Актуальность темы
В настоящее время пойма нижнего течения реки Дон и ее дельта интенсивно используются в народном хозяйстве, и результаты хозяйственной деятельности, несомненно, приводят к трансформации природных ландшафтов. Насколько техногенный процесс разрушает природные территории, до сих пор остается не ясным, поскольку современные методы оценки, используемые разными авторами дают, порой, противоречивые результаты. Оценка экологического состояния ландшафтов — также актуальная научная и практическая проблема сегодняшнего дня, без нее нельзя оптимизировать использование природных ресурсов и планировать устойчивое развитие территориально-природных комплексов (ТПК). Составной частью оценки экологического состояния территории традиционно являются данные о содержании тяжелых металлов (ТМ) в разных природных средах, так как эти химические элементы входят «в группу риска», т. е. могут стать загрязняющими ландшафт веществами. Кроме того, они используются в качестве геохимических индикаторов природных процессов, протекающих в ТПК. Концентрации ТМ легко определяются методами спектрального анализа и другими экспресс-методами, что удешевляет исследования и позволяет получить массивы данных, пригодных для статистической обработки результатов. Все перечисленные факторы способствовали выбору ТМ в качестве объекта исследования и индикатора экологического состояния ландшафтов поймы нижнего течения реки Дон и ее дельты. Однако, применение геохимических методов при оценке экологического состояния ландшафтов ставит исследователей перед необходимостью решения проблемы фоновых показателей, поскольку разные авторы используют разные критерии при выборе фоновых значений концентраций химических элементов. В настоящей работе фоновые концентрации рассчитываются статистически и используются как показатели состояния пойменных ландшафтов.
Изучению и прогнозированию развития рекреационных территорий в Ростовской области уделяется недостаточно внимания, хотя очевидна опасность разрушения природных комплексов, используемых для отдыха, особенно вблизи Ростова-на-Дону. Антропогенный пресс в этих ландшафтах превосходит научно обоснованные предельные уровни, что приводит к нарушению естественного биологического круговорота в них, поэтому утрачиваются рекреационные свойства территории. В связи с тем, что в последнее время техногенная нагрузка на пойменные территории возросла, есть опасность их окончательного разрушения. Таким. образом, необходима оптимизация дальнейшего -, использования пойменных ландшафтов в соответствии с концепцией устойчивого развития.
Цели и задачи исследования. Цель данной работы — изучение закономерностей распределения тяжелых металлов в почвах и растениях поймы нижнего течения реки Дон и ее дельты и использование геохимических показателей при анализе природных и техногенных процессов, формирующих облик современных ландшафтов. В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
Изучить ландшафтно-геохимические особенности территории поймы и дельты Нижнего Дона. Выявить роль отдельных компонентов ландшафтов на содержание тяжелых металлов в почвах и растениях. Оценить возможности использования разных видов растений, как индикаторов геохимической обстановки в пойме и дельте реки Дон. Оценить экологическое состояние рекреационных территорий поймы, как наименее изученных, с позиций геохимии ландшафтов. Материалы и методика. В основу диссертации положены материалы, собранные автором и участниками ландшафтно-геохимической экспедиции РГУ в 1979;1990 году под руководством В. А. Алексеенко. В работе использованы фондовые материалы Южгипроводхоза, ЮжНИИгипрозема, ПГО «Южгеология» и др.
Основными объектами исследований в настоящей работе являются ландшафты поймы нижнего течения реки Дон и ее дельты, почвы и растения и содержание в них тяжелых металлов. Исследования являются комплексными, на стыке ряда наук — географии, экологии, геохимии, почвоведения, фитоценологии. В основу исследований был положен системный подход изучения геохимических особенностей ландшафтов, разработанный основателями.
Использование методик, применяемых при геохимических поисках полезных ископаемых, ландшафтно-геохимических исследованиях оценки состояния окружающей среды, почвенно-мелиоративных изысканиях, позволили автору разработать метод ландшафтного анализа распределения химических элементов в почвах и растениях.
Личный вклад автора заключается в участии в ландшафтно-геохимической экспедиции РГУ, в составе которой отобрано 1018 лито- 350 биогеохимических проб от Волгодонска до Азова. Все пробы были подготовлены к анализам. Подготовлен внутрии межлабораторный контроль. Составлена и подготовлена к изданию серия ландшафтно-геохимических карт поймы и дельты Нижнего Дона. Самостоятельно проведены детальные исследования в рекреационно-промышленной зоне Ростова-на-Дону.
Научная новизна. Впервые для поймы и дельты Нижнего Дона получены результаты распределения тяжелых металлов в почвах и растениях, создана серия ландшафтно-геохимических карт для этой территорииполучены статистически достоверные массивы показателей содержания металлов (Мп, N1, Си, «П, V, Сг, Zn, Тх, РЬ, Со, Мо, Ва, Оа, 8г) в почвах поймы и дельты Дона, коэффициенты концентрации и суммарные показатели загрязнения почвпроведен ландшафтный анализ распределения некоторых металлов в почвах и выявлены зоны аккумуляции и выноса тяжелых металлов в почвахизучены особенности накопления некоторых металлов растениямиэдификаторами луговых и болотных сообществ, рассчитаны коэффициенты биологического поглощения (Кб) для разных растенийпырея, тростника, полыни австрийской, тополяДана оценка экологического состояния пойменных ландшафтов в рекреационной зоне г. Ростова-на-Дону.
