, преобладающие в почвенном покрове территорий,.

В рассматриваемое направлении техногенная пустыня простирается до 0,6 -1 км от границ заводов, импактная зона — до 2−3 км, буферная — до 6=7 км, фоновая территория расположена в 20−30 км (Воробейчик и др., 1994), Исследованы концентрации тяжелых металлов и железа, поступающих со снегом в разных зонах нагрузки (Поленц, Вельский, 1991).

Ключевые участки траисекты № 1 заложены на территории техногенной пустыни (1 км от завода), в импактной (2 км), буферной (4 и 7 км) и фоновой (30 км) зонах. Заложено по пять разрезов на кащом ключевом участке (всего 25 разрезов) в транзитных ландшафтах, где преобладают светло-серые лесные почвы под пологом ельников-пихтарников различных ассоциаций. Характер техногенной трансформации растительности на данной территории описан в литературе (Воробейчик и др., 1994; Воробейчик, Хантемирова, 1994). До начала действия завода (1940 г.) все ключевые участки предполо-штельно имели сходный почвенный и растительный покров. Все разрезы заложены в окнах древостоя, с расстоянием до деревьев более 1,5 м, Морфологические описания были выполнены в 19 941 995 г. г,.

На удалении 1 км от источника эмиссий, в зоне техногенной пустыни, почвенный покров характеризуется разрезом № 23. заложенным в нижней трети покатого восточного склона хребта.

Шайтанский увал с абсолютной отметкой 391 м, Древесная растительность представлена угнетенной и сухостойной елью" а также ивой, березой, осиной, черемухой. Разреженный травянистый покров состоит в основном из хвоща лесного (Equisetum syivaticum) и полевицы (Agrostis tenuis), Около 40−70% площади участка покрыто плотными подушками зеленых мхов, среди которых преобладает Pohlia nutans. Микрорельеф сглаженный, в 20 м — дренажная траншея и дорога, Нанорельеф мелкобугристый, образованный подушками мха Почва — техногенно-преобразованная по светло-серой лесной. АО' 0 — 0,5 см Сильно разреженный хвойно-лиственный опад. АОт 0,5 — 3(6)см Торфоподобный слой, в верхней части зеленый, в нижней части коричневый, состоящий из живых и отмерших тканей мха Pohlia nutans. Их нишяя часть погружена в органоминеральный субстрат гумусово-ак^мулятивного горизонта А1, частицы которого практически неотделимы от мха. Кроме того, внутри мохового слоя встречаются фрагменты опада. Слой загрязнен техногенной пылью. Вся моховая масса плотная, слабооторфованная. переплетена мелкими корнями отдельных сосудистых растений, мокрая. Мох снимается с собственно почвенного субстрата пластом.

А1 3(6> 6(9) см Темно-серый, в верхней части темно-коричневый, перегнойный, пыл евато-мелкокомковатый, средний суглинок. Отдельно встречаются корни растений. Как и предыдущий горизонт сильно загрязнен техногенной пылью, мокрый. Переход в нижележащий горизонт постепенный по структуре,.

А1ВИ 6(9)= 15 см.

В1ди 15(17)= 27(33) см.

Н9 д.

27−50 см.

50−75 см неровный по цвету, с затеками гумуса. Серый, в верхней части темносерый, комковато-зернистый, сырой, тяжелосуглинистый, опесчаненный. Содержит остатки растений, корни, техногенную пыль. Обильны охристы©ортштейны и черные стяжения, серые гумусовые затеки. Переход постепенный, выраженный по структуре, сизовато-серый, неравномерно окрашенный, с серыми и бурыми пятнами, вследствие затеков гумуса, тяжелосуглинистый, опесчаненный, мелкоореховатой структуры. Содержит камни с≠5−7 см и мелкие угли. Неравномерный по структуре и цветувстречаются бурые участки с большим количеством охристых стяжений около камней. Сыровато-мокрый. Переход волнистый, четкий по цвету и сложению.

Буровато-серый с сизыми разводами, ореховатый, тяжелосуглинистый, заиленный с глубины 45 см, встречаются мелкие отмершие нераапоженные корни растений, диффузные охристы©стяжения, светлы©затеки гумусапластичный, мокрый. Переход постепенный.

Сизовато-серо-бурый, с сизовато-серыми кутана-ми, охристыми стяжениями, светлыми гумусовыми затеками, ореховатый, тяжело-суглинистый, пластичный, мокрый. Встречаются отдельные нераэлошвшиеся корни растений. Зеркало воды установилось на 52 см через час после вскрытия разреза, вода сочится с глубины 20 см.

Встречаются и другие варианты строения почвенного профиля, В качестве примера приведем почвенные матрицы (порядок и мощность горизонтов, см) остальных разрезов: разреза 21 22 24 25.

Горизонт.

АО' 0,0−0,5 0−0,5 0−0,5 0−0,5.

