Связь почвы с гидросферой

6.8. Педосфера и гидросфера

Почва связана с гидросферой множеством связей. Осадки, попада­ющие на поверхность почвы, частично скатываются по поверхности почвы в водоемы. Частично они впитываются в почву, попадают в почвенно­грунтовые воды и с ними поступают в водоемы.

Перемещая минеральный субстрат, водные потоки погребают развитые почвы, погребают педосферу, а на поверхности этих отложений форми­руется новая педосфера. При формировании речных долин погребенная биосфера может размываться водой, и ее субстрат будет поступать в гидро­сферу. Часто реки, протекающие по заболоченной педосфере, растворяют органическое вещество торфов, что приводит к заметной коричнево-бурой окраске речных вод. В элювиальных ландшафтах, особенно горных, реки часто почти лишены растворенных веществ. Они были вымыты из почв раньше. Те вещества, которые растворены в речных водах, поступают в реки с грунтовыми водами или извлекаются из почвенного субстрата, снесенного в реки поверхностными водными потоками или попавшего в реки в результате размыва берега.

Вынос разных соединений из почвы в значительной степени направлен в почвенно-грунтовые воды.

Водный режим педосферы и вынос из нее веществ исследуют с по­мощью разных по конструкции лизиметров.

Проведенные на Почвенном стационаре МГУ им. М.В. Ломоносова многолетние наблюдения за поступлением влаги из лизиметров площадью 4 м 2 (через слой модельной дерново-подзолистой почвы мощностью 1,5 м) показали (табл. 6.16), что в летние месяцы в 70-80 % случаев за пределы полуметровой толщи проникает не больше 20 мм воды. Более 20 мм вода за пределы той же толщи фильтруется в 20-30 % случаев в марте-апреле и сентябре-ноябре, т.е. при весеннем снеготаянии и в осенний период, когда прекращается транспирация и увеличивается поступление осад­ков. Более 40 мм за пределы полуметровых лизиметров фильтруется в основном в марте-апреле и ноябре (20-30 % случаев). В зимние месяцы (январь-февраль) фильтруется очень мало воды, в основном менее 5 мм.

Учитывая высокую влагоемкость горизонтов В, ВС и С суглинистых дерново-подзолистых почв Московской области, можно предположить, что за пределы второго метра вероятность поступления значительных порций воды еще ниже, хотя водный режим почв явно промывной.

Медленное передвижение воды в летние месяцы увеличивает значение диффузии веществ, которые будут передвигаться независимо от направ­ления движения воды по градиенту концентрации.

Полученные многочисленные данные показывают, что лизиметры характеризуют, как правило, химический состав горизонта, из которого непосредственно вытекают растворы (табл. 6.17). Средняя величина кон­центрации (4,88 мг/л при амплитуде 6,8-^, 10 мг/л Са), например, почти не зависит от сезона и от количества просочившейся воды.

Порядок величин для концентрации Са в лизиметрических водах уста­новок, расположенных на стационаре в Москве, в городской черте, тот

же, что и в водах из лизиметров в Центрально-лесном биосферном за­поведнике. Это, возможно, определяется близостью почвообразующей породы (моренного суглинка).

Анализ осадков в ЦЛБЗ показал, что с ними в почву поступает 2-10 мг/л Са, 1-5 мг/л ЪЛg.

Концентрация Мп в осадках 0,05-0,150 мг/л.

Регистрируется незначительное содержание Си в осадках как на поле, так и под пологом леса, где, однако, концентрация его выше.

Среднее значение Zn в осадках 0,01-0,16 мг/л.

Сё почти всегда отсутствовал в осадках, очевидно, его концентрация, как и llg₉ лежит за пределами чувствительности прибора.

Бе с осадками поступает мало: в среднем 0,01 мг/л (шах 0,2). Под по­логом леса концентрации Бе также малы, но величина пиков 0,7-0,9 мг/л в 3-4 раза выше пиков концентрации Бе в осадках в поле.

Концентрация РЬ в осадках одинакова на поле и под пологом леса. Следовательно, свинец не поглощается деревьями и не содержится в за­держиваемой лесом пыли.

Сравнение поступления осадков на поле и в ельнике позволяет сделать два вывода. Во-первых, максимумы поступления всех изученных элемен­тов, за исключением Мп, на поле и в лесу совпадают. Они приурочены к одному и тому же сроку. Во-вторых, в лесу концентрация элементов, как правило, выше, или, точнее, выше вероятность их более высокой концентрации. При повышенном содержании в атмосферных осадках Мп, Zn₉ Бе характерно многократное увеличение их концентрации, в 2

\ раза, при прохождении через лесной полог, чего не наблюдается при низком содержании этих элементов в атмосферных осадках. Особенность мигра­ции кальция с атмосферными осадками через лесной биогеоценоз состоит в том, что при повышенном его поступлении на открытом участке, под пологом леса концентрация Са уменьшается, а при низком содержании в атмосферных осадках его концентрация под пологом леса возрастает.

Кислотность осадков в среднем близка к нейтральной (pH = 6). Кис­лотность почвенных растворов соответствовала pH горизонтов, хотя и обнаружила некоторую динамичность.

