Soil-ecological characteristic of the Forest experimental station of Russian State Agrarian University of Moscow Agricultural Academy by K.A. Timiryazev under plantings in the conditions of various anthropogenous loading

Cover Page

Abstract


The heavy metals circulating in the biosphere have a huge negative impact on ecosystem components. At the same time however, the real danger from the environmental pollution by the heavy metals (HM) is constituted not by gross volume of metals, but by their mobile forms as the last practically define the accumulation of elements in biomass and influence the biological activity of soils. Meanwhile, the level study of this question is very weak. The influence of soil consolidation on HM mobility is almost not unknown. In this regard at wood sites with unequal anthropogenic loading we have conducted researches which have demonstrated the dependence of toxic heavy metals forms, diverse by durability of communication, on the consolidation of soil. In many respects the density of soil profile defines the formation of the soil modes - water-air, temperature, oxidation-reduction, biochemical, and often makes decisive impact on demonstration of the soil main ecological functions, conditions of growth, development and efficiency of plants, microorganisms activity and soil fauna.

При проведении почвенного обследования на постоянных пробных площадях Лесной опытной дачи Российского государственного аграрного университета - Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева было отмечено, что на участках леса с преобладанием лиственницы в составе насаждений почва имеет очень рыхлое сложение, а в научных публикациях эта порода отмечается в условиях Лесной опытной дачи МСХА как самый жизнестойкий лесообразователь [4]. Ввиду того, что уплотнению подвергается поверхностный слой почвы, исследования объемной массы проводили для верхнего 6-сантиметрового слоя почвы. Лиственница обладает разрыхляющим почву свойством, что в сочетании с высокой пыле- и газоустойчивостью может делать ее хорошим лесообразователем в зонах повышенной рекреации. Были получены достоверные различия величины плотности почвы в зависимости от видового состава древесных пород и установлены разуплотняющие действия лиственничных древостоев на почву [1]. Установленная способность лиственницы разрыхлять почву и вместе с тем выявленное влияние уплотнения почвы на подвижность тяжелых металлов позволили проверить эту связь на примере лиственничных древостоев. С этой целью были подобраны и проанализированы пробные площади в лиственничных фитоценозах. Для сравнения разуплотняющего действия данной породы были изучены сосновые древостои. При выборе пробных площадей подбирались такие, где насаждения идентичны или близки по технологии посадки, составу, возрасту, и произрастающие в пределах одного почвенного типа [7]. Почвы под изученными насаждениями представлены одним почвенным типом - дерново-подзолистым и, несмотря на значительное сходство, имеют существенные различия по величине плотности, что связано с разрыхляющим действием лиственницы [2]. Результаты исследования форм ТМ в почве под насаждениями ЛОД МСХА (табл. 1-4) показали значительные различия в поведении тяжелых металлов в лиственничных и сосновых фитоценозах. Причем наибольшие различия отмечаются для свинцового и кадмиевого загрязнений (табл. 1-3). Как общая закономерность наблюдается уменьшение подвижных форм Pb и Cd под лиственничными древостоями. Cумма фракций обменного (вытяжка Са(NО3)2) и условно доступного (вытяжка СН3СООNН4) свинца, т.