855

той - а*. Достоверные положительные связи между содержанием FeД, FeОКР и значением красноты а*, а также индексом красноцветности R(Lab) r 0,68-0,95 соответственно указывают на присутствие в почвах гематита, оказывающего значительное влияние на красный цвет почв.

Таблица 19

Коэффициенты парной корреляции (r) по Спирмену между показателями цвета почв и формами железа, rH min, rH ср в профиле (n= 10) и по горизонтам почв (n = 5) пойм

малых рек г. Перми

Примечание: жирным шрифтом выделены значения, достоверные при Р = 0,95.

Присутствие бурого тона у глеевых горизонтов и глееватых слоёв аллювия почв, выявленное при инструментальном лабораторном обследовании, и его отсутствие на полевом этапе морфологического описания, по мнению Ю.Н. Водяницкого [44, 59], связано со следующими причинами. Во-первых, образцы глеевых горизонтов и глееватых слоёв аллювия почв при высушивании подвергаются окислению, и Fe(II) меняют окраску с голубовато-сизой, грязно-серой на серо-бурую [64, 146, 232]. Во-вторых, измельчение агрегатов мелкозёма при подготовке почв к проведению оптических анализов предполагает разрушение сизых плёнок на поверхности агрегатов и высвобождение из внутриагрегатной массы минеральных частиц бурой окраски.

111

ГЛАВА 4. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПОЧВ ПОЙМ

Геохимическое состояние почв пойм оценивали по комплексу геохимических констант и экологических стандартов. Использовались три основных эталона – кларки химических элементов, фоновые геохимические уровни, гигиенические нормативы [135]. Предметом оценки были валовая концентрация элементов и содержание подвижных форм ТМ, особенности внутрипрофильного и пространственного распределения элементов, взаимосвязи концентрации химических элементов.

4.1 Валовое содержание химических элементов

Валовое содержание Zn, Рb, As, Cr, Ni, Cu, Mn, Sr, Al, Si, К, Y, Rb, Ga, Ti, Zr, Fe, P, S, Ca и Mg в пробах почв, магнитной фракции и роренштейнах определяли рентгенофлуоресцент-

ным методом на приборе ORTEC-6111-TEFA (ORTEC Incorporated, США).

Характеристика варьирования валового содержания химических элементов. В генеральной выборке образцов (n = 80) изученные химические элементы в составе почв пойм исследованной территории разделяются на две условные группы. Первая группа – техногенные элементы (ТЭ). Варьирование концентрации ТЭ: Cr, Pb, Ni, Zn, Cu, As, Mn, а также S, Р, Мg, Са не подчиняется нормальному гауссовскому закону (таблица 20). Это свидетельствует о разнообразии источников поступления ТЭ и о высокой техногенной нагрузке, оказываемой данными элементами на аллювиальные почвы. Для Si, Al, Fe, К, Ti, а также Sr, Ga, Zr, Rb, Y, отнесённых ко второй группе, медианные и средние арифметические значения их валового содержания близки и подчиняются нормальному (гауссовскому) распределению. Следовательно, химические элементы второй группы поступают в поймы преимущественно из естественных источников.

112

Коэффициенты вариации и стандартные отклонения зна-

чений концентрации Cr, Pb, Ni, Zn, Mn, Cu, As, S, Р, Мg, Са высокие, что характерно для техногенных химических анома-

лий [3, 255, 338].

Таблица 20

Статистические показатели содержания химических элементов, мг/кг в наилках и горизонтах почв пойм малых рек

г. Перми, n = 80

Примечание: М – cреднее арифметическое значение; ± m – стандартное отклонение; min – минимальное значение; max – максимальное значение; Мd – медиана.

Местоположение отдельных сегментов речных долин на территории города определяет степень техногенной нагрузки на почвы пойм и концентрацию химических элементов в аллювиальных почвах. Естественно, что почвы пойм в центральной части города имеют более высокие концентрации ТЭ.

113

Оценка по t-критерию Стьюдента различий валового содержания ТЭ в аллювиальных почвах показала, что валовое содержание Zn, Pb, Cr, Ni, Cu и S выше в пойме нижнего течения р. Егошиха, протекающей в центре города, чем в поймах участков долин рек Ива, Верхняя Мулянка и Ласьва на периферии города (таблица 21). В старопромышленной центральной части города концентрация Zn, Ni и Cu в почвах поймы р. Егошиха выше, чем в пойме р. Данилиха.

Таблица 21

Оценка по t-критерию Стьюдента различий валового содержания техногенных элементов в А – поверхностных и В – подповерхностных горизонтах почв пойм малых рек г. Перми

* при Р = 0,95.

114

В пойме р. Ива на периферии города поверхностные горизонты почв содержат больше Zn, Cr и Cu, чем почвы поймы р. Верхняя Мулянка. Подповерхностные горизонты почв поймы р. Ласьва более обогащены Zn, Pb и Mn, чем почвы р. Ива (таблица 21).

