ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 137CS КАК МАРКЕРА ЭРОЗИИ ПОЧВ ЗАПОВЕДНИКА «СТОЛБЫ»

Деградация почв на современном этапе антропогенного воздействия на окружающую среду, является большой проблемой. Основные нарушения, часто наблюдаемые в пределах особо охраняемых природных территорий и отражающиеся на почвенно-растительном комплексе и почвенной фауне, связаны с вытаптыванием. Оно проявляется в виде прямого механического повреждения растений и верхнего горизонта почв и в виде косвенного влияния – через ухудшение физических и химических свойств почвы. В момент пешей прогулки человек способен оказывать на почву давление до 47 кг/см² [2,6]. В пределах территорий с высокими показателями расчленения рельефа, подобный процесс наряду с уплотнением почвы приводит к снижению ее устойчивости, и, как следствие, эрозии сопровождающейся разрушением гумусового горизонта.

Таким образом, изучение эрозии почв имеет важное значение при оценке устойчивости ландшафтов горных территорий в целом, а особенно для ООПТ, когда данные о нарушении почвенного покрова могут являться важным механизмом регулирования потока посетителей и планирования защитных мероприятий.

В настоящей работе предпринята попытка использования радиоцезиевого метода для оценки величины эрозии почвенного покрова в пределах отдельных урочищ Государственного природного заповедника «Столбы». К преимуществам радиоцезиевого метода относят простоту осуществления полевого и лабораторного этапов работ; возможность проведения исследований без нанесения вреда почвенному покрову; возможность множественного площадного опробования почв и детального картографирования зон эрозии и аккумуляции вещества [1].

Исследования проводились в июле 2015 года на территории Государственного природного заповедника «Столбы». Исследуемый участок приурочен к склону юго-восточной экспозиции. Крутизна склона изменяется от 5° до 17°, уклон составляет 20%. В центральной части склона проложена пешеходная тропа, ведущая от «Перевала» вверх к скале «Слоник». В действительности пешеходный маршрут представляет здесь не отдельную тропу, а систему тропинок, растянувшуюся по поверхности склону на площади 1780 м². Данная тропа существует, вероятно, с первой половины XIX века, что соответствует началу посещения современной территории заповедника местными жителями с целью скалолазания. В.А. Обручев описывает, что уже в 1908 году на тропе, ведущей к центральным столбам, можно было за время подъема встретить несколько компаний постоянных посетителей – столбистов [3]. Посещали в это время территорию и люди, проездом оказавшиеся в Красноярске, что говорит о достаточной известности и освоенности маршрута уже более 100 лет.

На сегодняшний день тропа мало используется, ее заменил маршрут по лестничному подъему, который был построен в 2011 году, с целью снижения антропогенной нагрузки, в результате чего почвенно-растительный покров в настоящее время медленно восстанавливается.

Подстилка на тропах отсутствует, сложение верхнего минерального горизонта нарушено, часто отмечаются выходы на поверхность крупного щебня. Основные тропы имеют в разной степени выраженную форму лотка, что, учитывая средний уклон на рассматриваемом участке, превращают тропиночную сеть в систему быстрого сброса ливневых и талых вод, при этом значительная часть внутрипочвенного стока заменяется поверхностным. Это также способствует выносу за пределы биогеоценоза мертвого органического материала, гумусовых веществ и минеральных элементов при размывании верхнего аккумулятивного горизонта почвы.

Изучение морфологии и структуры кернов почв, отобранных вдоль поверхности склона из микроскважин ручным почвенным буром, свидетельствует о том, что в общем плане контуры пешеходной тропы за время ее существования значительно не изменялись. На удалении более 4 метров от ее текущих границ в почвенном профиле не фиксируется выраженных признаков деградации. Доминирующими древесными породами является пихта и сосна.

Активность ¹³⁷Cs в почвенных пробах определялась гамма-спектрометрическим методом на сцинтилляционном спектрометрическом комплексе МКГБ-01 «РАДЭК» с детектором БДЕГ-63 Nal (Tl) в геометрии сосудов Маринелли объемом 1 дм³.

Для сопоставления свойств почв и запасов в них ¹³⁷Cs на бывшей пешеходной тропе с фоновыми условиями, почвенные пробы были отобраны также под пологом пихтово-соснового леса на ненарушенных участках склона (многолетняя пробная площадь №10).

