Геохимические особенности формирования периодически увлажняемых ландшафтов Нижнего Дона под влиянием природных и антропогенных факторов

К периодически увлажняемым относятся ландшафты поймы и дельты реки, испытывающие периодическое затопление во время паводков и осушение в меженный период. Такая периодичность затопления и связь с рекой создают особые условия формирования ландшафтов, миграции и концентрации в них химических элементов. Плодородные почвы, высокая урожайность трав и сельскохозяйственных культур, благоприятные рекреационные условия характеризуют поймы крупных рек как богатейшие природные комплексы, интенсивно используемым человеком.

Периодическое затопление пойменных ландшафтов, близость грунтовых вод, поступление химических элементов с речным стоком и с прилегающих водосборов, испарительная концентрация элементов в межень, выщелачивание и вынос легко растворимых солей в паводок, интенсивный биологический круговорот, обусловили в поймах высокую активность и напряженность геохимических процессов, которые в природных условиях находятся в квазистабильном равновесии.

Под влиянием антропогенных факторов неустойчивый баланс природных процессов быстро нарушается и условия формирования пойменных ландшафтов существенно изменяются. Создание водохранилищ, гидроузлов, дамб, дорог, распашка и обваловывание земель, строительство прудов, рисовых чеков коренным образом изменяют водный режим поймы и характер отложения речных наносов, соотношение накопления и вымывания химических элементов. Все это приводит к значительному подъему уровня грунтовых вод, засолению почв, остепнению или заболачиванию лугов (Солнцева, 1982). Решающим фактором дальнейшего развития периодически увлажняемых ландшафтов становится хозяйственная деятельность человека.

Для предотвращения отрицательных последствий техногенеза необходимо на основе комплексных исследований произвести всесторонний анализ происходящих изменений в пойме и дельте, разработать предложения по охране и рациональному использованию периодически увлажняемых ландшафтов.

Целью данной работы является изучение закономерностей формирования и пространственной дифференциации, периодически увлажняемых ландшафтов Нижнего Дона, особенностей миграции и концентрации в них химических элементов, выявление геохимических аспектов происшедших антропогенных изменений.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить закономерности формирования и пространственного расположения периодически увлажняемых ландшафтов Нижнего Дона;

2. Определить источники поступления микроэлементов в периодически увлажняемые ландшафты;

3. Выявит основные процессы и особенности миграции и концентрации химических элементов в почвах периодически увлажняемых ландшафтов;

4. Оценить геохимические последствия антропогенного преобразования периодически увлажняемых ландшафтов;

5. Произвести детальный анализ динамики микроэлементов в рыбоводных прудах;

6. Разработать предложения по контролю, охране и рациональному использованию поймы и дельты Нижнего Дона.

Фактический материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положены материалы, собранные автором и участниками комплексной экспедиции РГУ в 1977;1980 гг. под руководством В. А. Алексеенко. Ряд важных материалов за последние годы был любезно предоставлен Н. П. Остробородько и В. В. Приваленко. Кроме того, при написании работы использовались фондовые материалы институтов Юж.

НИИГипрозем, Южгипроводхоз и опубликованные данные. Методической основой проведенных исследований являются руководящие идеи геохимии ландшафтов, разработанные Б. Б. Полыновым, А. И. Перельманом, М. А. Глазовской. Для определения закономерностей формирования ландшафтов применялся комплексный подход и сопряженный анализ элементарных ландшафтов. Особенности распределения элементов устанавливались с помощью методов математической статистики, латерального и радиального анализа.

Личный вклад автора состоит в проведении полевого ландшафтно-геохимического картографирования поймы и дельты Нижнего Дона, отборе и обработке проб, систематизации и интерпретации результатов анализов и полевых наблюдений, теоретическом обобщении собственных и фондовых материалов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— Выявлены закономерности формирования и пространственной дифференциации периодически увлажняемых ландшафтов Нижнего Дона;

— Установлены закономерности латеральной и радиальной дифференциации микроэлементов в почвах периодически увлажняемых ландшафтов;

— Доказано, что зарегулирование водного стока и загрязнение промышленными выбросами привело к существенному накоплению микроэлементов в верхнем почвенном горизонте;

— Определены особенности динамики микроэлементов в периодически увлажняемых ландшафтах на примере рыбоводных прудов.