Оценку химического состава почв пойм проводили с использованием ранжированных рядов, представляющих собой геохимические ассоциации средних и усреднённых максимальных значений геохимических показателей. Геохимические показатели определяли расчётным путём.

Коэффициенты концентрации (КК). Выявить особенно-

сти региональных концентраций химических элементов в почвах пойм позволяет их сравнение с уровнем кларка. Коэффициент концентрации вычисляли по формуле 8 как отношение содержания элемента в образце почвы или наилка (Сi, мг/кг) к уровню кларка для почв мира по А.П. Виноградову [35] (СiК, мг/кг).

Валовое содержание значительной части изученных химических элементов выше кларков (приложение 6, таблицы 1, 2, 3, 4, рисунки 1–8). Значения коэффициентов концентрации и рассеивания химических элементов относительно кларка в почвах и наилках пойм малых рек г. Перми приведены в приложении 6, таблицах 5, 6, 7, 8, 9.

Средние арифметические (КК средние) и усреднённые максимальные значения (ККmax средние) коэффициентов концентрации химических элементов в почвах пойм верхних и нижних течений рек Ива, Егошиха, Данилиха и нижнего течения р. Верхняя Мулянка промышленно-коммунальной зоны

115

г. Перми образуют следующие геохимические ряды:

КК среднее (n = 44) Cu 3,9 > Zn 3,5 > Pb 3,2 > Ni 3,1 > S 2,4 > Са 2,0 > (Mg, As) 1,3 > Mn 1,1

КК max среднее Cu 4,2 > Zn 3,8 > Pb 3,6 > (Ni, S) 3,5 > Cr 3,1 > Са 2,2 > Р 2,0 > As 1,9 > (Mn, Мg) 1,8 > (Sr, Fe) 1,1

в почвах поймы р. Ласьва агропоселковой зоны геохимические ряды, следующие:

КК среднее (n = 13) Pb 6,4 > Zn 2,9 > Cu 2,3 > Са 1,8 > As 1,6 > Ni 1,5 > Mn 1,4 > Р 1,2 > (Fe, Тi, К) 1,1

КК max среднее Pb 10,8 > Zn 7,4 > Са 4,1 > (Cu, Mn) 3,1 > As 3,0 > Ni 2,3 > Р 1,9 > Мg 1,5 > S 1,3 > (Fe, Тi, К) 1,2 > Sr 1,1

Почвы пойм малых рек г. Перми можно рассматривать как региональные полиэлементные геохимические аномалии ТЭ. Повышенные концентрации Cu, Zn, Pb, Ni, Cr, As, Mn, S и Р в аллювиальных почвах по сравнению с эталонами сравнения объясняются влиянием не только местных геологических условий, но и мощным антропогенным воздействием на пойменные экосистемы. Так, например, Б.М. Осовецким [219] установлено, что Zn, Ni и Pb являются типичными техногенными токсикантами русловых осадков р. Данилиха. Не случайно территория г. Перми и его пригородов характеризуется некоторыми учеными как природно-техногенная Среднекамская литогеохимическая аномальная зона [152] (приложение 7). Наиболее высокие значения КК в ассоциациях имеют халькофильные элементы, обладающие высокой технофильностью и токсичностью. Строительный мусор, антигололедные средства и др., а также карбонатность коренных пород в долинах рек оказывают влияние на накопление в почвах пойм Са и Мg.

Ряды геохимических ассоциаций максимальных значе-

116

ний КК max химических элементов в почвах пойм малых рек левобережной и правобережной части г. Перми представлены в таблицах 22, 23. Полиэлементные природно-антропогенные геохимические аномалии почв выявляли и оценивали с помощью коэффициентов NX и RX по методике Е.П. Янина [317]:

Число присутствующих ТЭ в ассоциации (NX): при нали-

чии менее 10 ТЭ – ассоциации узкие; свыше 10 – широкие.

Уровень накопления ТЭ в ассоциациях оценивали по значе-

ниям КК как: высокий (более 10); средний (10 – 2); слабый (2 – 1).

Коэффициент интенсивности аномалии (RХ) опреде-

ляли как среднее арифметическое суммы значений КК. Интенсивность аномалии характеризовали как слабую (при RХ менее 2,5), среднюю (RХ 2,5 – 5,0) и высокую (RХ выше 5,0).

Интенсивность аномалии с учётом токсичности эле-

ментов рассчитывали с помощью предлагаемого нами коэффициента RХТ (уравнение 9).

где КTi – коэффициент токсичности i-го элемента. Для элементов первого класса опасности (мышьяк, свинец, цинк) КTi равен 1,5, для элементов второго класса (никель, медь, хром) равен 1,0 и для элементов третьего класса (марганец, стронций) равен 0,5. Для элементов с неопределённым классом опасности КTi равен 1,0.

