Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экологические условия, генезис почв и миграция веществ в ландшафтах Юрьев-Польского Ополья 9
1.1. Особенности климата, рельефа, почвообразующих пород и растительности 9
1.2. Экологическая оценка генезиса почв и процессов почвообразования 11
1.3. Эко-геохимическая характеристика барьеров миграции 17
1.4. Биогенная кислотность почв таежной зоны 22
1.5. Экологическая оценка миграции органических веществ в почвах Ополья 24
Глава 2. Объекты и методы исследований 31
2.1. Почвы и экосистемы катен Юрьев-Польского Ополья на примере ОАО «Дружба» Переславль-Залесского района Ярославской области 31
2.2. Почвы Центрально-лесного биосферного заповедника в Тверской области 40
2.3. Поверхностные воды объектов исследований 45
2.4. Методы экологических исследований 50
2.4.1. Физико-химические методы анализа веществ в экосистемах 50
2.4.2. Применение метода сорбционных лизиметров 51
Глава 3. Экологическая оценка почв лесных экосистем Юрьев-Польского Ополья 53
3.1. Гранулометрический состав исследуемых лесных почв 53
3.2. Физико-химические свойства исследуемых лесных почв 55
3.3. Фракционно-групповой состав гумуса исследуемых лесных почв 57
3.4. Эко-геохимическая оценка загрязнения исследуемых почв 60
Глава 4. Агроэкологическая оценка почв аграрных экосистем Юрьев-Польского Ополья на примере ОАО «Дружба» 62
4.1. Гранулометрический состав исследуемых почв аграрных экосистем62
4.2. Агрохимические свойства исследованных почв аграрных экосистем 65
4.3. Фракционно-групповой состав гумуса исследованных почв аграрных экосистем 71
4.4. Агроэкологические риски в исследованных почвах аграрных экосистем 73
Глава 5. Экологическая оценка водной миграции органических веществ и Fe в почвах Юрьев-Польского Ополья и Центрально Лесного заповедника 75
5.1. Экологические функции мобильных органических веществ и методические особенности их исследования 75
5.2. Водная миграция органических веществ и железа в почвах лесных экосистем Юрьев-Польского Ополья 79
5.3. Водная миграция органических веществ и железа в почвах аграрных экосистем Юрьев-Польского Ополья 82
5.4. Масштаб и формы миграции органических веществ и железа в почвах фоновых экосистем Центрально-Лесного заповедника 86
Глава 6. Экологическая оценка поверхностных вод Юрьев-Польского Ополья и Центрально-лесного заповедника 89
Заключение 96
Библиография 100
- Эко-геохимическая характеристика барьеров миграции
- Фракционно-групповой состав гумуса исследуемых лесных почв
- Экологические функции мобильных органических веществ и методические особенности их исследования
- Экологическая оценка поверхностных вод Юрьев-Польского Ополья и Центрально-лесного заповедника
Эко-геохимическая характеристика барьеров миграции
Повышенный интерес к количественной диагностике и экологической оценке почвенно-геохимических барьеров миграции обусловлен их важным значением в регулировании процессов вертикальной и латеральной миграции веществ в ландшафтах [238, 275, 276, 278, 279]. Исследование барьеров миграции позволяет более полно и количественно оценить перераспределение мигрантов по профилю почвы.
Большой вклад в количественную оценку и теоретическое обоснование почвенно-геохимических барьеров миграции внесли многолетние исследо вания А.И. Перельмана [164], М.А. Глазовской [48], И.М. Яшина [275, 279], А.Н. Тюрюканова [232], В.А. Алексеенко [4] и других авторов. В почвах, в результате воздействия различных факторов и, прежде всего, биотического формируется комплексный геохимический барьер миграции, который включает сорбционный, глеевый, карбонатно-кальциевый, солевой, испарительный барьеры. Их конкретный набор определяется почвенно-ландшафтными и климатическими особенностями региона и конкретного земельного участка.
Например, при близком залегании грунтовых вод в дерновых оглеен-ных почвах ополья возникают глеевые барьеры, которые заметно обогащены коллоидными Fe-, Al-, Mn- и Si-емкими сорбентами. От присутствия и химических свойств этих барьеров зависит экологическая устойчивость почв к химическому загрязнению.