Практическая значимость. Полученные результаты на практике могут быть использованы для ландшафтно-геохимического мониторинга поймы и дельты Нижнего Дона, районирование поймы и дельты по условиям хозяйственного использования, оценки экономического ущерба от антропогенного преобразования пойменных ландшафтов. Материалы исследований используются в учебном процессе на геолого-географическом факультете РГУ при проведении учебной практики студентов геоэкологов.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ и 1 находится в печати. Результаты исследований вошли в отчёты о НИР «Динамика некоторых микроэлементов в осетровых прудах Нижнего Дона» 1983 г., «Разработать ландшафтно-геохимические критерии распределения тяжелых металлов в почвах, водах, растениях Нижнего Дона и Северного Кавказа» 1986 г. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях молодых ученых (Ростов-на-Дону, 1980, 1981), на конференции по проблемам загрязнения окружающей среды (Челябинск, 1984), на кафедре региональной экономики и экологии Ростовского государственного экономического университета (2002 г.), на кафедре геоэкологии и прикладной геохимии Ростовского государственного университета (2003 г.) и др.

Основные защищаемые положения. 1. В пойме крупной реки элементарные ландшафты образуют закономерные сочетания, связанные между собой потоками вещества и общими геохимическими процессами.

2. Геохимические особенности формирования периодически увлажняемых ландшафтов определяются содержанием элементов в осаждающейся речной взвеси, испарительной концентрацией элементов, изменением окислительно-восстановительных условий.

3. Зарегулирование водного стока и поступление загрязняющих веществ с промышленными выбросами привело к нарушению баланса геохимических процессов в периодически увлажняемых ландшафтах, преобладанию концентрации над выносом элементов, существенному загрязнению почвенного покрова.

4. В почво-грунтах не залитых прудов преобладает окислительная обстановка и происходит накопление марганца, никеля, ванадия, цинка, 9 легкорастворимых солей. После залива прудов окислительная обстановка в почва-грунтах к концу сезона сменяется на восстановительную, концентрация указанных микроэлементов и легкорастворимых солей уменьшается, а содержание меди и свинца увеличивается.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из 7 глав, введения и заключения. Её объём составляет 155 страниц машинописного текста. Текст иллюстрирован 22 рисунками и 39 таблицами.

Список литературы

включает 109 наименования из них 5 на иностранных языках.

Автор благодарит своего научного руководителя доктора географических наук, профессора Хованского А. Д. В процессе работы и подготовке диссертации автор пользовался постоянной поддержкой и консультациями доктора географических наук, профессора Ю. А. Фёдорова. Автор благодарен за консультации и помощь при научном анализе результатов исследований д. г-м.н. Ю. П. Хрусталёву, д. г-м.н. В. Е. Закруткину, д.б.н.

B.В. Приваленко, д. г-м.н. В. А. Алексеенко, Вал. Ап. Алексеенко, к.г.н. И. Ф. Черкашиной, к.б.н. Л. М. Предеиной, к.г.-м.н В. Н. Волкову, к.с.н. В. В. Дьяченко Автор признателен коллегам по экспедициям А. И. Прошенко,.

C.Ф. Клевцову.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Основными источниками поступления микроэлементов в ландшафты поймы и дельты Нижнего Дона являются почвообразующие породы, речная взвесь, атмосферные выпадения, почвы прилегающих трансэлювиальных ландшафтов. Из указанных источников в ландшафты поймы и дельты в наибольшей мере поступают медь, свинец, цинк, в меньшей мере — никель, кобальт, ванадий и хром.

2. Ведущими процессами, определяющими миграцию и концентрацию химических элементов в пойме и дельте Нижнего Дона являются:

• поступление с речными водами, дифференциация и отложение механического материала, более крупные песчаные фракции которого, обедненные микроэлементами, откладываются в прирусловой пойме, мелкие алевритовые и глинистые фракции, наиболее обогащенные микроэлементами, осаждаются в центральной равнинной и притеррасной пойме;

• периодическое изменение окислительно-восстановительных условий и концентрация марганца на кислородном барьере, меди, на глее-вом барьере;

• сорбция наиболее мелкими фракциями обломочного материала меди, цинка, свинца, никеля, кобальта, ванадия;

• испарительная концентрация в верхнем горизонте почв легко растворимых солей, в том числе микроэлементов;

• выщелачивание и вынос полыми водами легкорастворимых солей и микроэлементов;

• биогенное накопление в верхнем почвенном горизонте цинка, меди, марганца, свинца.

3. По условиям образования можно выделить 6 типов периодически увлажняемых ландшафтов: 1 — ландшафты пойменных лесов кальциевого класса на прирусловой гривистой пойме- 2 — ландшафты настоящих лугов кальциевого и кальциево-натриевого класса на центральной пологоволни-стой пойме- 3 — ландшафты лугов различной степени засоления и увлажнения на центральной равнинной пойме- 4 — ландшафты заболоченных лугов, болот и солончаков в пониженно-равнинной притеррасной пойме- 5 -ландшафты заболоченных лугов и болот в дельте- 6 — ландшафты остеп-ненных и настоящих лугов на останцах террас. Выделенные типы периодически увлажняемых ландшафтов имеют определенные закономерности пространственного расположения на территории поймы и дельты Нижнего Дона.