АО 0,5=3 0,5−3 0,5−3(5) 0.5−3.

А1 3−9 3−8(9) 3−6 3−6.

А1 Вп = 8=22 6=23= 5=13.

В1дЬ 9−36 22−42 23−39 13−22.

В2д 36=52 42=69 39=63 22=48.

ВСд 52−67 69-. 63-. 48−69.

На приствольных участках отмечается накопление травяно-листового, либо хвойного опада, мощностью 2−4 см, а так же возрастание мощности органогенных горизонтов эасчет появления слоя погребенной подстилки АОь мощность которого может достигать 4=6 см (под горизонтом АОт). Общая мощность органогенных слоев здесь достигает 10−15 см. Под куртинами злаков мох отмирает, оторфованный слой и гумусовый горизонт насыщены тонкими волосными корнями, что характеризует развитие дернового процесса.

Вследствие того, что мох аккумулирует влагу, в верхней части почвенного профиля отмечаются признаки избыточного увлашения в годы с большим количеством осадков. В засушливые же периоды мох пересыхает, на его поверхности образуются трещины. Нижележащие горизонты имеют светлую, белесую окраску. Почвенные агрегаты приобретают пылеватую, пылевато-комковатую и неясно-ореховатую структуру.

Почвенный разрез № 14 заложен на удалении 2 км от СУМЗа, в импактной зоне, на восточном склоне хребта Шайтанский увал, с абсолютной отметкой высоты — 401 м, под пологом пихто-ельника хвощово-зеленомошного. Микрорельеф — бугорковатый, нанорельефмелкобугорковатый. Почва — техногенно-преобразованная по светлосерой лесной,.

А0! 0™ 1 см Хвойно-травяной опад,.

АОт 1−3(6) см Торфоподобный слой, покрывающий поверхность почвы, состоящий т неразложенных фрагментов мха Pohlia nutans с куртинами живого мха, в верхней части зеленый, в нижней части коричневый, практически без включения минеральных частиц почвы, но содержащий техногенную пыль, мокрый,.

AOl 3−7(10) см Коричневый, слаборазложившийся хвойный и травяной опад и отпад, рыхлый, несвязный, сырой.

А1 7−10(16)см Темно-серый, пылевато-комковатый, рыхлый, тяжелосуглинистый, содержит много тонких корней. Переход в нижележащий горизонт А1 Вп неясный по цвету, постепенный по структуре, с языками потечного гумуса, А1 В 10−18 см Коричневато-серый, мелкокомковатозернистый, среднесуглинистый, влажный, рыхлый, много корней и мелких охристых ортштейнов d=2 мм и примазок, гальки с≠4см и иелких углей. Переход постепенный. Bin 18−27 см Серый, с отдельными диффузными охристыми пятнами, мелкоореховатый, тяжелосуглинистый, сырой, включает камни d=4−5 см, Переход в следующий горизонт четкий по каменистости, B2gh 27−45 см Сизовато-серый с охристо-бурыми пятнами, крупноореховатый, включает много рыхлых охристых стяжений и из-за этого агрегаты пестроокраш (c)ны, тяшлосуглинистый, пластичный, каменистость достигает 30%. Переход ясный по цвету, сложению и каменистости.

Вид 45−69 см Бурый с сизо-серыми кутанами по граням отдел ьностей, пестро окрашенный, мелкоореховатый, тяжелосутинистый, плотный, пластичный, содержит мелкую дресву, Признаки сезонного переувлажнения и оглеения сохраняются, С глубины 27 см сочится вода, зеркало воды устанавливается на 45 см. Под пологом разреженного леса гидротермические условия менее контрастны, чем в зоне «промышленной пустыни», Остальные разрезы в этой зоне имели строение почвенного профиля сходное с разрезом № 14, разрез 31 заложен в буферной зон©на удалении 4 км от СУМЗа в нижней трети террасированного западного склона Шайтанского увала. Абсолютная отметка 380 м над уровнем моря. Растительная ассоциация представлена пихто-(c)льником разнотравно-з (c)л (c)номошным. Микрорельеф образован крупными ветровальными комплексами, нанорельеф — бугорковатый, образованный подушками мха. Почва — техногенно-преобразованная по светло-серой лесной.

AlBh 8−15c i.

AO' 0−1 см Хвойный опад.

АОт 1−3(5) см Торфоподобный слой, состоящий из живых и отмерших тканей мха Pohlia nutans, аналогичный по строению, но более рыхлый, чем на территории техногенной пустыни и импакгной зоны, ел абораэложенный.

АОи 3−4(6) см Коричневый, слаборазложенный, пофебенный хвойный опад, сл аборазл ожившийся, сырой. Содержат грибной мицелий,.

А1 4−8(9) см Темно-серый, в верхней части темнокоричневый, перегнойный, задернованный, мелкокомковатый, тяжелый суглинок, сырой. Переход постепенный, неровный.

