Особенности техногенного загрязнения лесной почвы

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛЕСНОЙ

ПОЧВЫ

FEATURES OF TECHNOGENIC POLLUTION OF FOREST SOIL

Лысиков А.Б.

Рассмотрена возможность диагностировать интенсивность загрязнения поллютантамилесной экосистемы по химическому составу почвы в разных микрозонах парцелл древесных эдификаторов.

The results of studying theintensity of forest ecosystems contamination by means of chemical properties of soil in different microzoneswas considered.

Ключевые слова: экология, загрязнение, почва, парцелла, микрозона

Key words: ecology, contamination, soil, parcella, microzone

Одним из наиболее масштабных источников техногенного загрязнения природных экосистем в настоящее время является автомобильный транспорт, при этом влияние крупных автомагистралей на лесные сообщества является многофакторным. В условиях интенсивного автотранспортного загрязнения на поверхность почвы, главным образом, аэральным путем - в виде сухих выпадений, а также в составе аэрозолей и с осадками поступают большие количества поллютантов. Некоторые поступающие элементы, в частности, тяжелые металлы, такие, как свинец, цинк и медь, способны накапливаться в почве, образуя с органическим веществом малорастворимые и комплексные соединения.

Исходя из концепции парцеллярной неоднородности распределения химических элементов в почве лесного биогеоценоза, можно считать, что обусловленное локализацией поллютантов, различие химического состава верхнего горизонта почвы в разных микрозонах парцелл, образованных крупными деревьями-эдификаторами, может послужить диагностическим критерием характера и интенсивности техногенного воздействия на лесной биогеоценоз со стороны автомагистрали

Задачей исследования было установить возможность диагностирования интенсивности техногенного загрязнения почвы сложных сосняков с примесью березы бородавчатой некоторыми поллютантами, поступающими с примыкающей Московской кольцевой автодороги (МКАД), путем сравнения химического состава почвы по микрозонам березовых парцелл. Исследования проводили в 8 квартале Серебряноборского опытного лесничества в сложных борах, испытывающих влияние МКАД. Состав насаждения в примыкающей к МКАД полосе леса 8С2Б, средняя высота - 22 м, возраст насаждения около 75 лет. Число стволов около 650 экз.га-1. В полосе леса от 30 до 100 м от МКАД количество берёзы в составе насаждения несколько снижается. Встречаются крупномерные деревья и подрост берёзы, дуба, ивы козьей и осины около 4,5 м высотой.

Исследуемый участок характеризуется выровненным, плоским рельефом. Почвообразующие породы представлены песчаными и супесчаными четвертичными отложениями, перекрывающими толщу флювиогляциальных

наносов. Почва среднедерновая слабоподзолистая супесчаная иллювиально-железистая двучленная.

Пробные площади представляли собой три вытянутые полосы длиной 150 м и шириной 5 м, ориентированные параллельно МКАД на расстоянии 20, 50 и 100 м от дороги. Внутри каждой из них выбирали по 5 экземпляров березы не ниже среднего возраста, входящие в первый ярус древостоя. Рассматривая каждую березу как эдификатор парцеллы, из гумусово-аккумулятивного горизонта почвы в 3-х-кратной повторности отбирали образцы в радиусе 20 см от основания ствола (приствольная микрозона) и на расстоянии 2 м от ствола, с разных его сторон (подкроновая микрозона).

В почвенных пробах традиционными методами проводили анализ кислотности верхнего минерального горизонта почвы (pH водной вытяжки), определение поглощённого кальция, а также валового содержания некоторых тяжёлых металлов (медь, цинк, свинец) с помощью нейтронно-активационного анализа.

Воронковидное строение кроны березы, характеризующееся малыми углами отхождения скелетных ветвей от ствола, обусловливает преимущественное стекание вод по ветвям и стволу к его основанию. Результаты измерения биометрических параметров берез в возрасте 80 лет показали, что площадь поверхности ствола и ветвей разного порядка у них может составлять 20 м , не принимая во внимание складки и неровности коры, с учетом которых эта величина будет значительно выше. Исходя из этого, можно оценить как весьма высокую потенциальную способность березы к перехвату и аккумулированию атмосферных поллютантов, определенный вклад в этот процесс вносят и ассимиляционные органы дерева с их огромной поверхностью.

Атмосферные осадки, стекающие по стволу, ветвям и, частично, листьям березы и собираемые в комлевой части ствола, обычно имеют более кислую реакцию по сравнению с осадками, прошедшими через крону, а также собранными на открытом месте. Кислотность образцов, взятых из верхнего минерального горизонта почвы ненарушенных техногенным воздействием лесных биогеоценозов также бывает несколько выше в приствольной микрозоне березы, по сравнению с почвой вне проекции кроны. Такое подкисление, очевидно, связано с извлечением стоковыми водами органических кислот и выщелачивающим действием их на почву, примыкающую к основанию ствола.

Наши исследования в лесах придорожной зоны МКАД показали, что некоторое подкисление почвы вприствольной микрозоне березы отмечалось только на пробной площади, находящейся в 100 м от автомагистрали. По мере приближения к дороге, напротив, отмечали подщелачивание почвы вблизи основания ствола берез, причем максимальное различие между микрозонами по этому показателю зафиксировано на ближайшей к автомагистрали пробной площади.