4. В процессе образования периодически увлажняемых ландшафтов формируются их закономерные сочетания — пойменные катены, в которые объединяются ландшафты прирусловой, центральной и притеррасной поймы, связанные между собой потоками вещества и представляющими собой каскадные ландшафтно-геохимические системы поймы крупной реки.

5. Наиболее низкие содержания большинства рассматриваемых микроэлементов установлены в почвах ландшафтов, относящихся к начальной стадии формирования — в ландшафтах пойменных лесов кальциевого класса на гривистой пойме, расположенных в непосредственной близости к руслу реки и наследующих геохимические особенности речных донных отложений.

6. В ландшафтах настоящих лугов кальциевого и кальциево-натриевого класса, занимающих основную часть центральной пологовол-нистой и равнинной поймы, за счет осаждения мелких фракций твердого стока реки и биогенного накопления содержание меди, свинца, цинка, марганца, никеля, кобальта, ванадия в верхнем горизонте почв, по сравнению с ландшафтами пойменных лесов, увеличивается в 1,2−1,7 раза. Наиболее интенсивно концентрируются медь, марганец и ванадий.

7. По мере увеличения испарительной концентрации и засоления ландшафтов центральной поймы в верхнем горизонте почв в 1,4−2,4 раза возрастает содержание меди, свинца, цинка, марганца, никеля, кобальта, ванадия. Максимальные для поймы Нижнего Дона концентрации практически всех рассматриваемых элементов установлены в почвах сильнозасо-ленных ландшафтов настоящих лугов на равнинной пойме и солончаках в притеррасной пойме, где наряду с испарительной концентрацией добавляется поступление свинца и цинка с прилегающих автономных ландшафтов.

8. С увеличением степени засоления, в верхнем почвенном горизонте накапливаются воднорастворимые формы марганца, меди, свинца, цинка, концентрация которых в почвах сильнозасоленных ландшафтов, по сравнению с незаселенными, увеличивается: марганца в 200 раз, меди, свинца, цинка — в 2−6 раз.

9.При увеличении увлажнения ландшафтов центральной и притеррасной поймы происходит изменение окислительной обстановки в ландшафтах настоящих лугов на восстановительную глеевую в ландшафтах болот, осаждение меди на глеевом барьере, растворение и снижение концентраций марганца, никеля, ванадия, хрома.

10. В вертикальном профиле почв настоящих незасоленных лугов на глубине 0,5 м незначительно увеличивается содержание меди, свинца и цинка. В настоящих сильнозасоленных лугах максимальные содержания как валовых, так и воднорастворимых форм микроэлементов отмечаются в верхнем почвенном горизонте. Концентрация подвижных форм марганца увеличивается в 150−200 раз, меди и цинка — в 2−3,4 раза. В ландшафтах болот повышенные концентрации валовых форм марганца, меди и свинца установлены на глубине 1,0 м. Содержание воднорастворимых форм микроэлементов по всему профилю почв значительно снижается.

11. За счет биогенного накопления в верхнем горизонте почв периодически увлажняемых ландшафтов накапливаются медь, цинк, стронций, марганец и свинец, коэффициенты биологического поглощения которых составляют 2−14.

12. В ландшафтах настоящих лугов в направлении от пологоволни-стой поймы к дельте существенной продольной дифференциации элементов не происходит. В ландшафтах заболоченных лугов и болот дельты, по сравнению с аналогичными ландшафтами поймы, наблюдается незначительное снижение концентраций большинства рассматриваемых элементов, связанное с более частым промыванием ландшафтов дельты сгонно-нагонными водами.

13. При техногенном преобразовании природных периодически увлажняемых ландшафтов (распашка земель, орошение, строительство рисовых чеков и рыбоводных прудов) существенного перераспределения элементов в почвах не установлено.

14. Зарегулирование водного стока значительно сократило продолжительность и частоту половодий и затопления ландшафтов поймы. В то же время длительность меженного периода возросла. Это привело к нарушению существовавшего геохимического равновесия в пойме, преобладанию испарительной концентрацией над выносом элементов паводковыми водами и, как следствие, увеличению накопления микроэлементов в верхнем почвенном горизонте.

15. При оценке уровня загрязнения почв поймы и дельты Нижнего Дона необходимо учитывать ландшафтно-геохимическую дифференциацию территории и использовать фоновые и аномальные значения концентраций микроэлементов, рассчитанные для соответствующих ландшафтов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.