Буровато-серый, пылевато-комковатый, средний суглинок, опесчаненный, рыхлый, сырой, Содержит корни растений. Переход постепенный, затеками. 15−25 см Светлосерый, комковатый, среднесугл инистый, дресвянистый, включает камни, мокрый. Переход волнистый, с затеками. 25−42 см Зеленовато-бурый, грани глыбисто-ореховатых отдельностей зеленовато-сизые. Содержит много диффузных охристых етяшнийвключает корни растенийтяжелосуглинистый, дресвянистый, каменистый, мокрый, Переход постепенный, по сложению.

42−66 см Серовато-бурый, мелкоореховатый, дресвянистый, пластичный, глыбистый, мокрый, встречаются отдельные корни, многочисленные рыхлые охристы®стяжения.

Blh.

BCg.

Вода сочится с глубины 18 см, зеркало воды на 23 см,.

В буферной зоне (4 км от завода) встречаются следующие варианты строения верхней части почвенного профиля, отличающиеся сочетаниями органогенных горизонтов:

1) АО'(0−1 см), АО" (1-бсм), AI (6−10см),.

2) АО'(0−1 см), АОт (1-Зсм), AQL (3- 5(8)см), А1 (3−8(10)см),.

3) АО1 (0−1 см), АОт (1−4см), AI (4−10см).

Горизонты АОт и AOl встречаются фрагментарно, в основном на приствольных участках. Встречаются участки, где общая мощность этих горизонтов достигает 11−18 см. В гумусово-аккумулятивном горизонте AI отмечаются признаки задерновывания и накопления перегноя. Дерновый процесс идет засчет распространения злаков = щучки дернистой (Deschampsia cespitosa) и вейника лесного (Calamagrostis obtusata). Минеральные горизонты — A1Bh, Bin, B2g, BCg имеют выраженные признаки постоянного переувлажнения и оглеения.

Разрез 30 заложен в буферной зоне, на расстоянии 7 км от СУМЗа, в нижней части покатого склона, восточной экспозиции. Абсолютная отметка высоты 413 м. Мезорельеф сглаженный, микрорельеф бугорковато-западинный, нанорельеф сглаженно-бугорковатый. Разрез заложен в 300 м от Московского тракта под пологом пихго-ельника мелкотравного. Почвенные горизонты имеют следующее строение:

АО1 О-1 см Обильный хвойно-лиственный о л ад. АО" 1−4(6) см Коричневая подстилка, дифференцированная на три слоя: листовой, ферментативный, перегнойный, переплетена корнями, рыхлая, свежая, AI 4−15 см Серовато-бурый, пылевато-мелкокомковатый средний суглинок, дресвянистый, сырой. Встречаются слабораэложзенные остатки и корни растений. Переход ясный, волнистый,.

А1 В 8−15 см Серый, пылевато-комковатый, среднесуглинистый, опесчаненный, дресвянистый, Включает корни, камни а-2=3 см и более, угли <3=2−10 ммочень влажный. Переход постепенный, В1 15−25 см Буровато-серый, неясно-комковатый, тяжелый суглинок. Содержит единичные корни и остатки растений, встречаются мелкие угли, Влажный. Переход постепенный, В2 25=48 см Серовато-бурый, плитчато-крупнокомковатый, тяжелый суглинок. Отдельно встречаются мелкие корни растений, диффузные охристые стяжения, небольшое количество дресвы. Переход волнистый, ясный по цвету.

ВС 48=68 см Бурый с зеленовато-серыми гранями крупноореховатых отдельностей. Тяжелый суглинок, дресвянистый, влажный. Вола сочится с 45 см, зеркало воды установилось на 53 см.

Буферная зона на 7 км от завода довольно однородна по строению подстилок. Минеральная часть профиля представлена тремя вариантами строения:

1) А1 В, В1И, В2д, ВС (описан выше);

2) А2В1 (15−41 СМ), В2(41=52см), ВС (52−67см),.

3) А2(7−19см), А2 В (19=45см), ВС (45−85см).

В почвах данной территории признаки горного почвообразования (дресвянистость, слабая оструктуренность отдельностей, каменистость профиля) преобладают над признаками оглеения профиля. Светло-серые лесные почвы сочетаются с дерново-подзолистыми и горно-лесными бурыми оподзоленными,.

Разрез 17 заложен в 30 км от СУМЗа и характеризует один из вариантов строения почв фоновой территории, Разрез расположен в 150 м от Московского тракта, в средней части выположенного склона восточной экспозиции, с абсолютной отметкой 341 м, под пологом пшсго-ельника киелично-разнотравного., Микрорельеф сглаженный. Почва светло-серая лесная тяжело-суглинистая.

АО'.

АО" .

А1.

0= 1 СМ 1- 2(2,5)см.

Обильный хвойно-лиственный опад. Коричневая подстилка, в которой выделяются только два слоя (листовой и гумусово-перегнойный), несвязная, рыхлая, свежая.