Содержание химических элементов в лизиметрических водах, а также поступление воды в лизиметры заметно варьируют для каждой глубины. Концентрация Бе в лизиметрических водах наибольшая в верхних ли­зиметрах, где она превышает концентрацию Бе в осадках в 3-10 раз. На глубине 40 см концентрация Бе в осадках и в лизиметрических водах вы­равнивается, на глубине 80 см она в лизиметрических водах часто ниже, чем в осадках.

нений в почву из подстилки. В этом случае железо не связано своим про­исхождением с осадками, а поступает в почвенный раствор из подстилки и почвы: из наиболее растворимых в воде железо-органических соединений.

Содержание Си больше в осадках, чем в лизиметрических водах, что позволяет предположить ее закрепление в почве. Одновременно снижается поступление соединений меди в почвенный раствор.

Концентрация Zn заметно повышается в почвенно-лизиметрическом растворе, особенно в гумусовом горизонте. Концентрация Mg и в осадках в поле, и в лесу, и в лизиметрических водах до глубины 40 см близка. Даже характер изменения концентраций совпадает: максимум приходится на начало августа. Но в горизонте В на глубине 80 см концентрация резко возрастает, и ее изменения совершенно не совпадают с динамикой этого элемента в осадках и в верхних горизонтах почвы. Возможно, что М§ в толще 0-^40 см напрямую связан с поступлением его с осадками, а также проявляет высокую миграционную способность в еловом биогео­ценозе (БГЦ).

Концентрация Са в лизиметрических водах отражает, скорее, их от­носительную концентрацию в почвенном поглотительном комплексе, чем поступление элемента с осадками.

Содержание РЬ, его соединений в осадках и почве показывает, что главный источник свинца экзогенный, он поступает в почву с осадками. Концентрация и Сё в осадках и почве почти нулевая, как правило за пределами чувствительности прибора.

В данном случае специально был выбран участок педосферы, удален­ный от загрязнителей (биосферный заповедник). Ясно, что техногенное загрязнение усиливает поступление элементов в педосферу, грунтовые воды, а с ними и в другие компоненты гидросферы.

Изменение химического состава дождевых осадков и лизиметрических вод раскрывает вертикальную миграционную способность элементов-

загрязнителей через лесной БГЦ и почву. В зависимости от концентрации их в атмосферных осадках можно оценить степень загрязнения почв пы­лью, а также поставить ряд вопросов по химизму самих почв, активности разных почвенных процессов, возможного эффекта загрязнения и его проявления в экосистемах ЦЛБГЗ.

Приведенные данные показывают, что с осадками в педосферу по­ступает заметное количество разных элементов в виде различных соеди­нений. Но в почве этих соединений содержится значительно больше, и избыток воды, поступающий в почву и попадающий в почвенно-грунтовые воды, вымывает из почвы заметно больше соединений, чем их поступает с осадками.

В зонах степей, полупустынь и пустынь педосфера обычно характери­зуется непромывным типом водного режима и выпотным (когда грунтовые воды подходят к поверхности почвы). Часто грунтовые воды этих регионов засолены (плотный остаток достигает десятков г/л), и если эти грунтовые воды связаны с морскими акваториями, то вынос в них солей достигает большой величины. Нельзя происхождение всех этих солей связывать с педосферой. Обычно эти соли унаследованы почвой от материнских и почвообразующих пород. Но в условиях жаркого климата происходит увеличение концентрации этих солей в грунтовых и поверхностных водах, что связано с водным режимом педосферы.

Хорошо видно, как накапливается хлор в водах континентальных арид­ных регионов.

Итак, педосфера активно взаимодействует с гидросферой, влияя на по­ступление в нее разных элементов (в зависимости от типа водного режима почв и климатической зоны).

Следует остановиться еще на одной стороне связи гидросферы и пе­досферы. Это постоянное содержание воды в порах почв. Метровая толща рыхлых песков содержит после таяния снега до 680 т/га воды (68 мм). В период наибольшего иссушения содержание воды падает до 170 т. Связ­ные пески при наименьшей (полевой) влагоемкости сохраняют 960 т воды (также и в метровом слое). При максимальном иссушении в летние месяцы запасы воды падают до 160-240 т в той же толще почвы. Соответственно супесь содержит 2100 т воды весной и 900 т в период наибольшего иссуше­ния. Суглинки в среднем содержат 3600 т в период увлажнения и 1775 т при иссушении почвы. Содержание воды в метровом слое глинистых почв еще больше: 4370 и 2500 т. Более глубокие слои в гумидной зоне содержат еще больше воды, в аридной — меньше. Но вода всегда содержится в по­чвенном профиле. Там она играет важную роль в снабжении растений и в активности разных почвенных реакций и процессов. В целом в педосфере запасы воды как ее компонента исчисляются не менее 40*10 6 млн т во влажный период и 26*10 6 — в сухой. Если вспомнить, что средняя масса гидросферы 14Т0 16 т, то запасы почвенной воды в 10 9 (миллиард)раз мень-

ше, чем запасы воды в гидросфере. Но ее экологическая роль громадна. Именно эта вода в первую очередь определяет продуктивность экосистем. Снабжение растений водой — одна из самых важных функций педосферы.

Данные показывают, что расход воды в антропосфере резко возрастает, а чистой воды становится все меньше. Например, на производство 1 т про­дукции расходуется воды в м 3 : стали — 250, меди — 500, целлюлозы — 1500, пшеницы — 1500, хлопка — 10000, кукуруза — 500, рис — 120-200.

Источник