= ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 550.42:631.4(470.312)
МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ МАЛОГО ВОДОСБОРА ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ (СРЕДНЕРУССКАЯ ВОЗВЫШЕННОСТЬ)*
© 2015 г. О. А. Самонова, А. Н. Геннадиев, Т. С. Кошовский, А. П. Жидкин
Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы e-mail: oasamonova@mail.ru, tkzy@ya.ru Поступила в редакцию 21.07.2014 г.
Изучено пространственное распределение содержания Mn, Cu, Ni, Co, Cr, Zn, Pb, Mo, Ti, Zr, Fe, гранулометрических фракций и гумуса в поверхностном горизонте почв малого водосбора в бассейне р. Локна (Тульская обл.). Зависимость между этими показателями охарактеризована статистическими методами. Выявлено слабое изменение гранулометрического состава гумусовых горизонтов почв по геоморфологическим элементам данного водосбора. В почвах выпуклых склонов водосбора, а также в днище балки относительно автономных позиций наблюдается увеличение содержания большинства изученных металлов. Выявлены положительные корреляционные связи количества Со, Mn, Zr, Mo, в меньшей степени Zn, Pb с песчаными и крупнопылеватой фракциями, для Ni, Cr, Ti, Fe корреляционные связи с гранулометрическими фракциями не установлены.
Ключевые слова: гранулометрические фракции, гумус, распределение, почвы малых водосборов, автокорреляция.
Б01: 10.7868/80032180X15060106
ВВЕДЕНИЕ
Анализ почвенно-геохимической структуры территорий является одной из важных составных частей комплексных физико-географических и экологических исследований различного уровня. Основным методом анализа служит катенарный, включающий изучение морфологического строения представительных почвенно-геохимических катен, особенностей распределения в них химических элементов и соединений с помощью коэффициентов радиальной и латеральной дифференциации.
Дифференциация валовых содержаний металлов и подвижных форм их соединений в различных типах почв и корреляционная связь с физико-химическими свойствами, почвообразовательными процессами изучаются на протяжении многих десятилетий. Результаты этих исследований подробно описаны [5, 8—11, 13, 18, 19—21].
Распределение химических элементов (в данном случае металлов) в системах более сложного уровня организации, чем катены, например, бассейновых каскадных ландшафтно-геохимиче-ских системах, функционирующих в различных природных обстановках, слабо отражено в лите-
* Химико-аналитические и полевые исследования выполнены при финансовой поддержке гранта НШ-1689.2014.5 и проекта РФФИ №13-05-00098.
ратуре. Актуальность таких исследований имеет практическое значение: депрессии рельефа, к которым относятся балки, часто служат для сброса загрязняющих веществ, дальнейшее поведение которых определяет эколого-геохимическое состояние территории.
Малые водосборы (малые ландшафтно-геохи-мические арены и т. д.) можно рассматривать как элемент каскадной системы более высокого порядка — речного бассейна. В связи с этим их геохимические параметры — важная составная часть характеристики геохимической структуры речного бассейна. Малые водосборы как целостные миграционные системы с геохимических позиций изучены слабо, имеются лишь единичные работы [13, 15]. В работах [3, 4] проанализирована латеральная миграция твердофазного вещества почв на основе площадного распределения сферических магнитных частиц, как трассеров мас-сопереноса, а в [16] приведена оценка распределения валовых содержаний металлов, а также подвижных форм их соединений в балочных системах. В этих исследованиях [3, 16] использован катенарный метод анализа в отличие от работ [13, 15], где применяли методику, заключающуюся в отборе почвенных проб по катенам, а статистическая обработка результатов химических анализов выполнена с учетом их принадлежности к геоморфологическим элементам водосбора.
675
3*
Цель статьи — анализ пространственного распределения почвенно-геохимических параметров: содержания гранулометрических фракций, гумуса, валовых форм Ti, Zr, Mn, Co, Zn, Cu, Pb, Cr, Ni, Mo в поверхностном горизонте почв малого водосбора, выявление зависимостей между этими показателями статистическими методами.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Малый водосбор первого порядка (малая эрозионная форма, балка) расположен в Плавском рне Тульской обл. и имеет длину около 1100 м; направление главной эрозионной формы восточное (рис. 1). Соответственно, экспозиция склонов, опирающихся на балку, является южной, восточной, северной и переходными между ними вариантами; склоны западной экспозиции отсутствуют, так как в этой части водосбора находится устье — место впадения в более крупную форму — основную балку. Форма балки вытянутая несимметричная, каплевидная: у истока балки ширина водосбора максимальна и достигает 800—900 м, при приближении к устью ширина уменьшается до 300 м. Длина водосбора с запада на восток составляет 1.6 км; площадь бассейна балки — 0.96 км2. Территория бассейна балки полностью распахана, за исключением самой балки и прилегающих к ней крутых склонов. Бровка водосбора на склоне имеет четкие, пространственно локализованные границы, они преимущественно совпадают с границей пашня—луг.
