Ecological-geochemical assessment of the Sorochinskie Mountains soils (Samara Region)

Full Text

Сорочинские (Сорокинские) горы – ороним, заимствованный нами из народной речи и обозначающий возвышенную, преимущественно лесистую территорию, расположенную в южной части Сокольих гор Среднего Поволжья, простирающуюся в субмеридиональном направлении вдоль левого берега Саратовского водохранилища на отрезке между Коптевым и Студеным оврагами. Необходимость введения в научный оборот вышеуказанного оронима вызвана практическими задачами, возникающими при проведении биолого-географических и эколого-геохимических исследований и связанными с точной привязкой выявленных природных (в первую очередь ботанических, зоологических, почвенных, геолого-геоморфологических) объектов и эталонных участков (пробных площадей) к конкретной местности.

Существующие ныне немногочисленные официальные географические названия составных частей Сокольих гор (Кузнецова гора, гора Тип-Тяв, Лысая гора) никак не отвечают запросам, связанным с точной пространственной локализацией обнаруженных природных объектов. В частности, невозможно однозначно установить территориальные границы памятника природы Самарской области, известного под названием «Сокольи горы и берег Волги между Студеным и Коптевым оврагами» [1]. По названию регионального памятника природы трудно понять, все ли это Сокольи горы (включая гору Тип-Тяв и Кузнецову гору) или же это только самая южная часть возвышенности Сокольих гор, расположенная на отрезке между Студеным и Коптевым оврагами.

Другой пример подобного рода мы обнаруживаем в монографии Н.С. Щербиновского [2], который в 1916 г. осуществил лепидоптерологическое и ботаническое обследование территории Сокольих гор. В наиболее возвышенной западной части Сокольих гор (с вершиной Тип-Тяв) Н.С. Щербиновский полевые работы не производил, а под Сокольими горами он понимал возвышенность, которая в данной статье названа Сорочинскими горами. Подобные разночтения полностью исключаются в том случае, когда для обозначения орографического объекта, простирающегося между Коптевым и Студеным оврагами, будет использоваться собственное географическое название – Сорочинские горы.

За последние два столетия на эколого-геохимическое состояние почвенного покрова Сорочинских гор деятельность человека оказывала неодинаковое воздействие. В досоветский период Сорочинские горы являлись глухой, почти ненаселенной и хозяйственно неосвоенной местностью. Так, в 1859 г. наиболее крупный населенный пункт – владельческая деревня Сорокин хутор (Димитриевское) – насчитывал всего 15 дворов и 113 жителей [3, с. 3–19]. Во время исследований Н.С. Щербиновского [2], кроме Сорокиных хуторов, в Сорочинских горах имелись дачи В.М. Казакова, Н.И. Сергеева и Головнина, домик лесника, а почти все поля в урочище Мазин угол распахивались под сельскохозяйственные культуры.

О незначительном уровне антропогенного воздействия (АВ) на природную среду Сорочинских гор в досоветский период косвенно свидетельствует описание Коптева оврага, сделанное Н.С. Щербиновским: «Какое здесь дикое и нетронутое место! По дну оврага, где потоки вешних вод проложили себе извилистое русло, усеянное скругленными известняковыми валунами, вьется малоезженная дорога. Тут в сырых тенистых местах много листьев Tussilago farfara, Mentha arvensis, Equisetum pratense и блестящих кожистых Asarum europaeum; тут же стелются побеги Lysimachia nummularia и многочисленные папоротники, с преобладанием Cystopteris fragilis… Какое красивое место в этом овраге, где дорога проходит между двух громадных каменных глыб, сорвавшихся некогда с вышины. Камни эти, сажени 2½ вышиною, все покрыты зеленым ковром мхов… А за этими валунами видны лесистые склоны и среди них скала с одинокой сосной на вершине» [2, с. 113]. Разумеется, что в наше время в Коптевом овраге не найти скалы с одинокой сосной на вершине и огромных замшелых каменных глыб, а некогда малоезженая лесная дорога превратилась в достаточно оживленную грунтовую дорогу, связывающую поселок Управленческий с дачным массивом на побережье Саратовского водохранилища. По обочинам грунтовой дороги ныне произрастают во множестве сорные (заносные) виды растений, а в некоторых местах устроены свалки бытового мусора.

В советский период уникальная природная среда Сорочинских гор подверглась различным видам АВ (прокладка грунтовых дорог, лесных просек и линий электропередач, вырубка леса и изменение состава древесных пород, туристско-рекреационное освоение, замусоривание, антропогенные пожары). Началось автотранспортное загрязнение почвенного покрова природоохранной территории.

