8
нов, 1995; Климентьев, Блохин, 1996; Климентьев, 1997), что, безусловно, негативно сказывается на геохимическом состоянии почвенного покрова и биопродуктивности.
Значительные изменения эколого-геохимического состояния почв в основном определяются техногенезом. Оренбургская область - одна из крупнейших областей в Российской Федерации, обладающая достаточно развитыми многоотраслевой промышленностью и топливно-энергетическим комплексом. Среднегодовые валовые выбросы в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями области за период с 1990 по 2001 годы колеблются в пределах - 1402-560 тыс. т химических веществ в год, в т.ч. сернистого ангидрида — 390-131 тыс. т/год, углеводородов - 91-51 тыс. т/год, окиси углерода - 356-126 тыс. т/год, окисей азота - 79-44 тыс. т/год (Баженова, 2000; Государственный доклад..., 2002). Выбросы тяжелых металлов, обладающих канцерогенным действием (по классификации МАИР), составляют: никеля -228,4 т, хрома -2,4 т, мышьяка - 10,4 т, кадмия - 0,04 т (Куксанов, Баженова, 2002 а). В водные источники области ежегодно сбрасывается около 1,8 млн м3 стоков, 10% которых - неочищенные. Загрязняют почву и промышленные отходы (1,3 млрд т.), твердые бытовые отходы (13,2 млн т.), сельскохозяйственные отходы (4,5 млн т.), 182 млн т. из них токсичные (Куксанов, Куксанова, Герценштейн, Шагивалеева, 2000). Геохимические исследования содержания тяжелых металлов в почве показали, что интенсивное загрязнение земель наблюдается не только на территории промышленных предприятий, но и на площадях, занятых посевами сельскохозяйственных культур, в жилом секторе промышленных городов (Государственный доклад ..., 2002).
Неуклонный рост заболеваемости и смертности населения в Оренбургской области ряд исследователей (Боев, Сетко, Куксанов, 1994; Лебедева, 1995; Куксанов, 1999; Боев, Куксанов, Быстрых, 2002) напрямую связывают с загрязнением природной среды тяжелыми металлами. Так, корреляционная связь (более 95%) была установлена между содержанием меди, цинка, свинца
9
и распространенностью злокачественных новообразований и смертностью от них (Боев, Куксанов, Быстрых, 2002; Куксанов, Баженова, 2002 а, б).
В настоящее время проблема эколого-геохимического состояния почв степных ландшафтов вызывает необходимость расширения и углубления исследований в рамках специализированного эколого-геохимического мониторинга с целью своевременной и объективной оценки экологического состояния, разработки рекомендаций по обеспечению экологической безопасности и снижению геохимического риска. Основные усилия данного исследования направлены на определение фонового содержания в почвах и породах, дифференциации по элементам ландшафтно-типологического комплекса, степени интенсивности проявления техногенеза с учетом ландшафтных особенностей зоны Южного Урала.
Цель работы заключается в изучении основных закономерностей современного эколого-геохимического состояния естественных и техногенных почв степной зоны Южного Урала.
Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:
- проанализированы и систематизированы материалы пространственного распределения тяжелых металлов (цинка, меди, свинца, кадмия, никеля, хрома) в почвенном покрове степи;
- изучено влияние факторов почвообразования (рельефа и почвообразую-щих пород) на геохимическое состояние почв;
- определены фоновые показатели содержания тяжелых металлов в почво-образующих породах и почвах;
- выявлены общие закономерности миграции, рассеяния и аккумуляции тяжелых металлов в естественных и антропогенно-нарушенных почвах Восточно-Европейской равнины и Уральской горной страны (в пределах Оренбургской области);
10
- оценено эколого-геохимического состояния почв в районах техногенных аномалий (на примере Оренбургского газохимического комплекса);
- охарактеризовано загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами городских территорий (на примере г.Оренбурга).
Объектом изучения послужила геохимия почв и почвообразующих пород, в частности содержание тяжелых металлов (цинка, меди, кадмия, свинца, никеля и хрома) в природных ландшафтах степной зоны (в пределах Оренбургской области), а также почвенного покрова территорий, подверженных влиянию выбросов крупных промышленных предприятий (на примере Оренбургского газохимического комплекса) и почвенных экосистем городских агломераций (г.Оренбург).
Научная новизна работы заключается в следующем:
- осуществлена эколого-геохимическая оценка состояния почв природных ландшафтов (подвижные формы тяжелых металлов) и антропогенно-нарушенных ландшафтов (валовые и подвижные формы);
- установлен геохимический фон химических элементов, обоснованный методами вариационной статистики, с последующим использованием данных в государственном эколого-геохимическом мониторинге почвенно-биологических ресурсов;
- дана характеристика эколого-геохимического состояния подвижных форм тяжелых металлов по типам местности степной зоны Южного Урала;
- определены ареалы пространственного распределения тяжелых металлов и интенсивность процесса накопления химических элементов в техногенных ландшафтах.