М г1- а я И.

Неравномерно-окрашенный, темно-серый а.

Л, верхней и серый в нишей части, мелкокдковато-зернистый, влажный, средний суглинок, Содержит много корней растений, но практически не задернован, рыхлый. Переход неровный, карманами,.

А1ВЬ 4(8)-13(17)см Темносерый, мелкоореховатый, среднесуглинистый, рыхлый, влажный, содержит много швых корней. Переход ясный по цвету, неровный, затеками.

В1И 13−25 см Пестроокрашенный, темносерый и светлосерый, ореховатый, тяжел осугл инистый. пористый, влажный, много швых и отмерших корней. Переход ясный, волнистый.

В2 25−45 см Серовато-бурый, крупно-ореховатый, тяжелосуглинистый, содержит диффузные охристые стяжения, затеки гумуса, елашый. Переход постепенный, ш Серо-бурый с серыми пятнами, прокрашен anh sJwi ъ iiuг-гумусом, ореховатый, тяжел ©-суглинистый, пластичный, влашый, Встречаются швы©и сгнивши©корни растений, С глубины 48 см сочится вода, зеркало воды на 65 см. Следует отметить уменьшение мощности подстилки, отсутствие в ней ферментативного слоя, что свидетельствуют о высокой активности деструкционного комплекса почвы.

Строение нижней части профиля почв на данном ключевом участке представлено следующими вариантами:

1)А1ВИ, В1И, В2И, ВС (описан выше),.

2)А2(7−17), А2В1И (17−30см), В2(30−45см), ВС (45−70см);

3)А1ВЬ (8−15см), А2В1п (15−26см), В2(26−54с'м), ВС (54−75см);

Наряду с типичным строением почвенного профиля (вариант 1) для светло-серым лесных почв, встречаются варианты (2 и 3) с признаками оподзоливания.

На трансекте № 2 разрезы заложены с целью изучения особенностей ландшафтного перераспределения поллютантов и их влияния на разные типы почв в элювиальных и аккумулятивных ландшафтах, на территории техногенной пустыни (1 км от КМ К), импакгной зоны (2−2,5 км), в буферной зоне (4−4,5 км), на фоновой территории (20−22 км). Исходным типом растительности были пихто-ельнии* разных ассоциаций. Исследования проводились в июне 1994 года,.

Транзитно-элювиальные ландшафты,.

Разрез 4К заложен на расстоянии 1 км от КМ К (в техногенной пустыне), на вы положенной вершине увала с абсолютной отметкой 280 м. Растительность представлена березняком раэнотравно-зеленомошным. Площадь проективного покрытия (ППП) травянистого яруса 10−20% (черника, щучка дернистая, мятлик луговой), ППП мохового яруса составляет 40−50%. Микрорельеф и нанорельеф сглаженные. Почва горно-лесная бурая, оподзоленная, маломощная, сильнокаменистая.

АО' 0−1 см Лиственный опад.

АО" 1−3(4) см Вверху светлокоричневая, внизу темнокоричневая подстилка, в верхней части оторфованная, связная, сл абозадернованная, свежая. Сильно загрязнена техногенной пылью, А1 3−5(7) см Серовато-бурый, пылевато-мелкокомковатый, слабо оструктуренный, среднесуглинистый, дресвянисто-каменистый (до 60%), свежий. Содержит корни растений. Загрязнен техногенной пылью. Переход неровный.

А2В1 5−18 см Палево-бурый, комковатый, среднесуглинистый, дресвянисто-каменистый, свежий, содержит корни растений, мицелий грибов. Переход неровный.

Разрез 3 К заложен на расстоянии 2 км от КМК (в импакгной зоне) на выположенной вершине увала, с абсолютной отметкой 320 м, в березняке с примесью пихты и ели. Проективное покрытие травянистого яруса составляет 50−70%. Преобладают мятлик луговой, вейник лесной, грушанка круглолистная. Площадь проективного покрытия мхов — 10−20%. Микрорельеф бугорковато-западинистый. Почва горно-лесная бурая, сильнокаменистая, маломощная. АО' 0−1 см Хвойно-лиственный опад.

АО" 1−4(5) см Светлокоричневая, слоистая, неразложенная, сухая подстилка. Загрязнена техногенной пылью. А1 5−8(10)см Бурый, бесструктурный, среднесуглинистый, влажный, сильнокаменистый, штажный, Содержит корни растений, мелкие угли. Загрязнен техногенной пылью, Переход неровный, А1В1 8−15 см Палево-бурый, мелкокомковатый, среднее-утл инистый. каменистый, влажный. Содержит корни растений и угли 3=2−15 мм. Переход неровный.