В постсоветский период первостепенное значение приобрели следующие виды АВ: повсеместное замусоривание территории Сорочинских гор, связанное с неорганизованной туристско-рекреационной деятельностью, проведением массовых спортивных мероприятий и рыбалкой; возникновение новых туристических стоянок и кострищ; образование стихийных, несанкционированных свалок строительного и бытового мусора; автотранспортное загрязнение придорожных почв и развитие транспортной эрозии вследствие бесконтрольной езды на автомобилях, квадроциклах и мотоциклах по грунтовым дорогам и бездорожью; разрушение маломощного почвенного покрова на безлесных западных склонах в результате тропинчатой эрозии; уничтожение диких растений и животных, в том числе краснокнижных видов.

Вместе с тем г.о. Самара, как крупный промышленный центр с более чем миллионным населением, должна быть весьма заинтересована в сохранении природы Сорочинских гор, расположенных в границах городского округа. Сорочинские горы являются важнейшей частью механизма самоочищения природной среды урбанизированной части городского округа и рекреационной зоной для населения мегаполиса. Сохранение природной среды Сорочинских гор, подверженных АВ, возможно только путем присвоения им более высокого природоохранного статуса [4] и развития организованного экологического туризма.

Гомеостаз экосистем Сорочинских гор в условиях массированного вторжения человека в природную среду с прежде ненарушенными или малонарушенными экосистемами может быть обеспечен с помощью мониторинга за состоянием всех компонентов ландшафта. В настоящей статье мы акцентируем внимание на вопросе о качественной и количественной оценке техногенного загрязнения почвенного покрова.

Первые эколого-геохимические исследования в Сокольих горах были произведены на территории их западной части, примыкающей к Усть-Сокскому (Западному) карьеру, и в пределах самого карбонатного карьера. Результаты эколого-геохимических исследований были опубликованы в цикле статей [5–8] и проанализированы в диссертационной работе М.В. Самыкиной [9].

В 2015 г. авторы статьи осуществили маршрутное эколого-геохимическое обследование территории Сорочинских гор. В пределах основных растительных сообществ [10] были выделены эталонные участки, с которых по общепринятой методике отбирались образцы почв для проведения химического анализа. Содержание тяжёлых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb) в почвенных образцах определялось в специализированной лаборатории атомно-абсорбционным методом. Выбор указанных выше химических элементов для сравнительного эколого-геохимического анализа почв был обусловлен значительным присутствием этих элементов в техногенных потоках загрязнения на территории г.о. Самары [11; 12].

Расположенные в Сорочинских горах эталонные участки испытывают неодинаковое АВ. Эталонный участок № 1 (березняк) находится в зоне рекреационного воздействия с ограниченным и нерегулярным загрязняющим воздействием автотранспорта. Эталонные участки № 2 (кленовник) и № 3 (осинник) расположены в зоне регулярного воздействия автотранспорта, поскольку находятся по разным сторонам грейдерной дороги. Эталонный участок № 4 (каменистая степь) располагается на южном склоне вне зоны воздействия автотранспорта, но испытывает туристско-рекреационное воздействие в теплое время года. Эталонный участок № 5 (дубрава кленовая) находится между грунтовой лесной дорогой и эталонным участком каменистой степи и эпизодически подвержен загрязняющему воздействию автотранспорта.

В Сорочинских горах в качестве почвообразующих пород выступают карбонатные отложения разного литологического состава и возраста. Согласно данным геологических исследований, Сорочинские горы слагаются породами приуральского и биармийского отделов пермской системы. Приуральский отдел представлен кунгурским ярусом, сложенным белыми мягкими землистыми и песчаниковидными доломитами, перекрытыми плотными, твердыми, местами ноздреватыми или рыхлыми белыми и серыми доломитами с прослоями и линзами ангидритов и гипса. Биармийский отдел представлен казанским ярусом, в пределах которого выделяются нижний и верхний подъярусы. В нижнеказанском подъярусе на прослое серой глины залегают светло-серые толстослоистые, ноздреватые, иногда кремнистые доломиты, перекрытые пачкой тонкослоистых доломитов, среди которых преимущественное развитие получают мягкие белые мучнистые доломиты. Слой тонкослоистых доломитов содержит положительные и отрицательные оолитовые разности; сверху на нём располагается небольшая толща гипсов с прослоями доломитов. Верхнеказанский подъярус в своей нижней части слагается ангидритами с прослоями доломитов. Верхняя часть верхнеказанского подъяруса состоит из известняков, доломитов и мергелей с прослоями ангидритов и гипса [13–15]. Отвесные скальные обрывы (массив с пещерой Братьев Греве, Нижний Барсук, Козерожки, Малые Козерожки) сложены известняково-доломитовыми брекчиями.