Практическая значимость. Методы, выводы и данные использовались НПП «Экологическая лаборатория» при проведении мониторинга окружающей среды в г. Ростове-на-Дону и прилегающих ландшафтах, при оценке экологического состояния ландшафтов Нижнего 4.
Дона, кроме того, они могут быть использованы при составлении экологического паспорта рекреационных комплексов поймы р. Дон, при исследовании территорий с близкими природными условиями, при проектировании хозяйственной деятельности на этой территории.
Защищаемые положения 4, Ландшафтный анализ распределения тяжелых металлов позволяет максимально полно учесть влияние всех компонентов ландшафта на содержание этих элементов в почвах и растениях.
Колебания фоновых содержаний ТМ в почвах и растениях и зоны повышенных и пониженных концентраций связаны с ландшафтно-геохимическими условиями поймы нижнего течения реки Дон и ее дельты.
Ъ. Содержания ТМ в золе растений и коэффициенты биологического поглощения (Кб) дополняют геохимическую характеристику ландшафта, дают возможность более полно судить о подвижности ТМ в почвах и вести количественные расчеты по выносу химических элементов из ландшафтов с урожаем сена и сельхозкультур. 4. Пойма и дельта Нижнего Дона представляет собой значительный рекреационный потенциал, однако, вблизи г. Ростова-на-Дону, выявлены зоны и отдельные точки наблюдений, в которых значения концентрации ТМ вызывают опасения и могут быть квалифицированы, как локальное загрязнение. На большей исследуемой территории настоящие исследования не выявили какого-либо значительного загрязнения почв и растений ТМ.
Изученность вопроса.
Пойма и дельта Нижнего Дона издавна служила полигоном для экспериментов ученых и практиков. Фундаментальные исследования В. Р. Вильямса, В. В. Докучаева, В. В. Богачева и других ученых положили начало изучению ландшафтов поймы Нижнего Дона. Более подробные изыскательские исследования, связаны с проектированием Волго-Донского магистрального канала. Именно в этот период вышли в свет работы по геологии, геоморфологии, почвоведению и геоботанике поймы Нижнего Дона И. М. Крашенйнникова (1928), Б. Б. Полынова (1921), Е. И. Блажнего и.
С.И.Тюремнова (1929), Г. И. Попова (1948), Захарова (1946), А. В. Новиковой (1948) и др.
Зарегулирование стока р. Дон, проектирование ирригационных систем, создание новых агроландшафтоврисовых чеков, рыбоводных прудов осуществлялись под научным руководством специалистов Южгипроводхоза (Р.Н.Смирнов, А. ИЛуценко), АзНИИРХа (В.Г.Дубинина), ЮжНИИГиМа (Будько Е. Н), ЮжНИИгипрозема и др.
Современный этап включает исследования, посвященные последствиям техногенеза и оценке состояния поймы р. Дон в связи с проблемами глобального и регионального загрязнения окружающей среды. Исследования в этом направлении проведены в рамках комплексной ландшафтно-геохимической экспедиции РГУ под руководством В. А. Алексеенко (1986,1989,1990). А. Д. Хованским (1990,1993) изучены элементарные ландшафты р. Дон и его притоков, Ю. П. Хрусталевым (1989) проведены обширные исследования по загрязненности акваторий р. ДонТаганрогский залив — Азовское море, Ю. А. Федоровым и др. (1998) опубликованы результаты исследований по распределению свинца и радона в донных отложениях в зоне слияния р. Дон-Таганрогский заливАзовское море. В. В. Приваленко (1990, 993) изучены ландшафты поймы р. Северский Донец. П. Ф. Молодкин разработал классификацию антропогенных форм рельефа поймы и дельты р. Дон.(1995) и т. д. Таким образом, имеется обширный научный материал о природных особенностях поймы и дельты Нижнего Дона. Накоплен определенный опыт по оценке экологического состояния исследуемой территории. Но чаще оценки касаются отдельных компонентов ландшафта (поверхностных вод, рельефа, почв, растительности) и не дают всестороннего анализа экологической обстановки. Так, оценка состояния почвенного покрова в основном ориентирована на сельскохозяйственное использование пойменных земель, и поэтому для экологической оценки используются агрохимические показатели качества почв, которых недостаточно для эколого-геохимического состояния территории. Анализ предыдущих исследований показал, что настоящая работа вносит вклад в современную оценку экологической обстановки в пойме Нижнего Дона.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований вошли в отчеты о НИР «Разработать ландшафтно-геохимические критерии б распределения тяжелых металлов в почвах, водах, растениях Нижнего Дона и Северного Кавказа» 1986 г. и «Дать качественную количественную оценку состояния ландшафтов Нижнего Дона и Северного Кавказа к изменениям, проходящим в них в результате хозяйственной деятельности» 1990 г., неоднократно представлялись на различных совещаниях и конференциях: 1-ом Всесоюзном совещании по геохимиии ландшафта и геохимическим методам поиска полезных ископаемых в Новороссийске (1982).- на IV Всесоюзном совещании «Теория и практика геохимических поисков в современных условиях «в Ужгороде (1988) — на Всесоюзной школе по геохимии техногенеза в Минске (1991) — на научно-практической конференции «Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха» в Перми (1993). По результатам исследований опубликованы 9 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из шести глав, введения и заключения. Ее объем составляет 128 страниц машинописного текста. Текст иллюстрирован 49 рисунками и 27 таблицами.