Преобладающими почвами на территории микроарены являются агрочерноземы глинисто-иллювиальные оподзоленные (Chernic Luvic Phae-ozems); меньшие площади занимают агрочерноземы глинисто-иллювиальные типичные (Luvic Chernozems Anthric), черноземы глинисто-иллювиальные типичные (Luvic Chernozems) на нерас-пахиваемых участках, текстурно-дифференцированные почвы: серые (Luvisols), темно-серые (Greyic-Luvic Phaeozems) и агротемно-серые (Greyic Luvic Phaeozems Anthric), агроземы глинисто-иллювиальные (Luvic Phaeozems Anthric) и агроземы темные аккумулятивно-карбонатные (Phaeozems Anthric) и стратоземы темногумусовые на погребенной почве (Mollic Phaeozems Colluvic) [7, 22]. Подробное описание морфологических профилей изученных почв приведено ранее [3], а на рис. 1 представлена почвенная карта исследованной территории.
Для изучения параметров механической миграции почвенного материала в пределах малого водосбора пробы отбирали из пахотного горизонта (0—25 см) по четырем катенам, заложенным по максимальному падению высот от нескольких водораздельных позиций до днища балки. По катенам отобрали 38 проб, по днищу — 5 проб, на водораздельной поверхности — 10 проб. Таким обра-
зом, опробованы агрочерноземы глинисто-иллювиальные оподзоленные (26 проб) и агрочерноземы глинисто-иллювиальные типичные (12 проб), темно-серые (2 пробы), агроземы глинисто-иллювиальные (8 проб), стратоземы темногумусовые (5 проб).
В 53 пробах из поверхностных горизонтов почв выполнили гранулометрический анализ пиро-фосфатным методом в химической лаборатории Института географии РАН (Москва). Содержание Мп, Си, N1, Со, Сг, Ъп, РЬ, Мо, Т1, Ъг, Бе определяли спектральным атомно-эмиссионным методом просыпки в трехфазной дуге на приборе ДФС-458 в Бронницкой геолого-геохимической экспедиции ФГУП "Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов". Содержание гумуса (по методу Тюрина со спек-трофотометрическим окончанием по Орлову— Гриндель) определяли в химической лаборатории географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Выборки для статистической обработки формировали в соответствии с принадлежностью к геоморфологическим элементам малого водосбора: автономным субгоризонтальным, трансэлювиальным с различным углом наклона, трансаккумулятивным (днище).
Для содержаний гранулометрических фракций, валовых содержаний металлов, гумуса рассчитывали основные статистические показатели: среднее арифметическое значение, стандартное отклонение, коэффициент вариации. Проверку соответствия полученной выборки нормальному закону распределения проводили с использованием критериев Колмогорова—Смирнова и Уилко— Шапиро [12]. В случае принятия гипотезы о несущественности различий с нормальным законом распределения для сравнения выборок применяли дисперсионный анализ ^N0^), в противном случае использовали непараметрические критерии (Манна—Уитни и Краскал-тесты). В исследуемых выборках нормальным законом распределения с уровнем значимости 0.05 аппроксимируется содержание Мп (Р = 0.44 для критерия Шапиро— Уилка), РЬ (Р = 0.41), N1 (Р = 0.19), Сг (Р = 0.15), Со (Р = 0.06). Критерий Колмогорова—Смирнова является значимым при проверке на соответствие нормальному закону распределения содержания Ъг, Т1, Мп, Сг, N1, Со, РЬ (Р > 0.2). Для элементов Мо, Ъп, Бе распределения в изученных образцах не подчинялись этим законам.
Связь химического и гранулометрического состава в почвах балки оценивали с помощью коэффициента линейной корреляции Пирсона, а наличие или отсутствие пространственных линейных трендов в изменении химических и гранулометрических показателей по длине донных частей балки с использованием коэффициента корреляции Спирмена. Связи считались значимыми при дове-
37°9' в. д. 37°10' в. д.
53°38' с. ш.
Рис. 1. Карта-схема участка исследования. Единицы геоморфологического деления: А — распаханные территории: 1 — водораздельные автономные субгоризонтальные позиции (0°—1°); 2 — верхняя часть склонов (1°—2°); 3 — средняя часть склонов (2°—3°); 4 — нижняя часть склонов (3°—6°); 5 — нижняя часть склонов (6°—12°); Б — залуженные и залежные склоны балки: 6 — залежь, пологие и покатые участки склонов (2°—3°); 7 — залежь, крутые участки склонов (6°—12°); 8 — луг, крутые участки склонов (5°—12°); В — днище балки: 9 — залежная часть; 10 — залуженная часть, крутизна (1°—3°). Точки отбора проб: а — по катенам; Ь — по днищу, с — на площадке по спирали. Почвенный покров: I -текстурно-дифференцированные: 1 — серые типичные; 2 — темно-серые типичные и постагрогенные; 3 — агротем-но-серые; II — черноземы глинисто-иллювиированные: 4 — оподзоленные постагрогенные маломощные; 5 — типичные мощные и сверхмощные; III — агрочерноземы глинисто-иллювиированные: 6 — оподзоленные среднемощные; 7 — типичные среднемощные; 8 — гумусово-стратифицированные сверхмощные; IV — агроземы темные глинисто-иллювиированные: 9 — оподзоленные мало- и среднемощные; 10 — типичные мало- и среднемощные; 11 — постагрогенные средне мелкие; V — агроземы темные аккумулятивно-
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.