Основной причиной увеличения щелочности придорожных почв является повышенное содержание оснований в составе противогололедных реагентов, применяемых на автомагистралях в зимнее время. В последние годы преоб-

ладающим реагентом, используемым дорожными службами, является препарат ХКМ, содержащий в своем составе около 30 % хлористого кальция. Значительную долю в составе реагентов составляли и хлориды щелочных металлов, являясь причиной засоления почвы и токсических ожогов растительности. Поступающие с дороги соли в составе аэрозолей естественным образом осаждаются в придорожной полосе не только на почве, но и на стволах и ветвях деревьев, а впоследствии под воздействием осадков смываются в почву под стволами, сдвигая ее естественную кислотность в щелочную зону, что может неблагоприятно сказываться на вегетации растений, в первую очередь, напочвенного покрова.

Подтверждением этому являются результаты определения содержания поглощенного кальция в почве разных микрозон березовой парцеллы на разном удалении от МКАД. На ближайшей к дороге пробной площади его количество увеличивалось по сравнению с самой отдаленной площадкой в 1,5-1,6 раза, причем несколько выше - в приствольной микрозоне. При удалении от МКАД количество обменного кальция в лесной почве довольно сильно снижалось, постепенно приближаясь к естественным значениям для зональных почв, достигая на расстоянии 100 м от дороги величины около 5,6 мг-экв. 100 г-1 (в подкроновоймикрозоне). При этом на дистанции 100 м от МКАД превышение содержания обменного кальция в приствольной микрозоне над содержанием его в подкроновой составляло всего 4% и было недостоверным при Р = 0,95, на расстоянии 50 м, соответственно 10%, а на удалении 20м от МКАД - 18%. Таким образом, в примыкающей к дороге полосе лесного биогеоценоза крупные березы - эдификаторы соответствующих парцелл могут играть определенную роль в перераспределении химических соединений, поступающих аэральным путем с МКАД под полог леса.

Еще одним свидетельством в пользу этого утверждения стали результаты анализа содержания некоторых тяжелых металлов в почве разных микрозон березовых парцелл. Количество в почве свинца, одного из главных агентов автотранспортного загрязнения, оказалось существенно выше в почве приствольной микрозоны березовых парцелл.

Максимальные различия между микрозонами по этому показателю были отмечены на ближайшей к МКАД пробной площади (на расстоянии 20 м от нее), они составляли 54%. На удалении 50 м от полотна дороги приствольная микрозона по содержанию свинца обгоняла подкроновую на 19%, тогда как на расстоянии 100 мот дороги - на 12%. Анализируя абсолютные величины содержания свинца, следует отметить, что только в варианте приствольной микрозоны ближайшей к МКАД пробной площади его количество в почве превышает значения ПДК, а во всех остальных вариантах оно ниже.

Подобный, но несколько менее ярко выраженный характер распределения по микрозонам парцеллы отмечался в случае оценки содержания в почве цинка. На придорожной пробной площади вприствольной микрозоне березы его количество на 39% превышало таковое в подкроновой микрозоне. На расстоянии 50м от МКАД это различие составляло 22%, а на удалении 100 м -отмечалось обратное, т.е. содержание цинка в приствольной микрозоне ока-

залось даже на 7% ниже, чем в подкроновой, однако эта разница была недостоверной даже при Р=0,90.

Что касается содержания в почве меди, то на ближайшей к МКАД пробной площади в приствольной микрозоне оно составило 44,3 мг кг-1 и лишь на 16% превышало ее содержание в подкроновой микрозоне. При удалении от дороги снижение количества меди в почве оказалось довольно незначительным, а различия между микрозонами парцелл - недостоверными при Р=0,90. Таким образом, имеются основания считать, что медь не входит в число основных загрязнителей, которые поступают в изучаемые придорожные лесные биогеоценозы со стороны МКАД.

Следует отметить также, что величины валового содержания цинка и меди в образцах почвы с ближайшей к МКАД пробной площади приближались к значениям ПДК для почвы, но не превышали их. Потенциальная опасность относительно высокого содержания тяжелых металлов в лесной почве придорожной зоны несколько снижается по причине реакции почвенного раствора, которая, как было показано, приближается здесь к нейтральной под влиянием применения противогололедных реагентов. В таких условиях подвижность многих металлов в почве и доступность их для растений существенно снижается.

Таким образом, на примере сложных сосняков с примесью в насаждении березы бородавчатой была показана возможность путем сравнения химического состава почвы в разных микрозонах березовых парцелл диагностировать интенсивность загрязнения лесного биогеоценоза поллютантами, поступающими с примыкающей МКАД. Было установлено, что в приствольной микрозоне количество валовых форм тяжелых металлов (свинец, цинк медь) в верхнем 10-сантиметровом слое почвы в 1,2-1,5 раза превышало их содержание в почве подкроновой микрозоны. При удалении от автомагистрали, являющейся локальным источником загрязнения, параллельно с уменьшением общего содержания поллютантов в почве отмечали снижение межпарцеллярных различий по этим показателям. В приствольной зоне березы отмечали также относительное подщелачивание почвы и повышение количества обменного кальция. Использование результатов сравнительного анализа почвы по микрозонам парцеллы может быть применено для индикации и диагностики характера и динамики техногенного загрязнения того или иного лесного биогеоценоза.