Глубже гумусового горизонта обычно ярко выражены белесые «языки» – траектории выноса мигрантов. Это наиболее характерно для почв, приуроченных к блюдцеобразным понижениям. Возможна и восходящая миграция веществ в верхний гумусовый горизонт [299]. Кроме того, при оглеении активизируется диффузия веществ. Техногенные потоки мигрантов могут разрушать барьеры миграции, особенно биогеохимические, существенно изменять геохимическую обстановку и вызывать частичную трансформацию ландшафтно-геохимических связей [4, 41, 48, 56, 76, 94, 102, 190, 279]. Поэтому, наряду с уточнением генезиса почв ополья, барьеры миграции очень актуальны при исследовании их современного антропогенеза. Техногенные барьеры миграции в насыпных почвах заметно ограничивают пространственную миграцию техногенных соединений с потоками влаги и затормаживают загрязнение экосистем. Результаты изучения геохимических барьеров являются основой для экологического регулирования функционирования различных антропогенно преобразованных почв, например, стратоземов и урбаноземов в городах [4].
Ограниченная ёмкость сорбционных барьеров зависит от ёмкости поглощения почв, мощности и состава сорбирующего слоя. Свежеосажденные аморфные гидроксиды Fe, AL, Si, Mn действуют как активный сорбционный барьер, задерживающий ионы V, Co, Cr, Ni и другие металлы. Однако, по мере старения осадков (дегидратации), их сорбционная емкость уменьшается, и дальнейшая сорбция (если не идёт осаждение новых коллоидных осадков гидрозолей гидроксида железа Fe(OH)3 при смене режимов увлажнения) прекращается [48, 49].
Барьеры миграции позволяют полнее охарактеризовать функции почв и почвенного покрова в ландшафтах ополий. В зависимости от способа массо-переноса различают фильтрационные и диффузионные барьеры. Первые характерны для элювиальных почв плакоров и склонов. Вторые формируются в блюдцеобразных понижениях рельефа с дерновыми почвами [182, 194].
Диффузия – основной механизм миграции веществ и ионов на глее-вом барьере. При этом активно формируются коллоидные системы Si, Fe, Al, Mn..., которые сами являются активными сорбентами [33, 41, 78, 94, 124, 273, 276, 282]. На глеевом барьере осаждаются анионы Fe(OH)3- и PO43-, отмечается масштабная мобилизация и миграция ионов железа и марганца при активном участии ферментов микрофлоры и компонентов ВОВ. Глеевые барьеры дополняют сорбционные, например, подготавливая и переводя переходные металлы в активное химическое состояние: образуются закисные формы Fe, Mn и их коллоиды, которые являются весьма эффективными сорбентами, например, для водорастворимых органических веществ (ВОВ). Компоненты ВОВ образуют мобильные комплексные соединения с коллоидами железа, марганца и алюминия, которые могут частично проходить даже через карбонатно-кальциевые горизонты. Осаждение ВОВ с указанными и Са2+ часто увеличивают мощность гумусового горизонта дерновых почв ополий.
Важным геохимическим барьером наземных экосистем является биогеохимический барьер. Его особенностью является радикальное изменение форм миграции химических элементов и аккумуляция в почве солнечной энергии в химических связях ВОВ и гумуса [124, 279]. Это самый сложный для экологической оценки барьер миграции.
Почвы являются природными «фильтрами» для многих минеральных и органических загрязняющих веществ. Это замечательное свойство и создаёт главную опасность их загрязнения. Первый техногенный «удар» (наряду с растительным покровом) принимают на себя верхние, самые ценные, обогащенные органическим веществом горизонты почв, где сосредоточены корни растений, почвенные животные и микроорганизмы. Часть элементов, поступающих на поверхность почв с техногенными потоками, задерживается в верхнем горизонте. О барьерных функциях иллювиальных горизонтов дерново-подзолистых почв свидетельствует накопление в них ряда микроэлементов даже в условиях нормального геохимического фона, вне воздействия техногенных потоков.
Почвенный покров можно рассматривать как площадной сорбционный геохимический барьер биосферы Земли [4, 279]. Сорбционные барьеры миграции проявляются в почвах и почвообразующих породах, богатых коллоидами, вторичными минералами и гумусом. Эти вещества отличает очень развитая поверхность раздела фаз, которая и обусловливает их полифункциональность как сорбентов. Гумусовые соединения, глинистые минералы, гидроксиды кремния и марганца, имеющие отрицательный знак заряда, сорбируют из растворов катионы и анионы по типу осадочной сорбции.
