ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2010, № 3, с. 109-117
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
УДК 631.416.8
ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЕННЫХ ВОД В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ИВАНЬКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
© 2010 г. Г.В. Мотузова*, Н.Ю. Барсова*, Е.А. Карпова*, А.Г. Кочарян**
* Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ** Институт водных проблем РАН
Поступила в редакцию 15.06.2009 г.
Обсуждаются результаты 6-летних наблюдений за составом почвенных вод прибрежной зоны Иваньковского водохранилища: содержание макро- и микроэлементов, рН, электропроводность, цветность, окисляемость. Показатели эти сопоставлены с составом атмосферных осадков, грунтовых вод, вод водохранилища. Установлено повышение по сравнению с атмосферными осадками содержания в лизиметрических водах Са, Mg, К и Р. При кратковременном весеннем подъеме грунтовых вод и фильтрации через почвенный профиль талых вод возможна связь почвенных и грунтовых вод, вследствие чего весной в грунтовых водах повышается концентрация минерального фосфора, не достигая при этом концентраций в почвенных водах. Водорастворимые органические вещества достигают грунтовых вод в ограниченном количестве. По сравнению с почвенными водами в водохранилище повышены концентрации Са2+, Mg2+. Особенно они обогащены С1-, Б0|-, имеющими техногенное происхождение.
Введение. Природные воды представляют собой иерархически организованную природную систему разных типов вод, являющихся производной всех компонентов ландшафта. Продукт глобального круговорота воды на планете - атмосферные осадки служат источником питания влагой почв. Состав почвенных вод - отражение влияния физических, химических, биологических процессов взаимодействия поступивших в почву осадков с почвенным материалом. Условия этих взаимодействий различаются, в частности, вследствие разной прочности удерживания влаги почвенными частицами (влага капилляров, порового пространства, трещин). Формирование химического состава почвенных растворов и гравитационных вод протекает взаимосвязанно. Процессы формирования химического состава грунтовых вод - следующий уровень иерархического ряда природных процессов, осложненных (наряду с вышеназванными процессами) влиянием внутрипочвенных миграционных водных потоков растворенных веществ.
Совместное рассмотрение химических свойств атмосферных осадков, почвенных и грунтовых вод определенного ландшафта может дать информацию о соотношении процессов, обусловливающих структуру и функционирование различных уровней организации водной системы этого
ландшафта. Влияние вод водохранилища в подобной системе может быть различным, например в зависимости от того, заливаются или нет исследуемые территории. В последнем случае воды водохранилища можно назвать внесистемной единицей.
Обычно процессы формирования химического состава атмосферных осадков [4, 20], почвенных [6, 9-12, 14-16, 18, 23, 24, 25], грунтовых вод [2, 18] и вод водохранилищ [3, 13, 17, 18] рассматриваются изолированно друг от друга. Есть опыт совместного изучения почвенных и грунтовых вод [13, 17, 18]. Эффективность совместного анализа состава атмосферных осадков, почвенных и грунтовых вод показана в [1, 21].
Цель настоящей работы - изучение закономерностей формирования состава и свойств почвенных и грунтовых вод и выявление их взаимосвязи. Задача работы состояла в организации длительных полевых наблюдений за составом и свойствами почвенных вод, которые расположены в прибрежной части Иваньковского водохранилища, в получении информации о составе и свойствах грунтовых вод этой же территории и вод водохранилища на основании собственных аналитических данных и привлеченных литературных сведений, а также литературных данных о составе атмосферных осадков.
Объекты исследования. Работы проводились в Конаковском районе Тверской области на первой террасе р. Волги, омываемой водами современного Иваньковского водохранилища (абсолютная высота 130 м над уровнем моря) вблизи д. Плоски. Рельеф террасы относительно ровный, местами бугристый, с превышениями не более 0.4 м. Растительность луговая, местами нарушается куртинами кустарников. Территория относится к зоне избыточного увлажнения, среднегодовая влажность воздуха 80%, среднегодовое количество осадков почти в 2 раза превышает испарение и составляет 600-720 мм в год. Почвы развиты на современных аллювиальных песчаных отложениях мощностью 2-3 м, ниже которых залегает маломощный слой флювиогляциальных песков, подстилаемых моренными московскими суглинками. Основной источник питания реки -талые снеговые и грунтовые воды. Среднегодовой модуль стока 6.5-9 л/км2. Мощность подземного стока порядка 2.1 л/км2.
Годовое питание грунтовых вод зависит от характера зоны аэрации и суммы атмосферных осадков: при песчаной зоне аэрации и при сумме осадков 750 мм колеблется в пределах 150 - 200 мм; при сумме осадков 471 мм - в пределах от 80 до 100 мм. При супесчаной зоне аэрации величина годового питания грунтовых вод колеблется в пределах 80-100 мм при сумме осадков 750 мм до 70-95 мм при сумме осадков 620 мм. Коэффициент фильтрации колеблется в широких пределах: от 1 до 16 м/сут., составляя в среднем 5 м/сут.