Практическая значимость работы. Результаты научно-исследовательской работы являются обоснованием природоохранных мероприятий в рамках федеральной целевой программы «Экология и природные ресурсы России» на 2002-2010 гг. применительно к Оренбургской области. Основные положения диссертации реализуются в работах по экологическому
11
мониторингу Оренбургской области, проводимых региональным центром экологического мониторинга (РЦЭМ).
Результаты исследований используются в проектных работах, выполняемых Оренбургским землеустроительным предприятием, при реализации областных программ мониторинга почв и земель: «Мониторинг земель Оренбургской области на 1993-2000 годы» и «Экологический мониторинг земель Оренбургской области на 2001-2005 годы».
Материалы научно-исследовательской работы используются при чтении цикла лекций по курсам «Почвоведение», «Экология» и «Геоэкология» в Оренбургском государственном аграрном университете. В дальнейшем могут быть использованы при разработке учебных пособий и лекционных курсов «Ландшафтоведение» и «Геохимия ландшафтов» для естественно-географических и экологических специальностей высших учебных заведений.
Защищаемые положения:
- выявленная неоднородность пространственного распределения тяжелых металлов в почвах зависит от ландшафтного строения степной зоны Южного Урала и определяется строением и свойствами абиотической (почвообра-зующими породами и геоморфологическим строением) и биотической (растительность) составляющими ландшафта;
- данные содержания тяжелых металлов в почвах-эталонах являются основой фоновых показателей эколого-геохимического состояния почвенного покрова степной зоны Южного Урала;
- установлена связь содержания тяжелых металлов в составе выбросов предприятий газодобывающей и газоперерабатывающей промышленности с процессами загрязнения почвенного покрова (слабая и средняя степень -валовые формы, средняя и сильная степень - подвижные формы), вызывающая образование аномалии техногенного характера и отрицательно влияющая на биоресурсный потенциал территории;
- проведена оценка эколого-геохимического состояния почв на территории города Оренбурга, характеризующаяся как опасная и чрезвычайно-опасная
12
и определяющаяся высокими концентрациями тяжелых металлов (особенно цинка, меди, свинца, кадмия - подвижные формы; никеля и хрома - валовые формы).
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях и симпозиумах: региональных конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1996-2000); научно-практической конференции «Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале» (Оренбург, 1997), научно-практической конференции «Структура, функционирование, эволюция природных и антропогенных ландшафтов» (Москва-Санкт-Петербург, 1997), международной студенческой конференции «Кризис почвенных ресурсов: причины и следствия» (Санкт-Петербург, 1997), научно-практической конференции «Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона» (Оренбург, 1998); международных симпозиумах «Степи Северной Евразии» (Оренбург, 1997, 2000, 2003), всероссийской научно-практической конференции «Среда обитания и здоровье населения» (Оренбург, 2001), международной научно-практической конференции «Проблемы регионального управления рисками на объектах агропромышленного комплекса» (Оренбург, 2002).
Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям - доктору сельскохозяйственных наук А.И. Климентьеву и профессору Е.В. Блохи-ну, а также директору Института степи Уральского отделения РАН, члену-корреспонденту РАН А.А. Чибилеву и коллективу Института за содействие в подготовке диссертации. Автор выражает глубокую признательность председателю комитета по природоохранной деятельности и мониторингу окружающей среды администрации Оренбургской области, доктору медицинских наук В.Ф. Куксанову и коллективу комитета за содействие и помощь в вопросах методологии, оформлении и апробации работы.
13
ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЛАНДШАФТНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО УРАЛА
1.1 Географическое положение и физико-географическое районирование района исследований
Основным районом исследований геохимического состояния почв Южного Урала послужила территория Оренбургской области. На севере область граничит с Республиками Татарстан и Башкортостан, Челябинской областью, на юге и юго-востоке - с Республикой Казахстан, на западе - с Самарской и Саратовской областями. Область расположена в центре Евроазиатского материка в пределах двух частей света (Европе и Азии), между 54°24' и 50°30' с.ш. и 50°00' и 62°30' в.д., представляя собой вытянутую с запада на восток полосу длиной 755 км (Чибилев, 1995; 1996; 1999 б). Обширность (площадь - 124 тыс. км2) и значительная широтная протяженность территории Оренбургской области предопределяют большое разнообразие геолого-геоморфологических, гидрологических и биоклиматических факторов почвообразования, что отражается в строении ландшафтных структур района исследований.