Карбонатно-кальциевый барьер миграции реализуется в почвах и породах Владимирского Ополья, где кислая реакция сменяется слабо щелочной (рН 7,9-8,2), которую могут дать гидроксиды кальция [273, 275]. В этих условиях из водных растворов на карбонатных барьерах осаждаются многие соединения, относящиеся к растворимым гидроксидам, фосфатам, а также ионы Mo, Mn, Co, Pb, Sr. Формирование в почвах данного барьера связано с наличием кальцита и доломита [164, 206].
Катионы кальция, мобилизуемые из почвообразующих пород в ионную форму, активно вовлекаются в биологический круговорот. При трансформации растительных остатков и взаимодействии мобилизованных в раствор ВОВ с кислотными свойствами с частицами СаСО3 (дресва, щебень), во влажный сезон происходит мобилизация в раствор ионов кальция. Они активно взаимодействуют с органическими кислотами (как наиболее сильными в сравнении с угольной кислотой). В зависимости от ландшафтных условий, типа водного режима почв и растительности (широколиственный лес – дубрава или хвойный таежный лес) в почвах и подстилающих почвообразующих породах ополья часто формируется карбонатно-кальциевый горизонт – на различной глубине от 1,5 до 3,2 м. Изменяется также и форма новообразований СаСО3 – псевдо мицелий или мелкие белесые скопления кальцита, которые пропитывают мелкозем почвы [94, 281, 283, 292].
Фракционно-групповой состав гумуса исследуемых лесных почв
Фракционно-групповой состав гумусовых веществ является одним из главных диагностических признаков генезиса и эволюции почв – в частности, Юрьев-Польского Ополья [194, 231, 295]. В почвах, сформировавшихся на двучленных почвообразующих породах, состав гумуса определяли только в верхнем супесчаном наносе, элювиальном горизонте текстурно-дифференцированного профиля (табл. 9) – по общепринятой методике [169, 271].
В составе гумусовых веществ супесчаного дерново-подзола разреза 10 по всему субпрофилю преобладают органические вещества фульво-кислотного характера. Их массовая доля варьирует в пределах 44,3-49,4%. Примечательно, что в составе группы фульвокислот преобладает фракция 1а – наиболее химически активная и агрессивная. Количество высокомолекулярных гуминовых веществ в дерново-подзоле весьма незначительное: не более 17,2%. Остальное количество органического углерода Сорг приходится на гумин – негидролизуемый остаток.
На наш взгляд, экологический феномен резкого доминирования фуль-вокислот в составе гумуса в лесах Юрьев-Польского Ополья связан с кислотным гидролизом. Он реализуется при взаимодействии низкомолекулярных органических кислот, мобилизуемых в почвенный раствор из растительных остатков хвои и шишек ели, с гумусовыми веществами, сорбционно закрепленными на почвенной матрице [81, 283]. Следовательно, в хвойных лесах Ополья протекает кислотный гидролиз и формирование простых органических кислот по типу фульвосоединений. Они способствуют мобилизации в раствор доступных форм Р, N, К, Са.
Мобилизуемые из опада хвои компоненты ВОВ с кислотными свойствами в периоды дождей выщелачиваются вглубь профиля и обусловливают кислотный гидролиз минералов. Но преобладающая масса ВОВ – это органические кислоты, поэтому подзолистый горизонт разреза 10 белесый.
В группе гуминовых веществ дерново-подзола преобладает фракция 1 – это свободные бурые гуминовые кислоты, что указывает на дефицит в почве обменных катионов кальция, то есть гумус дерново-подзола в еловой фации отличается высокой кислотностью. Фракция 2 в группе гуминовых веществ, связана с ионами кальция. Количество ее незначительное: 3,8-5,7%. 3-я фракция в группе гуминовых веществ характеризует их взаимосвязь с гидроксидами Fe, AL, Mn и минералами почвы, которых в супеси очень мало.