Почвы и наилки поймы р. Малая Ива, в соответствии с КК max, имеют узкие полиэлементные геохимические аномалии с числом присутствующих элементов NЭ = 7. Интенсивность аномалии в почвах поймы этой реки слабая (RX 1,6-2,1; RXт 1,9-2,3), а в наилках средняя (RX 2,7; RXт 2,9 единиц) (таблица 22). Формирование геохимических ассоциаций в поймах речных долин на южной окра-

ине города обусловлено в основном литогенным фактором.

117

Таблица 22

Ряды геохимических ассоциаций КК max химических элементов в почвах пойм малых рек г. Перми

Примечание: курсивом выделены повсеместно присутствующие элементы

118

Содержание химических элементов в почве и наилках поймы р. Малая Ива принято за условно фоновое. В ассоциациях КК max среднего уровня накопления достигают Cu, Pb и Zn и слабого Ni, Са, Mn и Мg.

В наилках поймы верхнего течения р. Егошиха формируются широкие ассоциации КК max (NЭ = 12) со средним уровнем накопления химических элементов и средней интенсивностью аномалий (RX 3,3; RXт 3,3). Наилки поймы верхнего течения р. Данилиха имеют широкие ассоциации КК max (NЭ = 11), в которых Cu и Ni достигают высокого уровня накопления. Интенсивность аномалии наилков согласно коэффициентам КК max высокая (RX 6,5; RXт 7,3).

Вгоризонтах AYg,Х и в слоях аллювия C1g~~,х почв пойм верхних течений рек Егошиха и Данилиха ассоциации КК max узкие (NЭ 7–9) со слабым и средним уровнем накопления. Интенсивность аномалий слабая (RX 1,3–2,2), а с учётом токсичности ТЭ достигает средних значений (RXт 1,5–2,6).

Внаилках, гумусовых и глеевых горизонтах почв пойм нижних течений рек Ива и Верхняя Мулянка формируются при- родно-техногенные полиэлементные аномалии. Характеристики геохимических ассоциаций по значениям КК max имеют свои особенности. Наилки поймы реки Ива имеют широкую ассоциацию КК max химических элементов (NЭ = 13), уровень накопления элементов средний, но интенсивность аномалии слабая (RX 2,4), а с учётом токсичности ТЭ – средняя (RXт 2,7).

Вповерхностных горизонтах почв пойм рек Ива и Верхняя Мулянка ассоциации КК max широкие (NЭ 11–13), уровень накопления у многих химических элементов средний. Интенсивность аномалий, согласно значениям КК max, слабая (RX 2,1- 2,3), а с учётом токсичности ТЭ достигает средних значений

(RXт 2,1-2,6).

Вглеевых горизонтах почв пойм рек Ива и Верхняя Мулянка ассоциации ККmax химических элементов широкие (NЭ =

119

10-11). Уровень накопления химических элементов достигает средних значений. Интенсивность аномалий слабая (RX 2,2- 2,3), а с учётом токсичности ТЭ достигает средних значений

(RXт 2,1-2,6).

В глееватых слоях аллювия почв поймы р. Ива ассоциации КК max химических элементов узкие (NЭ = 7), а в пойме р. Верхняя Мулянка широкие (NЭ= 10). Уровень накопления химических элементов согласно КК max достигает слабых и средних значений. Интенсивность аномалий в слоях аллювия почв пойм нижних течений рек Ива и Верхняя Мулянка, в соответствии со значениями КК max, слабая (RX 1,9-2,2; RXт 2,1-2,4).

Более напряженная эколого-геохимическая ситуация сформировалась в речных долинах на территории центральной части города. В поймах и наилках нижних течений рек Егошиха и Данилиха формируются природно-техногенные полиэлементные аномалии. Геохимические ассоциации характеризуются следующими параметрами.

В наилках поймы р. Егошиха формируются широкие ассоциации КК max (NЭ = 12) со средним уровнем накопления ТЭ и средней интенсивностью аномалий (RX 4,2; RXт 4,7). Наилки поймы р. Данилиха имеют широкие ассоциации КК max (NЭ = 13), в которых Cu достигает высокого уровня накопления. Интенсивность аномалии наилков согласно коэффициентам КК max средняя (RX 4,3; RXт 4,9).

В урбо-серогумусовых горизонтах почв пойм рек Егошиха и Данилиха ассоциации КК max широкие (NЭ 10-12), уровень накопления у многих ТЭ достигает средних значений. Интенсивность аномалий, согласно значениям КК max, средняя

(RX 4,0-4,1; RXт 4,6-5,0).

В глеевых горизонтах почв пойм рек Егошиха и Данилиха ассоциации КК max ТЭ широкие, NЭ = 11-12. Уровень накопления ТЭ, согласно КК max, в глеевых горизонтах почв пойм этих рек достигает высоких (S, Cu и Ni) и средних (Zn,

120