В1 15=35 см Бурый, бесструктурный, дресвянистый, каменистый, влажный. Переход неровный. разрез 7 К заложен на удалении 4 км от КМ К (в буферной зоне) в верхней части покатого склона, восточной экспозиции. Абсолютная отметка 380 м. Растительная ассоциация представлена березняком злаково-разнотравным. Микрорельеф мелкозападинистый. Почва горно-лесная бурая, (c)подзол (c)иная, каменистая.

АО'.

АО" .

А1.

0−2 см 2=5,5 см.

5,5−9 см.

7−19 см.

19−35 см иственно-травяной опа^.

Светлокоричневая, неразложенная, слоистая подстилка, слабо переплетена корнями. Загрязнена техногенной пылью. Переход неровный. Коричнево-бурый, перегнойно-грубогумусный, мелкокомковатый, содержит много корней, фрагменты древесины, угли, свежий. Переход неровный, без потеков.

Палевый, скорлуповатый, среднесутинистый, уплотненный, включает камни <3=3−7 см, корни растений, отдельные пятна гумуса. Переход.

I :

Светлобурый мелкозем, ореховатой структуры, на гранях отдельностей белесый налет, тяжелосуглинистый, свешй. каменистый панцирь на всю глубину горизонта, сложен на 50% угловатым камнем, щебнем. Встречаются корни растений. Переход неровный, четко выраженный по каменистости.

35=60 см Бурый, равномерно окрашенный, ореховатый, тяжелосуглинистый, ©-лажный, дресвы до 5%, единичные камни. Переход постепенный. 60-. см Бурый, неясно-ореховатый, тяжелосуглинистый, слабодресвянистый (до 5%), плотный, влажный.

АО' 0−1 см АО" 1−3(5) см.

Разрез 9 заложен на расстоянии 20 км от КМК (фон) в вехней части пологого склона увала, западной экспозиции с абсолютной отметкой высоты 540 м. Микрорельеф и нанорельеф образованы вывалами деревьев. Растительность представлена пихто-едьником высокотравно-папоротниковым. Почва горно-лесная бурая лессивированная, слабокаменистая, полноразвитая, на элювии габбро.

Опад хвойно-травяно-моховой, хорошо разложенный. Темнокоричневая, рыхло-вспушенная подстилка, хорошо разложена, переплетена корнями. Серовато-бурый, пестроофашенный. зернистый, рыхлый, тяжелосуглинистый, рыхлый, переплетен корнями. Переход неровный, с затеками. Серовато-светлобурый, сверху гумусовые потеки, крупно-зернистый, тяжел ©-суглинистый, рыхлый, содержит корни. В нижней части горизонта — панцирь коры выветривания с каменистостью до 40%, П ереход постепенны й. равномерно окрашенный, мелкоореховатый,.

А1 см.

В1.

7−22 см.

ВС 22−51 см тяжелосуглинистый, ел абоуплотненный, влажный, каменистость — 30%, корней мало, Переход постепенный,.

С 51−70 см Темнобурый, неясно-мелкоореховатый, тяжелосуглинистый, дресвы до 10%, каменистый, влажный.

Аккумулятивные ландшафты.

Разрез 2К заложен на расстоянии 2,5 км от КМК (в импакгной зоне) в нижней части покатого западного склона с абсолютной отметкой 262 м, на заболоченной, олуговелой опушке пихто-ельника разнотравного. Микрорельеф выположенный, нанорельеф мелкокочковатый. Почва дерновая поверхностно глееватая глубинно-глеевая. АО' 0−1(3) см Хвойно-лиственно-травяно-моховой нераэяоженный опад. АОт" 2−5(6) см Коричневая, многослойная, оторфованная подстилка из неразлошвшихся, уплотненных остатков осок и щучки дернистой, мокрая. Переход постепенный. А1 дер. 5−14(16)см Серовато-светлокоричневая, уплотненная, оторфованная, слаборазложанная дернина, мокрая. В нишей части — более темная, разложенная, заиленная, сырая. Переход ровный, четкий,.

А1ВдИ 14−25 см Пестроокрашенный: на сизо-сером фоне серые затеки, охристые стяжения, охристо-коричневые примазкинеяснокомковатой структуры, тяжелосуглинистый, заиленный, с глубины 18 см сочится вода, пронизан мелкими корнями растений. Переход неясный. Big 25−36 см Мраморовидный, сизо-серый с охристыми продольными полосами, бесструктурный, тяжелосуглинистый, мокрыйпо ходам корней охристые стяжения. Место разгрузки ожелеэненных вод, Переход постепенный, вод 35=55 см Сизовато-коричневый с охристыми примазками, бесструктурный, тяжелосуглинистый, дресвянистый (содержит мелкую и крупную дресву).

Разрез 6К заложен на расстоянии 4,5 км от КМ К (в буферной зоне) в нимфей части покатого склона с абсолютной отметкой 355 м, под пологом пизсго-ельника хвощово-разнотравного. Микрорельеф мелко-западинный, нанорельеф бугорковатый. Почва дерновая глееватая глубинно глееван,.