Заметно иной состав гумуса был обнаружен в дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почве р.11. Этот разрез был заложен на опушке дубравы с хорошо развитым травянистым покровом – луговым разнотравьем. Во-первых, в верхнем гор. А1 этой почвы заметно больше содержится Сорг – 3,2±0,3%. В составе гумуса преобладают органические вещества группы гуминовых веществ. Данный факт объясняется биохимическим и зольным составом листьев дуба и луговых трав. Они обогащены полифенольными компонентами, азотом и кальцием. А это весьма благоприятно для реакций конденсации и полимеризации органических веществ в сложные структуры.
В группе гуминовых веществ преобладает фракция 1 – свободные бурые фракции 17,7%, а фракция гуминовых веществ, связанная с кальцием, составляет 8,3%. В группе фульвокислот диагностированы примерно равные соотношения фракций 1а, свободных, связанных с кальцием и гидроксидами железа и минералами почвы. Следовательно, почва р.11 в верхнем горизонте имеет фульватно-гуматный состав гумуса. Поэтому в этой почве отмечен и хорошо развитый гумусово-аккумулятивный горизонт мощностью 11 см.
На примере исследованных почв разрезов 10 и 11 четко прослеживается биогеохимическая роль растительности в формировании состава гумусовых соединений лесных почв Юрьев-Польского Ополья. Данные лесные почвы земледельцы осваивали с помощью палов (выжигали участки лесов). По-видимому, отсюда и название местности – Ополье.
После пожаров на поверхности почв, вероятно, оставались слой золы и угольки. Зола (это оксиды Na, K, Ca, Mg, Si) в период дождей могли превращаться в щелок. При взаимодействии с гумусом, оставшимся после пожаров, образовывались темно-бурые гуматы и фульваты натрия. Они при промывном водном режиме в сезон дождей мигрировали с влагой, пропитывая палево-бурый суглинок в темный цвет Возможно, с этим феноменом и связан начальный этап образования так называемых «Юрьевских черноземов».
Экологические функции мобильных органических веществ и методические особенности их исследования
Водорастворимые органические вещества (ВОВ), с одной стороны, отражают своеобразие почвенных процессов трансформации органических веществ растительного опада в определенных условиях увлажнения и формирования новых специфических (водорастворимых и химически активных) продуктов, а с другой – экологические особенности взаимосвязи живых организмов со средой их обитания: в нашем случае, с подзолистыми почвами. Поэтому исследование ВОВ – это экологическая задача.
При изучении водной миграции ВОВ с помощью их сорбции на активированном угле в колонках, по схеме Форсайта–Яшина [308] в составе ВОВ выделяются две группы органических соединений: индивидуальные (ИОВ – десорбируемые с угля 90%-м водным ацетоном) и специфические (фульвокислоты – ФК). Данные группы мобильных органических веществ генетически взаимосвязаны, но ФК более химически активны и устойчивы к биодеградации.
В 2016 году нами был проведен на кафедре экологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева модельный лабораторный опыт с негумифици-рованными листьями дуба и хвоей ели в условиях избыточного увлажнения (затопление дистиллированной водой) в течение 324 суток. Опыт проводился в темноте, при комнатной температуре, в стеклянных толстостенных сосудах емкостью 5 л – для имитации условия затопления растительных остатков в верхней части почв блюдцеобразных западин и заболоченных понижений Юрьев-Польского Ополья. Воздушно-сухая масса грубо измельченных листьев дуба, как и хвои ели, составила 145 г, объем воды – 3,2 л. По мере испарения воды из сосудов, воду доливали. Периодически измеряли рН растворов и отбирали элюаты по 50 мл для фракционирования на активированном угле по схеме Форсайта–Яшина [308].
Согласно полученным в опыте результатам, для растительных остатков хвои ели была характерна «колоколообразная» форма динамики ВОВ с их максимумом на 90 сутки. Концентрация Сорг ВОВ с 405 мг/л на третьи сутки (рН 5,2) увеличилась до 1438 мг/л на 90 сутки затопления опада, а рН достиг 4,4. Исходно желтый с буроватым оттенком цвет раствора с ВОВ постепенно бурел. Хвоинки ели всплыли в сосуде, и сверху покрылись белой плесенью. На 320-е сутки концентрация ВОВ в элюате стала минимальная – 183 мг/л. Величина рН достигла 4,1.