Геохимические особенности почв Сорочинских гор во многом зависят от литологического состава почвообразующих пород, благодаря которым почвы обогащаются такими элементами, как Ca, K, Mg и Si. Известно также, что растворимые формы тяжёлых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd и др.) при взаимодействии с карбонатными породами (известняками и доломитами) образуют труднорастворимые карбонатные соединения, накапливающиеся на карбонатном геохимическом барьере [16]. Поэтому при выветривании или техногенной трансформации литогенной основы карбонатные горные породы могут служить источниками тяжёлых металлов для почв и других компонентов окружающей природной среды.

В Сорочинских горах широко распространены темно-серые лесные почвы суглинистого и глинистого гранулометрического состава [15; 17]. В табл. 1 представлены некоторые морфолого-химические данные почв применительно к основным растительным сообществам эталонных участков № 1–5. Данные табл. 1 показывают, что почвы имеют относительно небольшую мощность генетического профиля и его гумусового горизонта, что особенно характерно для эталонного участка № 4, расположенного на крутом склоне каменистой степи. Вопреки литературным данным [15; 17], относящим почвы Сорочинских гор к малогумусным, обследованные почвы эталонных участков (соответственно дубравы кленовой, осинника, кленовника и березняка) показали содержание гумуса в пределах 5,90–7,47%. Минимальное количество гумуса (3,00%) зарегистрировано для эталонного участка каменистой степи, на котором в условиях повышенной сухости климата произрастала изреженная и фрагментарная растительность.

Таблица 1 – Общая характеристика почв эталонных участков в Сорочинских горах

Реакция почвенного раствора на эталонных участках Сорочинских гор варьирует в интервале от слабокислой до близкой к нейтральной (изменяется от 5,96–6,81 в почвах кленовой дубравы, осинника и кленовника и до 7,20–7,27 в почвах под березняком и каменистой степью).

Близость промышленной и селитебной зоны г.о. Самары как источника поступления тяжёлых металлов, некоторые свойства самих почв (карбонатность, повышенное количество гумуса, суглинистый и глинистый гранулометрический состав), формирующихся на карбонатных почвообразующих породах – все это благоприятствует накоплению тяжёлых металлов в ландшафтах Сорочинских гор. Благоприятные условия для накопления тяжёлых металлов в определенной степени подтверждаются корреляционным анализом, установившим значимую положительную связь между накоплением тяжёлых металлов и количеством гумуса (коэффициент корреляции r от 0,4 до 0,7); менее значимую, но достоверную связь с мощностью подстилки и степного войлока (r от 0,3 до 0,6) и гумусового горизонта (r = 0,4 для Zn, Cu и Pb). Содержание тяжёлых металлов в почвах Сорочинских гор, фоновые показатели и ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических элементов показаны в табл. 2.

Таблица 2 – Содержание тяжёлых металлов в почвах эталонных участков Сорочинских гор (данные 2016 г.) в сравнении с имеющимися нормативными показателями, мг/кг

Поскольку в настоящее время в Российской Федерации отсутствуют официально утверждённые предельно допустимые концентрации (ПДК) валовых форм Cu, Zn и Cd в почвах, то при проведении сравнительного эколого-геохимического анализа нами были использованы ОДК этих химических элементов, разработанные применительно к нейтральным и близким к нейтральным суглинистым и глинистым почвам [19]. По общетоксикологическому нормативу, ПДК и ОДК, принятым в Российской Федерации, исследуемые химические элементы принадлежат к трем классам опасности – сильноопасным (Pb, Cd), умеренноопасным (Cu) и слабоопасным (Zn) [20].

При проведении эколого-геохимических исследований нередко возникает проблема выбора фоновых показателей для установления повышенных или пониженных концентраций химических элементов по сравнению со средним уровнем их содержания. Фоновые валовые концентрации тяжёлых металлов для почв Самарской области были определены на рубеже XX–XXI вв. [21; 22], однако их нельзя использовать в данном случае, так как для Сорочинских гор анализ осуществлялся атомно-абсорбционным методом, а для региона в целом – методом характеристического рентгеновского излучения. Поэтому в отношении почв Сорочинских гор мы руководствовались двумя подходами к выбору фоновых значений (табл. 2). Во-первых, были задействованы показатели содержания тяжёлых металлов в почвах Столового склона (находится в западной части Сокольих гор), которые ранее уже применялись в качестве контрольных при изучении почв Усть-Сокского карьера [6]. В полной мере «фоновыми» показатели содержания тяжёлых металлов в почвах Столового склона считать не корректно, поскольку Сокольи горы расположены в зоне техногенного воздействия со стороны промышленных предприятий и автотранспорта г.о. Самары. Тем не менее показатели почв Столового склона можно использовать при сопоставлении с аналогичными показателями почв, отобранных с эталонных участков соседних Сорочинских гор. Во-вторых, в качестве региональных фоновых показателей использовались данные М.В. Ларионова [18], предложенные для почв территории Среднего и Нижнего Поволжья. Данные М.В. Ларионова характеризуют содержание тяжёлых металлов в почвах минимально подверженного АВ степного участка (и прилегающего к нему участка пойменной дубравы), расположенного в Балашовском районе Саратовской области.