е. сумма подвижных форм данного элемента, в лиственничных экосистемах составляет 48,7-53,5% от валового, что на 15-20% меньше доли подвижного Pb в сосновых древостоях. Причем в составе подвижных фракций под лиственничниками доля наиболее мобильного свинца (вытяжка Са(NО3)2) значительно ниже, чем в сосняках, и составляет соответственно 27,3-36% и 45-46% [3]. Аналогичная зависимость установлена и в отношении кадмия. Под лиственничными древостоями содержание его подвижных форм колеблется от 59 до 66%, в то время как под сосновыми фитоценозами данная фракция составляет 78-81%. Снижение содержания легкодоступных форм тяжелых металлов в почвах под лиственничными древостоями уменьшает опасность поступления токсикантов в растения и тем самым сохраняет экологические функции данных фитоценозов. В поведении меди и цинка под изученными древесными породами существенных различий не установлено [5]. Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили взаимосвязь плотности почвы с подвижностью Pb. Аналогичная зависимость выявлена и для Cd. Таблица 1 Формы свинца в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое) Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL S мг/кг Содержание подвижного свинца, % мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг % Сосновые древостои 4А 18,00 ± ± 1,21 45,0 9,85 ± ± 0,81 24,7 9,92 ± ± 0,64 24,7 2,25 ± ± 0,15 5,7 40,7 69,5 4Е 20,55 ± ± 2,00 46,1 10,05 ± ± 0,9 24,4 10,85 ± ± 0,81 24,4 3,05 ± ± 0,24 6,8 44,50 68,7 Лиственничные древостои 5Р1 11,10 ± ± 0,94 35,8 5,20 ± ± 0,41 16,7 11,85 ± ± 0,91 38,0 2,85 ± ± 0,15 9,2 31,00 52,0 5Р2 12,65 ± ± 1,01 36,0 5,55 ± ± 0,43 15,9 13,1 ± ± 0,94 37,6 3,50 ± ± 0,24 10,0 34,80 51,9 7П 17,23 ± ± 1,10 27,3 13,54 ± ± 0,01 21,4 27,84 ± ± 1,74 44,2 4,40 ± ± 0,36 7,0 63,01 48,7 4 K 18,11 ± ± 1,34 35,4 7,20 ± ± 0,54 14,1 22,10 ± ± 1,56 43,2 3,70 ± ± 0,27 7,25 51,11 53,5 11 K 15,05 ± ± 1,28 31,0 9,27 ± ± 0,84 19,2 20,43 ± ± 1,56 40,3 3,55 ± ± 0,24 9,3 48,30 50,2 Примечание. Ca(NO3)2 - обменные формы; CH3COONH4 - условно доступные формы; 1н HCL - потенциально доступные (потенциально подвижные); 6н HCL - труднодоступные формы. Концентрацию подвижного свинца определяли путем суммирования концентрации Pb в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4. Таблица 2 Формы кадмия в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое) Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL S мг/кг Содержание подвижного кадмия, % мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг % Сосновые древостои 4А 1,70 ± ± 0,05 68,0 0,25 ± ± 0,08 10,0 0,35 ± ± 0,04 14,0 0,20 ± ± 0,012 8,0 2,5 78,0 4Е 1,75 ± ± 0,10 69,4 0,30 ± ± 0,02 11,9 0,35 ± ± 0,05 12,7 0,15 ± ± 0,01 2,55 2,55 81,3 Лиственничные древостои 5Р1 1,15 ± ± 0,075 50,0 0,31 ± ± 0,04 13,4 0,60 ± ± 0,04 26,1 0,25 ± ± 0,05 10,9 2,3 63,4 5Р2 1,00 ± ± 0,01 44,4 0,39 ± ± 0,02 17,3 0,61 ± ± 0,02 27,1 0,29 ± ± 0,02 12,9 2,25 61,4 7П 1,30 ± ± 0,10 55,3 0,25 ± ± 0,04 10,6 0,55 ± ± 0,05 23,4 0,25 ± ± 0,01 10,6 2,35 59,0 11 K 1,15 ± ± 0,08 54,7 0,21 ± ± 0,04 10,0 0,50 ± ± 0,04 23,8 0,24 ± ± 0,08 11,5 2,10 66,6 Примечание. Ca(NO3)2 - обменные формы; CH3COONH4 - условно доступные формы; 1н HCL -потенциально доступные (потенциально подвижные) формы; 6н HCL - труднодоступные формы; концентрацию подвижного Cd определяли путем суммирования концентрации Cu в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4. Таблица 3 Формы меди в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое) Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL S мг/кг Содержание подвижной меди, % мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг % Сосновые древостои 4А 1,90 ± ± 0,51 16,7 1,00 ± ± 0,05 8,8 6,10±0,04 53,7 2,35 ± ± 0,025 20,7 11,35 ± ± 0,16 25,5 4Е 1,95 ± ± 0,091 14,8 1,00 ± ± 0,05 7,6 7,45± 0,07 56,4 2,80 ± ± 0,15 21,2 13,20 ± ± 0,80 22,4 Лиственничные древостои 5Р1 1,70 ± ± 0,04 21,5 0,70 ± ± 0,05 8,8 3,15 7,45 ± ± 0,01 39,6 2,35 ± ± 0,04 29,6 7,95 ± ± 0,14 21 5Р2 1,50 ± ± 0,02 17,8 0,70 ± ± 0,05 8,3 4,40 ± ± 0,10 52,0 1,85 ± ± 0,05 21,9 8,45 ± ± 0,22 26 7П 1,55 ± ± 0,1 7,3 1,05 ± ± 0,06 5,0 13,20 ± ± 0,76 62,2 5,40 ± ± 0,36 25,5 21,20 ± ± 1,94 12 11 K 1,80 ± ± 0,05 12,8 1,25 ± ± 0,05 8,9 8,20 ± ± 0,10 58,3 2,80 ± ± 0,06 19,9 14,05 ± ± 1,06 22 Примечание. Ca(NO3)2 - обменные формы; CH3COONH4 - условно доступные формы; 1н HCL - потенциально доступные (потенциально подвижные) формы; 6н HCL - труднодоступные