Подобная динамика ВОВ связана сначала с активной мобилизацией ВОВ из биополимеров растительного опада. Но со временем компоненты ВОВ, взаимодействуя между собой и с катионами, выпадали в осадок. Также не исключена сорбция ВОВ из раствора лигнином и клетчаткой хвои ели.
Концентрация веществ в группе неспецифических органических веществ (ИОВ) в течение длительного времени изменялась очень незначительно: с 47,5% на 3-и сутки до 49,0% на 275-е сутки. Соответственно, 52,5% и 51,0% приходилось на группу органических веществ специфической природы – фульвокислоты и их соли.
Только на 320-е сутки концентрация неспецифических органических веществ (полифенолов и органических кислот) резко уменьшилась до 14,7% в составе ВОВ. Естественно, возросла концентрация специфических органических веществ, предположительно относимых к ФК: до 85% в составе ВОВ, десорбируемых 2%-м раствором NH4OH из хроматографической колонки с активированным углем – то есть, можно предположить, что сформировались устойчивые к биодеградации фульвокислоты.
Для листьев дуба результаты опыта были иные: отмечена «пилообразная» форма динамики ВОВ. На 25-е сутки концентрация Сорг ВОВ в растворе была почти такой же высокой, как и в опыте с хвоей ели – 1125 мг/л. Затем, на 90-е сутки, концентрация ВОВ снизилась до 405 мг/л – по-видимому, произошла иммобилизация ВОВ с сорбцией их молекул биополимерами листьев дуба – лигнином и клетчаткой (не исключено и осаждение части ассоциатов ВОВ).
К 225-м суткам вновь обнаружен резкий скачок мобилизации ВОВ из биополимеров листьев дуба: концентрация ВОВ достигла 1570 мг/л по Сорг. Цвет раствора был буро-черный, величина рН составила 4,6. На 320-е сутки концентрация ВОВ в растворе снова резко уменьшилась: до 90 мг/л из-за осаждения ВОВ. Величина рН составила 5,2, раствор стал желто-бурый. На листьях была отмечена белая плесень.
По-видимому, важную роль в процессах мобилизации ВОВ и их трансформации в растворе сыграли компоненты золы листьев дуба. Их зольность достигает 12,7%, в составе золы преобладали Ca, Si, Fe, K, Mg. При их высвобождении возможно осадкообразование с утратой яркой кислотности ВОВ.
Действительно, в составе неспецифической группы ВОВ растворов из листьев дуба, десорбируемых 90%-м водным ацетоном с активированного угля колонки, преимущественно были диагностированы вещества полифе-нольной природы (73% от массы ВОВ) и в меньшей мере – органические кислоты. В то время, как в растворах из хвои ели заметно преобладали низкомолекулярные органические кислоты, а полифенолы составили только 17-18,5% – на фоне низкой зольности хвои (2,4-2,7%). Вот почему в ельниках может отмечаться более интенсивный кислотный гидролиз почвенных минералов – в сравнении с почвами фации дуба.
Полифенольные органические вещества при взаимодействии с ионами Fe3+ образуют почти черного цвета почвенные растворы, характерные для почв в фациях дуба. При их нисходящей миграции исходно палевые лессовидные суглинки (особенно содержащие не выщелоченные карбонаты кальция) активно поглощают такие органоминеральные соединения. Минеральный субстрат окрашивается в темный, иногда – почти черный цвет. Со временем формируется мощный горизонт А1. Мы предполагаем, что так могли сформироваться темноцветные дерновые почвы Ополья и в условиях локальных фаций дуба, которые иногда встречаются и в биогеоценозах южной тайги Юрьев-Польского Ополья – особенно, при наличии карбонатных покровных суглинков.
В ельниках Юрьев-Польского Ополья экологическая ситуация развивалась иначе. ВОВ, мобилизуемые из хвои ели лесной подстилки и содержащие значительные количества алифатических органических кислот, оказывали влияние на кислотный гидролиз почвенных минералов – одну из стадий процесса подзолообразования, а затем участвовали в профильном перераспределении его продуктов. Так формировались почвы, похожие на современные дерново-подзолистые.
Для проверки сорбции наиболее химически активных и специфических органических веществ фульвокислот образцами дерново-подзолистой почвы из их водного раствора, нами был проведен другой модельный опыт: в хроматографических колонках с близкими дерново-подзолам Юрьев-Польского Ополья почвами Лесной Опытной Дачи РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.