АО'.

АО" п ii l У И.

0−0,5(1) см Травяной опад, хорошо разложенный. Переход неровный.

1−6 см Темнокоричневая подстилка, обогащенная перегноем, рыхлая, содержит много корней, с включениями разложенного отпада, • местами задернована.

Сизовато-коричневый, с темнокоричневыми карманами, неясно-комковатый, перегнойный, заиленный тяжелый суглинок, сырой, содержит корни. Переход языками.

Сизо-серый, крупно-зернистый, легкоглинистый, рыхлый, мокрый. Весь горизонт находится в зоне капиллярной каймы. В нишей частикамни.

6−19(21) см i y=3i.

ВСд 32−65 см Пролювиальный панцирь, сложенный угловатыми, слабоокатанными камнями мощеный). Щели мещу казнями заполнены сизовато-серой глиной, бесструктурной, мягкопластичной, мокрой. Каменистость горизонта -70%, Переход ясный, ОШтй 65-.см Охристо-сизый, глинистый, бесструктурный, дресвянистый, пористый. Каменистость около 30%, дресвянистость — 10%. По ходам корней рыхлые железистые стяжения.

Разрез 8 К заложен на удалении 22 т от КМК, в 50 м от р. Медвежки, на вы пол оженной нишей части склона увала, Абсолютная отметка 390 м. Растительность представлена осоково-разнотравной ассоциацией на опушке пихго-ельника. Нанорельеф кочковатый. Почва дерновая оторфованная фунтово-глеевая.

АО' 0−1(3) см Неравномерно распределенный по поверхности в соответствии с нанорельефом, переплетенный корнями травяной опад, содер>югг зеленые мхи. АО" дер. 1−6 см Темнокоричневая дернина, оторфованная, слаборазложенная, сильно переплетена корнями, мокрая, содержи мицелий грибов, Переход ясный, неровный,.

АпА1 6−9(12) см Коричнево-серый, обильно переплетен тонкими корнями растений (полувойлок). Мелкозем бесструктурный, тяжелосуглинистый, рыхлый, влажный, Переход неровный. Вд 10−36 см Пестроокрашенный, сизый с охристыми выделениями по ходам корней и трещинам, бесструктурный, легкоглинистый, мокрый. Переход ясный по цвету и сложению. ВСд 36−54 см Пестроокрашенный, буровато-сизый, обильны сизые стяжения по ходам корней и граням отдальностей, ореховатый, глинистый, плотный, мокрый. ох/гес! 54−75 см Мраморовидный, охристо-сизый, с отдельными диффузными выделениями железа, неясно-мелкоореховатой структуры, мягкопластичный, мокрый. Зеркало воды — на 67 см, капиллярная кайма — 40 см.

Выводы.

1. Угодья в радиусе 4−7 км от медеплавильных комбинатов загрязняются преимущественно полиметаллической пылью и сернистыми соединениями (СУМЗ). В ландшафты вокруг КМ К в составе пыли кроме того выпадает кальций.

2. В загрязненных почвах значительно трансформируются морфологические признаки. Органогенные и гумусовые горизонты теряют исходную структуру. В импактных зонах формируются органогенные горизонты, которым нет аналогов в естественных условиях. При нейтральной реакции среды степень преобразования почвенного профиля выражена слабее, чем в условиях подкисления.

3. Аккумуляция тяжелых металлов происходит преимущественно в верхней 20−40 см толще почвы. При значительных поступлениях ТМ, достигающих 4000−8000 мг/кг, большая часть киелотораетворимых форм проникает через органогенный барьер и связывается глинистыми минералами в средней части профиля. Перераспределение ТМ из элювиальных ландшафтов в аккумулятивные ограничено.

4. В загрязненных почвах преобразованы ряды накопления макрои микроэлементов. По мере приближения к источнику поллютантов возрастает мощность слоя с измененными рядами накопления.

5. Территории, прилегающие к медеплавильным комбинатам, загрязнены соединениями железа, наиболее высокие концентрации которых приурочены к органогенным и гумусовым горизонтам, а запасы к иллювиальным. Ландшафтное перераспределение железа выражено преимущественно в кислой и слабо-кислой среде. В связи с накоплением соединений железа и их кристаллизацией повышается магнитная восприимчивость почв.

6. Сернистые соединения подкисляют почвенные растворы и активизируют выщелачивание обменных оснований из поглощающего комплекса (ПГЖ) верхних горизонтов, что приводит к снижению их буферности и свидетельствует об активизации элювиального процесса.

Кальцийсодержащая пыль нейтрализует кислотные выбросы КМ К и насыщает ППКдо 70−90%.

7. Загрязнение почв тяжелыми металлами подавляет их биологическую активность. Выявлена вертикальная неоднородность скоростей деструкции целлюлозы и мочевины в почвах импактной зоны. В кислой среде параметры биологической активности почвы снижены гораздо сильнее, чем в нейтральной и слабокислой.

