Содержание гумуса и его комплексов с металлами в чернозёме обыкновенном рекреационных территорий

Современный почвообразовательный процесс определяется сочетанием природных факторов почвообразования с производственной деятельностью человека. В связи с всё возрастающими антропогенными нагрузками на почву, как составную часть биосферы, усиливается значение регулирования экологических факторов, действующих на рекреационных территориях городов.

Цель исследований: определение содержания гумуса по профилю почв, его фракционного состава и содержания тяжёлых металлов в поверхностном слое почв зоны рекреации г. Балашова Саратовской области.

Почвообразующие породы в данном регионе – аллювиальные отложения, представленные суглинками и супесью. Почвенный покров водоразделов формируется чернозёмами обыкновенными тяжелосуглинистыми, суглинистыми, глинистыми различной мощности [1].

Материалы и методы исследования. Изучены территории различного типа землепользования, занимающие плакорные пространства города и его окрестностей: земли сельскохозяйственного назначения (пашня в районе «Межрайбаза»), парково-рекреационные

Макарова Татьяна Юрьевна, аспирантка зоны (парки Центральный и Городской, лесопарк в районе Балашовского текстильного комбината, лесополосы на восточной окраине города). Были заложены полнопрофильные разрезы (в количестве 16) и прикопки. Определяли показатели гумусного состояния по ГОСТ 26213-91., фракционно-групповой состав по методике И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономарёвой и Т.А. Плотниковой, содержание тяжёлых металлов методом атомно-адсорбционной спектроскопии [2].

Результаты и их обсуждение. Результаты определения содержания гумуса, рН водной вытяжки, содержания карбонатов, гигроскопической влаги, соотношение гуминовых и фуль-вокислот представлены в таблицах. Существует тенденция к уменьшению профиля городских почв по сравнению с фоновыми. Это наглядный пример урбанизации, так как маломощные и отчасти среднемощные чернозёмы присутствуют в основном в парках (Центральный и Городской), липово-каштановых скверах в центре города и лесопаркам по окраинам. Здесь почвы подвергались перепланировке, что отразилось на их мощности и дифференцировке по генетическим горизонтам. В тоже время на местах неудобий, где распространена естественная растительность и в лесополосах характерно преобладание в почвенном покрове мощных видов чернозёма. Средняя мощность горизонта А для них составляет 34-36 см, а горизонтов А + В – 89 см, тем самым почвы сохраняют черты, присущие чернозёмам западного Правобережья Саратовской области.

Таблица 1. Физико-химические показатели чернозёмов обыкновенных зоны рекреации г. Балашова

Закономерности изменения гумусного состояния связаны, прежде всего, с типом землепользования. Именно характер использования городских почв во многом объясняет распределение гумуса по их профилю. По данным ФГБУ Станция агрохимической службы «Ба-лашовская» в 80-90-х годах содержание гумуса в слое 0-10 см в чернозёмах обыкновенных составляло в среднем по 20 реперным участкам 6,2%. Колебания по отдельным разрезам были весьма значительны – от 5,7 до 7,4%. Сравнительно постепенно уменьшалось содержание гумуса вниз по профилю: от 5,9% до 2,0% на глубине 10 см [3]. Однако в настоящее время содержание гумуса в пахотном слое чернозёма обыкновенного в результате дегумификации составляет 5,2% (табл. 1).

В почвах лесопарков наблюдается увеличение гумусированности поверхностного слоя. За 50 лет содержание гумуса на уровне 6,2% является среднестатистической величиной. Более того, на участках, где под деревьями отмечены густой подлесок и хороший травостой, содержание гумуса достигает от 6,2 до 7,9%. Это является следствием развития дернового процесса, так как в городах лесостепной и степной зон не принято внесение органических удобрений в почвы парков, а тем более лесопарков. Достаточно высокий уровень естественного плодородия почв делает этот приём необязательным.

Таким образом, лесная растительность улучшает физико-химические свойства чернозёмов обыкновенных и способствует повышению их плодородия, что связано с интенсификацией процесса накопления гумуса, и, как следствие, с резким увеличением содержания гумуса в верхних горизонтах. Как отмечает М.Н. Строганова [4], во всех давно освоенных почвах городов, особенно парков, скверов, приусадебных участков, содержание гумуса достигает 8-9%. Поступление растительного опада в почву под лесной растительностью имеет иной характер, чем в степи. Листва поступает преимущественно на поверхность почвы, поэтому гумусовый профиль приобретает черты лесного: содержание гумуса довольно резко уменьшается с глубиной. Таким образом, лесопарковые насаждения городских окраин не только создают ветровой барьер, а тем самым и микроклимат города, но и являются динамичным средообразующим фактором: на фоне степного круговорота формируются участки с иным перераспределением вещества в системе растение-почва, появляются очаги интенсивного круговорота веществ.