Сначала из горизонта А1 контактно-осветленного супесчаного дерново-подзола был выделен препарат фульвокислот (ФК) по методу Форсайта–Яшина сорбцией и фракционированием сернокислотной вытяжки из почвы на активированном угле. После очистки ФК на катионите КУ-2 в Н+ форме препарат фульвокислот имел зольность 0,34%. Это очень высокая степень очистки препарата фульвокислот, при которой функциональные группы ФК не блокированы катионами и химически активны, т. е. могут диссоциировать [270, 271].
Экологическая оценка поверхностных вод Юрьев-Польского Ополья и Центрально-лесного заповедника
При оценке экологической ситуации в экосистемах Юрьев-Польского ополья (наряду с диагностикой генезиса и экологического состояния почв), необходимо охарактеризовать водные источники – как местные базисы эрозии. В них и аккумулируются мигранты из почвенного покрова и прилегающих ландшафтов.
Наши лизиметрические исследования в почвах лесных и аграрных экосистем указывают на активную миграцию водорастворимых органических веществ (ВОВ). Например, в лесных фоновых почвах ЦЛГПБЗ вынос варьирует в пределах 5,9±2,4 - 19,8±3,8 г/м2 Сорг ВОВ. Здесь же отмечен активный вынос соединений Fe: от 137±67 до 487±45 мг/м2, Железо мигрирует как в форме комплексных Fe-органических соединений (41,8±1,9 - 67,2±4,8% от общей массы мигранта), так и в форме коллоидов -гидрозолей гидроксида Fe под «защитой» ВОВ.
Супесчаные горизонты дерново-подзолов контактно-осветленных, развитых на двучленных породах, в период дождей прокрашиваются ВОВ при миграции, и непрочно удерживаются супесью. ВОВ затем проникают в грунтовые, а затем и речные воды. Генетическая взаимосвязь продуктов таежного гумусообразования (миграции компонентов ВОВ) с составом поверхностных вод – рек, озер и прудов – позволяет уточнить особенности генезиса почв и почвообразующих пород.
Эффективным сорбционным барьером для соединений Fе являются карбонаты кальция, но почвообразующие породы на наших стационарах в Юрьев-Польском Ополье и Центрально-лесном заповеднике (ЦЛГПБЗ) преимущественно слабо- или бескарбонатные (СаСО3 отмечены в форме дресвы и щебня), поэтому поверхностные воды имеют высокую концентрацию ВОВ и Fe3+.
Даже локальное присутствие карбонатно-кальциевых барьеров миграции в почвах и подстилающих породах Ополья, далеко не всегда гарантирует защищенность поверхностных вод от ВОВ и соединений Fe-ВОВ. Как отмечалось в исследованиях некоторых авторов [233], преимущественные потоки влаги (в период выпадения обильных атмосферных осадков летом и снеготаяния весной) приводят к быстрому сквозному массопереносу влаги и растворенных веществ за пределы профилей почв, и латеральному потоку мигрантов с разгрузкой в местных базисах эрозии – реках и озерах.
При исследовании поверхностных вод прудов ОАО «Дружба», реки Трубеж и Плещеева озера Юрьев-Польского Ополья отбор проб воды из ближнего пруда ОАО «Дружба» (на въезде в д. Дубки) и пруда у д. Михалево проводили в июле 2014 и 2015 гг. В водах прудов изучали кислотность (рН), сухой остаток, концентрацию Fe, цвет.
Величина рН вод ближнего пруда, с повышенным уровнем антропогенной нагрузки, слабощелочная – 8,1 - 8,3. Концентрация Сорг ВОВ составляет 28,7 мг/л. Концентрация Fe3+ – 0,7 мг/л (при значении ПДК 0,3 мг/л). Повышенные концентрации в оде пруда ВОВ и Fe3+ хорошо согласуются с их выраженным вертикальным стоком и латеральным переносом в оглеееных дерново-подзолах и дерново-подзолистых почвах окружающих пруд полей с широким распространением эродированных и смыто-намытых почв с ярко выраженной плужной подошвой.
Прозрачность воды – низкая: 12-15 см (по методу креста в цилиндре), цвет зеленоватый. Запах воды слабо затхлый. Здесь не рекомендуется купаться, поскольку после купания на коже возможна аллергия. Таким образом, экологическое состояние вод ближнего пруда ОАО «Дружба» оценивается как неудовлетворительное.