8. В техногенных почвах преобразуются показатели гумусного состояния, а именно: в верхних горизонтах изменяется гидролизуемооть гумуса, возрастает относительное содержание фракций ГК-1, ФК-1а, ФК-1, связанных с оксидами железа.

9. Техногенез трансформирует интегральное почвообразование: активизируется дерновый процесс, техногенное оторфовывание и элювиальное глееобразование.

10. В ландшафтах, прилегающих к медеплавильным комбинатам, формируются геохимические и геомагнитные аномалии. Почвы территорий, где в состав загрязнителей входит кальцийсодержащая пыль, более резистентны к воздействию тяжелых металлов. Но у подкисленных почв более высокий потенциал естественного восстановления. ioj.

Заключение

.

Реакция почв на загрязнение рассмотрена на четырех уровнях организации — морфологическом, биохимическом, физико-химическом и физическом.

Техногенные изменения биохимических и физико-химических параметров отражаются в морфологическом облике почвы, затрагивая не только почву-момент, но частично и почву-память. Рассматривая вопрос о характерном времени изменений почвенных параметров следует подчеркнуть, что исследованные территории в той или иной степени нарушались более 200 лет, а в течении последних 60 лет подвергались сильной техногенной нагрузке. Поэтому сейчас, вероятнее всего, можно наблюдать уже результаты процесса трансформации, а не сам процесс. Поскольку мы располагаем данными только одномоментного обследования на конец периода воздействия, делать заключение о скоростях изменений можно лишь опосредованно, базируясь на принципе пространственно-временных аналогий, сопоставляя ответные реакции почв в зависимости от уровня техногенной нагрузки, а так же с учетом техногенных изменений в других блоках биогеоценозов.

Параметры, которые традиционно относят к почве-моменту (структура органогенных горизонтов, состояние ПЛК, биологическая активность), как и следовало ожидать, трансформированы на загрязненных территориях в наибольшей степени. Они начинают изменяться первыми (в буферной зоне), при тех же уровнях техногенной нагрузки, что и характеристики древесного и травяно-кустарничкового ярусов (Воробейчик и др., 1994). Свойства почв аккумулятивных ландшафтов, находящихся в зонах геохимических барьеров, могут выступать в роли «опережающих сигналов», так как они быстро накапливают информацию о загрязнении территории.

Сильные техногенные нагрузки вызывают трансформацию и более консервативных параметров, составляющих почву-память (агрегатный состав, дифференциация профиля по содержанию гумуса и ила). Однако эти изменения можно зарегистрировать лишь при очень высоких уровнях загрязнения (в импактной зоне и техногенной пустыне), когда другие компоненты экосистемы полностью деградировали. Следовательно, трансформация лабильных почвенных параметров идет почти параллельно с изменением биоты, тогда как консервативные характеристики почвенного покрова значительно запаздывают. В то же время в естественных условиях модификация параметров почвы-памяти требует значительно большего времени — порядка сотен и тысяч лет (Таргульян, Соколов, 197S). Их изменение за период функционирования источника выбросов свидетельствует как и силе техногенной нагрузки, так и о ее определенной специфике относительно природных факторов.

Основываясь на морфологических, биохимических, физико-химических и магнитных критериях можно выделить три стадии трансформации почвенного профиля:

1. Полная потеря исходной структуры — захватывает только подстилки в радиусе до 4-S км от заводов.

2. Значительное преобразование структуры — происходит в органогенных горизонтах на расстоянии 4−7 км от СУМЗа. На трансекте Na2 (КМК) такие преобразования происходят на значительно большем протяжении, вплоть до 22 км в связи с внедрением крупной пыли от ВТГРЗС, эмиссии которой поступают на всю трансекту с южного фронта. Гумусово-аккумулятивные горизонты значительно преобразованы в радиусе до 4−6 км от заводов.

3. Изменение отдельных признаков — происходит в минеральных горизонтах профиля на трансекте Nal в техногенной пустыне, импактной и буферной зонах. Это проявляется в усилении признаков оглеения в периоды с избыточным увлажнением, и в целом элювиального процесса в сухие периоды. На трансекте № 2 в такой степени трансформирован только гумусово-аккумулятивный горизонт, в связи с внедреннем техногенной пыли.

Из этого следует, что мощность трансформированного слоя почвы на трансекте N§ 1, вблизи СУМЗа больше, чем на трансекте № 2, возле !<�МК. Техногенная трансформация и деградация затрагивают в основном верхние горизонты почв 18хног6ннои пустыни, импактной и, отчасти, буферной зон.