В скверах и парках центральной части города, где листья сгребают и уничтожают, распределение гумуса по профилю почвы близко к зональным почвам, а в дерновом горизонте гумуса существенно меньше, чем в лесополосах и лесопарках. Так, в почвах парка Центральный содержание гумуса в верхнем слое не превышает 4,9%, а с глубиной плавно уменьшается. На землях сельскохозяйственного назначения на окраинах города гумусовый профиль чернозёма обыкновенного сохраняет черты, присущие зональным почвам. При распашке существенно изменяется окислительновосстановительный режим почв, уничтожение естественной растительности приводит к сокращению ежегодного поступления органических остатков за счёт отчуждения с урожаем. Это приводит к качественным изменениям морфологии чернозёмов, образуются пахотные и подпахотные горизонты, в последних часто наблюдается повышенное содержание гумуса.

Во всех изученных разрезах, и особенно в лесопарковой зоне, нами зафиксировано повышение содержания гумуса в горизонтах В2 и ВС, при этом состав гумуса изменяется. В чернозёмах, которые долгое время испытывают влияние древесной растительности (парковорекреационная зона), гумус приобретает специфические черты, что видно по фракционногрупповому составу гумуса (табл. 2). Абсолютные величины содержания фракций гуминовых и фульвокислот (ГК и ФК) и гумина в общих чертах повторяют характер распределения валового содержания гумуса по профилю почвы, но в относительных процентах заметны существенные отличия от почв пахотных вариантов. В гумусе дернового горизонта отмечено низкое содержание гуматов кальция, невысокое общее количество гуминовых кислот, доля же фульвокислот значительно выше. Низкое значение отношения СГК/СФК (1,06) позволяет классифицировать гумус этого горизонта как гуматно-фульватный, что не характерно для степных чернозёмов. Такое высокое содержание фульвокислот в дерновом горизонте в лесополосе не случайно, так как древесный опад радикально отличается по своему химическому составу от опада трав целины [5].

Основными продуктами взаимодействия тяжёлых металлов с гумусовыми веществами являются простые соли – гуматы и фульваты, а также комплексные соединения (хелаты). При образовании комплексов ионы металлов взаимодействуют с карбоксильными и фенольными группами гуминовых кислот. Фульвокислоты по сравнению с гуминовыми кислотами имеют большую способность к комплексообразованию с ионами поливалентных металлов, но остаются в то же время более подвижными.

Таблица 2. Фракционно-групповой состав гумуса чернозёма обыкновенного рекреационных участков, % от С общ

Комплексные соединения гумусовых веществ с тяжёлыми металлами имеют различную устойчивость. По уменьшению стабильности они располагаются в ряд: Pb2+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Zn2+ > Cd2+ > Fe2+ > Mn2+ [6]. Можно предположить, что свинец и медь будут создавать в почве более прочные комплексы, чем цинк, и ожидать закрепление свинца и меди в поверхностных горизонтах городских почв. Закреплению тяжёлых металлов в верхних горизонтах почв города способствует их тяжелосуглинистый гранулометрический состав, нейтральная или слабощелочная реакция почвенных растворов и относительно высокое содержание гумуса, то есть здесь наблюдается совмещение механического, сорбционного, карбонатного и биохимического барьеров.

Валовое содержание тяжёлых металлов в поверхностном слое почв лесопарковой зоны указывает на повсеместное превышение фоновых значений. Наиболее «грязный» покров в парковой зоне центра города, но и пашня на окраинах характеризуется наличием загрязнений. Нами установлено, что содержание меди колеблется от 2,0∙10-3 до 4,0∙10-3%, валовое содержание цинка в верхних горизонтах чернозёмов составляет 5,6∙10-3– 6,0∙10-3%, а марганца 4,8∙10-3– 6,1∙10-3%. Валовое содержание свинца в поверхностном слое почвы превышает ПДК в 2 раза в основном вдоль автомагистралей. В лесопарковой зоне и на залежных участках окраин города загрязнение свинцом отсутствует. Тем не менее, общая экологическая комфортность проживания в городе далека от оптимальной.

Выводы:

• 1.    На рекреационных территориях города распределение гумуса по почвенному профилю зависит от характера использования почв. Наблюдается значительное увеличение содержания гумуса в поверхностном слое в лесопарковой зоне. Это сопровождается изменением фракционно-группового состава в сторону повышения общей фульватности и увеличением содержания подвижных фракций гуминовых кислот в верхних горизонтах.

• 2.    Отмечено повышенное содержание гумуса в горизонтах В 2 и ВС, что связано с увеличением содержания в составе органического вещества щёлочно-растворимых форм гумуса и свидетельствует о его большей подвижности.

• 3.    Значительное превышение содержания загрязняющих веществ по сравнению с фоновыми значениями характерно для зоны рекреации города.