В дальнем пруду у д. Михалево качество воды заметно лучше: близкая к нейтральной реакция среды с рН 6,7-6,9. Вода бесцветная и более прозрачная: крест виден в цилиндре при глубине 29-33 см. Концентрация Сорг ВОВ составляет 13,5 мг/л, что в 2 раза ниже, чем в ближнем пруду. Концен трация Fe3+ – 0,24 мг/л, что несколько меньше ПДК (0,3 мг/л) и почти в 3 раза ниже, чем в ближнем пруду.
Здесь по берегам преобладают сенокосы, реже встречаются эродированные почвы. Слабее выражена вертикальная миграция ВОВ и Fe3+в верхних горизонтах почв и в почвенном покрове присутствуют остаточно карбонатные почвы на карбонатных покровных суглинках с выраженным барьером миграции в средней части почвенного профиля (см. табл. 16 и 17). В этом пруду много рыбы, и донные осадки пруда слабо заилены из-за отсутствия выраженной водной эрозии.
Таким образом, гидрохимический состав поверхностных вод небольших замкнутых водоемов Юрьев-Польского Ополья отражает экологическую ситуацию в окружающих наземных экосистемах и их почвенном покрове: прежде всего – эрозию, а также наличие выраженного вертикального и латерального стока водорастворимых органических веществ и Fe3+, которые в значительной мере зависят от степени антропогенной нарушенности почв и наличии в почвенном профиле геохимических барьеров.
Экологическое состояние воды наиболее крупных из близких водоемов: реки Трубеж и Плещеева озера (табл. 19) в целом неблагоприятно для человека и водопользования. Параметры биохимического и химического потребления кислорода в воде реки и озера при ее впадении, соответственно, более чем в 3 раза (БПК) и в 2-7,5 раза (ХПК) превышают установленные для них предельно допустимые показатели. Концентрация Fe3+ – составляет 0,74 и 0,78 мг/л, что в 2,5 раза выше ПДК.
В воде Плещеевого озера вблизи устья реки Трубеж отмечена недопустимо высокая концентрация катионов аммония – 4,7±0,8 мг/л. Это указывает на загрязненность озера сточными водами. Реакция среды во всех точках отбора на единицу сдвинута в слабощелочной интервал.
Правда, при значительном удалении от устья реки Трубеж качество воды в Плещеевом озере по большинству показателей становится значительно лучше, но проблемы с повышенным содержанием Fe3+ и, особенно, высоким значением БПК (в значительной мере, связано с концентрацией ВОВ) – остаются.
Почвенно-грунтовые воды, дренирующие дерново-подзолистые почвы и дерново-подзолы контактно-осветленные на двучленных отложениях Юрьев-Польского Ополья при отстаивании имеют желтый цвет со слабым буроватым оттенком и отличаются средней концентрацией ВОВ (22,4±2,1 мг/л Сорг).
Реакция среды грунтовых вод Ополья колеблется от слабокислой (с рН 5,7) до близкой к нейтральной (с рН 6,1) за счет относительно неглубокого (2,5-3,2 м) залегания дресвы и щебня СаСО3. Концентрация катионов Са2+ повышенная – 16,8±3,9 мг/л, а ионов Na+ – 5,5±0,8.
В этих водах отмечена высокая концентрация Fe3+ – 1,2±0.1 мг/л, что и объясняет повышенную (выше норматива ПДК) концентрацию железа в реке Трубеж и воде Плещеева озера. Мобилизация в почвенный раствор Fe3+ связана с процессами глее- и подзолообразования, включая: мобилизацию ВОВ (органических кислот и полифенолов), реакции восстановления оксидов металлов, кислотный гидролиз минералов и выщелачивание продуктов почвообразования. Эти процессы обусловливают и заметную концентрацию гидроксидов кремния и марганца. В качестве фоновых объектов на территории Центрально-лесного биосферного заповедника были выбраны река Межа и Большой пруд ЦЛГПБЗ (табл. 21). Как и в случае предыдущих водных объектов отмечается значительное превышение ПДК по содержанию Fe3+ и значению БПК (в значительной мере, связано с концентрацией ВОВ).