Список литературы
включает 63 наименований из них 2 на иностранных языках.
Автор благодарит своих научных руководителей д.г.н. Федорова Ю. А. и к.г.н. заведующего кафедрой общей географии, краеведения и туризма Долженко Г. П. Также автор признателен коллегам по экспедиции, ныне д. г-м.н. В.А. Алек-сеенко, д.б.н. В. В. Приваленко, д.г.н. АД. Хованскому, Вал. Ап. Алексеенко, АД.Лукьянченко. Автор благодарна за консультации и помощь при научном анализе результатов исследований д.г.н. П. Ф. Молодкину, д. г-м.н. В.И. Коробки-ну, д.г.-м.н.В.Е Закруткину, О. А. Бессонову, д.г.-м.н. Л. Я. Кизилыдтейну, д.б.н.Громову, к.б.н. Г. И. Степнину, к.б.н.А. В. Рогинскому, давшим ценные замечания по диссертации.
Заключение
.
1. В результате проведенных исследований впервые для оценки экологического состояния ландшафтов нижнего течения реки Дон и ее дельты применен комплекс методов, включающий ландшафтный анализ распределения тяжелых металлов в почвах и растениях, ландшафтно-геохимическое почвенно-мелиоративное, геоботаническое картирование, метод расчета суммарных показателей загрязнения и другие, что позволило выделить на исследуемой территории 23 геохимических ландшафта и рассмотреть роль отдельных компонентов ландшафтов в распределении ТМ.
2. Статистический анализ представительного массива данных (более 40 ООО определений позволил получить фоновые значения концентраций ТМ, коэффициенты биологического поглощения Кб, суммарные показатели уровня загрязнения Ъс и др.), а также выявить повышенные и пониженные содержания ТМ в почвах геохимических ландшафтов.
3. Выявлены геохимические особенности накопления ТМ в растениях и почвах различных ландшафтов, которые обусловлены как природными, так и техногенными факторами и процессами. Согласно составленной автором карте геохимических ландшафтов, главные геохимические особенность территории — трансаккумулятивный характер миграции химических элементов, преимущественно сельскохозяйственное техногенное воздействие на ландшафты. Эти закономерности были выявлены в результате сопряженного анализа содержаний ТМ в почвах, золе пырея, полыни автрийской, тростника, листьев тополя и др. растений.
4. Установлено, что фитоценозы являются биологическими индикаторами подвижности тяжелых металлов в ландшафтах, но содержание ТМ в растениях не всегда коррелирует с содержанием таковых в почвах, на которых они произрастают. О подвижности ТМ в почве и путях поступления их в растенияпозволяют судить коэффициенты биологического поглощения различными растениями.
5. Выявлена роль отдельных компонентов ландшафтов, которая заключается в создании условий для аккумуляции или выноса ТМ в почвах. Так, аллювиальные отложения служат источником ТМ и скелетом почв поймы и дельты, поэтому гранулометрический состав аллювиальных отложений является важным фактором, определяющим возникновение зон аккумуляции и выноса ТМдифференциация аллювиальных отложений в пойме произошла благодаря геоморфологическому строению территории, и этот фактор продолжает оказывать влияние на миграцию.
ТМ при появлении антропогенных форм рельефа.
6. В малогумусных аллювиально-луговых почвах, в плотных слитых луговых темноцветных почвах концентрация металлов ниже (даже при высоком содержании гумуса), чем в хорошо структурированных лугово-черноземных почвах, а в луговых почвах с высоким содержанием гумуса содержание ТМ выше, так как количество органического вещества, структура и плотность — качества почвы, которые оказывают влияние на аккумуляцию и миграцию ТМ.
7. По нашим наблюдениям большая часть поймы и дельта реки Дон не загрязнены тяжелыми металлами, поскольку фоновые концентрации ТМ, не превышают используемые в настоящее время ПДК, а суммарные показатели загрязнения Ъс гораздо ниже опасных значений. И только на небольшом участке исследуемой территории, в пойменных рекреационных зонах возле г. Ростова-на-Дону, влияние техногенеза проявляется в загрязнении почв и растений свинцом, хромом, цинком и другими металлами, о чем свидетельствуют результаты сравнения средних содержаний с фоновыми содержаниями ТМ и ПДК для почв.
8. Анализ экологического состояния пойменных рекреационных комплексов г. Ростова-на-Дону выявил неудовлетворительное состояние территории на всех уровнях организации ландшафта.