Режим уровня грунтовых вод прибрежной зоны (ее ширина до 300 м), где были заложены разрезы исследуемых почв, тесно связан с режимом уровня водохранилища и колебания его по сезонам достигают 3 м. Уровень грунтовых вод резко поднимается в первой половине апреля до глубины почти 0.5 м. Период этот длится около 10 дней, при этом скорость инфильтрации осадков составляет 0.2-0.5 м/сут. Летом уровень грунтовых вод находится на глубине 1.5-2 м (в засушливые годы ниже), зимой - на глубине 3.0-3.3 м. Водоупора горизонт не имеет.
За вегетационный период (с 1 мая по 30 августа) в среднем выпадает 150-530 мм осадков. В наиболее засушливые годы при количестве осадков менее 200 мм, влажность песков в зоне аэрации с глубиной уровня грунтовых вод 0.5 м составляет 2-5%, влага практически не движется по зоне аэрации.
Объектами исследования послужили два разреза дерновой супесчаной почвы, характеризующие прибрежную полосу Иваньковского водохра-
нилища (50 м от уреза воды) вблизи д. Плоски, их почвенные и грунтовые воды, и воды водохранилища. Разрезы заложены на выровненной части террасы, покрытой луговой растительностью. Почва имеет укороченный профиль: тонкий слой травяного опада (0.5 см), дерновый горизонт средней мощности Ад (0.5-5(10)), гумусовый супесчаный А1 (5-28(30)) - старопахотный и С (>30 см) - аллювиальные отложения, представленные песками различной зернистости мощностью 4-6 м. Исследуемая почва является доминирующей в почвенном покрове береговой полосы, окаймляющей Иваньковское водохранилище.
Методы исследования. Летом 2002 г. в стенках разрезов дерновой почвы были установлены гравитационные лизиметры Е.И. Шиловой [22] с площадью плоских сборников влаги 700 и 1500 см2, которые разместили на двух глубинах: ниже гумусового горизонта (на глубине 28 см) и в горизонте С (на глубине 55 см). Отбор лизиметрических вод проводили 3 раза в год (весной после снеготаяния, летом, осенью перед выпадением снега). Элементный состав почв определен спектральным эмиссионным методом. В почвах определены рН водной суспензии, содержание органического углерода по Тюрину, подвижных соединений фосфора по Кирсанову. Грунтовые воды отбирали 2-6 раз в месяц в течение 19992000 гг. из скважины № 3018, расположенной в 30 м вниз по склону от почвенного разреза и в 58 м от уреза водохранилища [2]. Отбор проб воды водохранилища проводился летом и весной.
В пробах вод определены следующие показатели: НСО3, С1- титриметрическим, КО-, 804-, Рмин спектрофотометрическим, Ка+, К+ пламенно-фотометрическим, Са2+, Mg2+ атомно-абсор-бционным методом, рН на иономере "Аквилон И-500", удельная электропроводность на кондуктометре "НАККА-Ш-9033". Элементный состав вод определен атомно-абсорбционным методом и методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. О содержании водорастворимых органических веществ судили по двум показателям: перманганатной окисляемости по методу Кубеля и цветности, измеряемой колориметрически с использованием Сг-Со шкалы.
Для обсуждения результатов привлечены также литературные данные. Показатели рН, цветность, окисляемость, электропроводность, содержание анионов вод Иваньковского водохранилища приведены по данным круглогодичных наблюдений в 1992-1999 гг. Института водных проблем РАН [8]. Собственные данные по этим показателям охватывают только летний период наблюдений, но
они не выходят за рамки интервалов, полученных при круглогодичных наблюдениях. Тот же набор показателей для атмосферных осадков исследуемого района приведен по данным наблюдений 1994-2004 гг. [2]. Полученные экспериментальные данные охарактеризованы средними показателями и размахом индивидуальных значений. Почвенные воды практически отражают свойства верхних почвенных горизонтов до глубины 28 см, так как глубже воды проникали только весной 2004 г.1
Результаты и обсуждение. Состав почвенных вод начинает формироваться под влиянием атмосферных осадков - источника питания почвенных и грунтовых вод. Наряду с природными факторами на состав атмосферных осадков региона оказывают влияние и техногенные факторы, обусловленные аэрозольными выбросами Конаковской ГРЭС (на восток от исследуемой территории), многочисленных предприятий Твери (на северо-западе). Следствием этого является широкое варьирование величины рН осадков: от 5.40 до 7.35. Несмотря на дополнительное техногенное поступление сульфат- и хлорид-ионов минерализация атмосферных осадков низкая: менее 0.05 г/л. Атмосферные осадки по ионному составу гидрокарбонатно-кальциевые, как это и свойственно для атмосферной влаги этой зоны [4, 20].
Объем собираемых в лизиметрах почвенных вод определяется не только суммой атмосферных осадков, но и другими факторами: сезоном отбора проб, глубиной размещения лизиметра и т.д. На глубине 28 см максимальный объем лизиметрических вод собирали весной. В лизиметры, заложенные на глубине 55 см, как сказано выше, вода поступила только один раз
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.