формы; содержание подвижной меди определяли путем суммирования концентрации Cu в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4. Таблица 4 Формы цинка в почвах насаждениями ЛОД МСХА (в верхнем 6-сантиметровом гумусовом слое) Квартал, пробная площадь Ca(NO3)2 CH3COONH4 1н HCL 6н HCL S мг/кг Содержание подвижного цинка, % мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг Сосновые древостои 4А 8,15 ± 0,65 12,40 ± 0,08 27,45 ± 1,05 28,70 ± 1,9 76,70 ± 1,9 26,8 4Е 8,20 ± 0,1 20,30 ± 1,64 46,45 ± 3,8 41,40 ± 3,1 116,35 ± 10,3 25 Лиственничные древостои 5Р1 5,15 ± 0,33 3,60 ± 0,21 28,20 ± 1,96 28,45 ± 2,02 71,40 ± 3,8 20 5Р2 5,25 ± 0,45 7,65 ± 0,54 35,25 ± 2,86 27,50 ± 1,84 75,65 ± 4,2 17 7П 7,40 ± 0,64 18,50 ± 1,53 68,90 ± 5,44 99,30 ± 8,41 194,10 ± 11,6 13 11 K 5,40 ± 0,41 13,55 ± 1,02 20,65 ± 1,64 31,35 ± 2,58 70,95 ± 5,4 27 Примечание. Ca(NO3)2 - обменные формы; CH3COONH4 - условно доступные формы; 1н HCL - потенциально доступные (потенциально подвижные) формы; 6н HCL - труднодоступные формы; содержание подвижной меди определяли путем суммирования концентрации цинка в вытяжках Ca(NO3)2 и CH3COONH4. Чистые лиственничные древостои (10 Лц) по сравнению с сосновыми снижают подвижные формы (вытяжки Са(NО3)2 и СН3СООNН4) данных элементов на 15-20%. Полученные результаты раскрывают один из механизмов, определяющих высокую продуктивность и устойчивость лиственницы в условиях повышенного антропогенного воздействия [6]. На ЛОД эта древесная порода формирует высшие бонитеты - 1а и даже 1б. Этот механизм заключается в снижении одних из наиболее опасных тяжелых металлов - свинца и кадмия в результате разуплотняющего действия данной древесной породы. Выявленную особенность лиственницы необходимо учитывать при подборе древесных пород в рекреационных целях для крупных промышленных городов. © Довлетярова Э.А., Мосина Л.В., Петровская П.А., 2016 REFERENCES [1] Dovletjarova Je.A. Dinamika chislennosti osnovnyh grupp mikrobnogo naselenija pod nasazhdenijami dubravy sosny s berezoj v uslovijah razlichnogo antropogennogo zagrjaznenija. Vestnik RUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo. № 1. M.: RUDN, 2006. S. 17-21. [2] Dovletjarova Je.A. Sostojanie sistemy «pochva-rastenie» v uslovijah goroda. M.: RUDN, 2006. [3] Dovletjarova Je.A., Stoljarova A.G., Mosina L.V. Vlijanie gorodskoj sredy na zagrjaznenie pochv tjazhelymi metallami v zavisimosti ot sostava i vozrasta lesnyh drevostoev (na primere lesnoj opytnoj dachi RGAU - MSHA im. K.A. Timirjazeva). Vestnik RUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo». № 5. M.: RUDN, 2012. S. 101-108. [4] Mosina L.V. Antropogennoe izmenenie lesnyh jekosistem v uslovijah megapolisa Moskva: Avtoref. diss. d-ra biol. nauk. 2003. [5] Mosina L.V., Dovletjarova Je.A. Mikrobiologicheskaja diagnostika problemnyh jekologicheskih situacij na ob’ektah rekreacionnogo pol'zovanija. Vestnik RUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo. № 5. M.: RUDN, 2013. S. 130-140. [6] Mosina L.V., Dovletjarova Je.A., Andrienko T.N. Lesnaja opytnaja dacha RGAU - MSHA im. K.A. Timirjazeva kak ob’ekt jekologicheskogo monitoringa lesnyh i lesoparkovyh landshaftov megapolisa Moskva. M.: RUDN, 2014. [7] Mosina L.V., Dovletjarova Je.A., Petrovskaja P.A. Mikrobiologicheskaja ocenka sostojanija lesnyh i lesoparkovyh jekosistem. Vestnik RUDN. Serija: Agronomija i zhivotnovodstvo. № 4. M.: RUDN, 2015. S. 42-51.

E A Dovletyarova

Peoples’ Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: kinet_ppa@mail.ru
Miklucho-Maklay str., 8/9, Moscow, Russia, 117198

L V Mosina

Russian State Agrarian University

Email: kinet_ppa@mail.ru
Timiryazevskaya str., 49, Moscow, Russia, 127550

P A Petrovskaya

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: kinet_ppa@mail.ru
Miklucho-Maklay str., 8/9, Moscow, Russia, 117198

Views

Abstract - 147

PDF (Russian) - 51

PlumX


Copyright (c) 2016 Довлетярова Э.А., Мосина Л.В., Петровская П.А.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.