Под устойчивостью биогеоценозов понимают способность сохранять структурно-функциональную целостность при внешнем воздействии. В понятие устойчивости входят: толерантность (или резистентность), то есть способность выдерживать антропогенные нагрузки (или противостоять им), а также потенциал естественного восстановления в связи со способностью нарушенной системы перестроить структурные и функциональные связи. При прогнозе степени неустойчивости почв к химическому загрязнению или, наоборот, при прогнозе способности их к самоочищению должны учитываться те свойства почв и те процессы, которые способствуют накопительной концентрации токсичных веществ, или, наоборот, выносу за пределы профиля, переходу в нетоксичные или недоступные живым организмам формы (Глазовская, 1983). Поэтому можно заключить, что почвы трансепты № 2 более резистентны к воздействию тяжелых металлов, так как при значениях рН, близких к нейтральным соединения ТМ малоподвижны. Но у подкисленных почв трансекты № 1 более высокий потенциал для естественного восстановления, поскольку тяжелые металлы могут быть вымыты из почвенного профиля при снятии техногенных нагрузок значительно быстрее.

Основные признаки почв техногенно загрязненных ландшафтов, достаточно четко регистрируемые при морфологической/! описании, -увеличенная мощность подстилки, состоящей из специфических торфоподобного и погребенного листового горизонтов АОт и А<- деструктуризация гумусово-аккумулятивных горизонтовнакопление техногенной пыли в верхней части профиляповышение магнитной восприимчивостиоглеение минеральных горизонтов, определяемое по сизо-серой окраске профиля и фронтальной потечности гумуса. Эти признаки следует считать диагностическими для почв, преобразованных сильным загрязнением тяжелыми металлами в комплексе с сернистым ангидридом из исходных серых лесных почв южной тайги. Пространственно им тождественны признаки горно-лесных бурых и дерново-глеевых почв, трансформированных тяжелыми металлами, сернистыми соединениями и кальций содержа щей пылью — это увеличение мощности подстилкинакопление неразложенного, «мертвого», недифференцированного опадатехногенная пыль в верхней части профилядеструктуризация гумусовых горизонтов. Поэтому к Каледину из этих признаков можно добавить эпитет «техногенный» («техногенные подстилки», «техногенная деструктуризация», «техногенное оглеение» и так далее).

Важно подчеркнуть, что описанные техногенные изменения почвенных характеристик, за исключением накопления техногенной пыли, имеют природные аналоги. Говорить, например, о «техногенном оплееним» или «техногенном торможении деструкции» можно лишь в том смысле, что эти феномены вызываются потоком поллютантов и последующей трансформацией биоты и косных компонентов, а при отсутствии техногенеза, в том числе и загрязнения не имели бы места в данных биотопах. По субстантивной форме проявления между «техногенными» признаками и их «естественными» аналогами нет принципиальной разницы. В этом заключается одна из сложностей диагностирования техногенных модификаций почвенного покрова, поскольку сделать вывод о «неестественности» модификаций можно лишь тогда, когда определенные признаки присутствуют в нехарактерных комбинациях или зарегистрированы в несвойственных биотопах.

Достоверность диагностики техногенных почв существенно повышается, дополненная анализом трансформации их физических и химических свойств. Особенно важны из них те, которые непосредственно отражают тренды техногенного изменения в зависимости от состава и свойств аэрогенных поллютантов. Это премще всего кислотность почв и состав поглощающего комплекса. Другие химические свойства изменяются опосредованно. Например, при избытке потенциально растворимого железа, поступающего с пылью, в контрастных окислительно-восстановительных условиях, изменяется фракционный состав гумуса: происходит накопление бурых кислот, имеющих сродство к полуторным окислам железа.

Все эти ответные реакции почв на различные уровни техногенных нагрузок рассмотрены в соответствующих главах. Здесь важно отметить, что системный подход позволил диагностировать техногенную трансформацию почв и найти адекватные объяснения закономерностей техногенного педогенеза на уровне элементарных и интегральных почвообразовательных процессов.

Представляют интерес и биогеохимические последствия загрязнения почв в техногенных ландшафтах, а именно: изменение геохимических рядов накопления исследованных элементов, возможность количественной характеристики геохимических барьеров в почвах и ландшафтах. Показано, что при высокой степени загрязнения поток тяжелых металлов «пробивает» органогенный и гумусовый барьер и они связываются в середине почвенных профилей на глинистых барьерах. При этом не происходит заметного перераспределения загрязняющих элементов из элювиальных ландшафтов в аккумулятивные. Следовательно, даже в условиях техногенной пустыни сохраняется почвенный геохимический барьер, спасающий биогеоценоз от тотального загрязнения.

Рассмотренные изменения почвенного покрова, несомненно, имеют отрицательные последствия для функционирования лесных экосистем. Изменение гидро-термического режима, преобразование рядов накопления макрои микроэлементов5 торможение деструкции органического вещества и разрушение почвенной структуры снижают почвенное плодородие. В сочетании с высокой токсичностью почвы это ведет к уменьшению общей продуктивности и устойчивости биогеоценозов.