Содержание Cd в почвах эталонных участков Сорочинских гор находится в интервале от 0,109 под Acer platanoides L. до 0,780 мг/кг под Betula pendula Roth и Populus tremula L. Оба фоновых показателя содержания Cd оказались достаточно близкими и были заметно превышены только в почвах березняка и осинника. Концентрации Cd в почвах эталонных участков существенно уступают показателям ОДК этого химического элемента (табл. 2).

Наивысшая степень варьирования концентрации в почвах Сорочинских гор была выявлена для Cu (от 1,84 мг/кг в почвах каменистой степи до 224,0 мг/кг в почвах кленовника). Более высокий уровень накопления Cu, в сравнении с почвами каменистой степи, был выявлен для почв кленовой дубравы (5,4 мг/кг), расположенной невдалеке от участка каменистой степи. Средние концентрации Cu были выявлены в почвах березняка и осинника. Для фоновых концентраций Cu обнаружились существенные различия (134,0 мг/кг – в почвах Столового склона и 22,0 мг/кг – в почвах степного участка, сопряженного с участком пойменной дубравы [18]). В сравнении с фоновым показателем для Среднего Поволжья превышение концентраций Cu выявлены в почвах кленовника (в 10 раз) и осинника (в 3 раза). Концентрация Cu в почвах березняка совпадала с фоновым показателем. Содержание Cu в почвах кленовника превысило ОДК в 1,7 раза (табл. 2).

Концентрация Pb в почвах эталонных участков Сорочинских гор варьировала в пределах от 12,0 до 51,8 мг/кг. Максимальные показатели были установлены для почв осинника, средние – для березняка, кленовника и дубравы, минимальные – для каменистой степи. Выбранные нами фоновые показатели отличались в 2 раза (24,5 и 11,2 мг/кг соответственно). Фоновый показатель для Сокольих гор был превышен в 2 раза в почвах осинника, а концентрации Pb в почвах березняка и кленовника ненамного превышали этот фон. Региональная фоновая концентрация, предложенная М.В. Ларионовым [18], в той или иной степени была превышена в почвах всех эталонных участков (с максимумом в почвах осинника). Содержание Pb в почвах эталонных участков не превышало ОДК. Самый низкий уровень накопления Pb был установлен в почвах каменистой степи (табл. 2).

Сравнительный анализ выявил высокое содержание Zn в почвах эталонных участков Сорочинских гор. Концентрация Zn в этих почвах варьировала от 162,0 до 440,0 мг/кг и существенно превышала оба фоновых показателя. Уровень ОДК был превышен в почвах под березняком в 2 раза, а под кленовником и осинником в 1,5 раза. По уровню накопления Zn почвы эталонных участков образуют следующий убывающий ряд: березняк > кленовник > осинник > дубрава кленовая > каменистая степь. Факт обогащения почв эталонных участков Сорочинских гор Zn требует подробного изучения, но уже сейчас можно полагать, что определенное количество Zn поступает в верхние горизонты почв Сорочинских гор из карбонатных материнских пород, поскольку в карбонатных породах всегда находится некоторое количество карбонатов Zn и других тяжёлых металлов. Нельзя исключать и влияние техногенеза, однако конкретные источники поступления Zn в пределы исследуемой территории пока не выявлены.

Таким образом, предварительный эколого-геохимический анализ позволяет заключить, что важной особенностью почв эталонных участков Сорочинских гор является их значительное обогащение Zn и в меньшей степени – Pb и Cu. Содержание Cd в почвах эталонных участков не достигает опасного уровня, хотя в почвах березняка и осинника оно заметно превышает местный и региональный фон. В целом, тяжёлыми металлами наиболее загрязнены почвы березняка, кленовника и осинника. Почвы кленовой дубравы и каменистой степи, залегающие на удалении от грунтовых автомобильных дорог, имеют более низкий уровень накопления тяжёлых металлов. Влияние типа растительного сообщества на накопление тяжёлых металлов в почвах Сорочинских гор требует специального изучения, однако полученные нами данные уже теперь свидетельствуют о том, что лесные почвы более загрязнены тяжёлыми металлами, чем почвы открытого пространства каменистых степей.

About the authors

Nataliya Vladimirovna Prokhorova

Author for correspondence.
Email: natali.prokhorova.55@mail.ru

doctor of biological sciences, professor of Ecology, Botany and Nature Protection Department

Aleksey Alekseevich Golovlyov

Email: progol94@mail.ru

doctor of geographical sciences, professor of World Economy Department

Yulia Vladimirovna Makarova

Email: aconithum@yandex.ru

candidate of biological sciences, senior lecturer of Ecology, Botany and Nature Protection Department

References

Supplementary files