Отбор проб подстилки (О) выполнялся с фиксированной площади 0,12 м² - прямоугольник со сторонами 30х40 см и 0,16 м² - прямоугольник со сторонами 40х40 см. Подгоризонты OL, OF и OH отбирались совместно, без их разделения. Разделение подгоризонтов подстилки происходило в лабораторных условиях. На фоновых участках почвы хрящеватые, в составе почвенного мелкозема физическая глина составляет от 10 до 26 %. Объемный вес почв изменяется в интервале от 1,3 до 1,38 кг/дм³. рН водной вытяжки варьирует от 5,1 в подстилке до 5,7 в минеральных горизонтах.

В результате исследований было выявлено, что радиоактивный изотоп ¹³⁷Cs присутствует во всех подгоризонтах подстилки и гумусово-аккумулятивном горизонте. Запас изотопа в 30-см слое изменялся от 5550 до 5890 Бк/м2, в среднем составляя 5720±800 Бк/м². Около 94% от общего запаса 137Cs сосредоточено в грубогумусовом горизонте (Таблица 1).

Таблица 1.

Удельная активность и запас цезия-137 в почвах исследуемой территории

* абсолютно сухой вес

В пределах пешеходной тропы почвенный покров представлен остаточными фрагментами исходных буроземов грубогумусных, сильно деградированных.

Объемный вес почв изменяется в интервале от 1,67 до 1,97 кг/дм³ в среднем, составляя 1,80 ± 0,34 кг/дм³. Гамма-спектрометрическому анализу подвергался верхний слой деградированных почв в интервале глубин 0-0,1 м. Удельная активность цезия-137 изменялась от значений, находящихся за нижним пределом обнаружения аналитического комплекса (< 3,0 Бк/кг), до 18 Бк/кг. Усредненный запас изотопа цезия-137 в районе пешеходной тропы, на площади 1700м² составил 740 ± 124 Бк/м², крайние значения показателя варьируют от нижней границы детектирования (< 540) Бк/м², до 3240 Бк/м².

Хорошо известно, что в верхних почвенных горизонтах ¹³⁷Cs удерживается очень прочно [4,5]. Особенности гумификации и минерализации растительных остатков обусловливают то, что в буроземах присутствует сравнительно большое количество гумуса муллевого типа, который отличается высокой степенью дисперсности и тесной связью с минеральными компонентами, в составе которого высока доля бурых гуминовых (ульминовых) кислот. Такой гумус также способствует сохранению на месте как продуктов почвообразования, так и поступающих извне элементов.

Таким образом, потери ¹³⁷Cs почвенными горизонтами могут быть связаны лишь с их механической миграцией, за счет почвенной эрозии и в некоторой степени, вероятно, дефляции. Поскольку до 100% запасов ¹³⁷Cs связано именно с горизонтами O и AY, его потери прямо пропорциональны потере запасов материала верхних горизонтов почвы.

В среднем, суммарные запасы ¹³⁷Cs в горизонтах О и AY на фоновых участках исследуемого склона составляют 1430±460 Бк/м², в то время как запас изотопа в деградированных почвах в пределах сети пешеходных троп составил 740±310 Бк/м². Таким образом, за период времени от начала активного поступления изотопа ¹³⁷Cs в компоненты наземных экосистем (1949 г.) до момента наших исследований, потеря запасов изотопа почвенным покровом в пределах системы троп исследуемого склона достигла 52% относительно фоновых участков, что примерно соответствует потери 51% от запасов горизонта AY. Учитывая данные о физических свойствах почв и запасах почвенных горизонтов нетрудно подсчитать, что за 65-летний период почвенный покров склона в пределах системы пешеходных троп утратил относительно фоновых почв 97,2 тонны от сухой массы верхних почвенных горизонтов. В площадном выражении интенсивность эрозии составляла на исследуемом участке 546 т/Га за 65 лет, или 8,4 т/Га в год.

Список литературы

1. Голосов В.Н. Использование радиоизотопов при исследовании эрозионно-аккумулятивных процессов // Геоморфология. - 2000. - № 2. - С. 26-33.
2. Оборин М.С. Усть-Качкинская курортно-рекреационная зона как эколого-социально - экономическая система: дис. …канд. геогр. наук. -Пермь, 2007. - 225 с.
3. Обручев В.А. За тайнами Плутона / В. А. Обручев – М.: Издательство «Молодая гвардия», 1986. – 239 с.
4. Перетрухин В.В. Радиоактивное загрязнение древесины чернобыльской зоны // ИВУЗ. «Лесной журнал». - 2001. - № 2. – С. 25-29
5. Цветнова О. Б., Щеглов А.И. Роль лесных экосистем при радиоактивном загрязнении // Природа. 2001. №4. С.22-32.
6. Чижова В.П. Рекреационные нагрузки в зонах отдыха. - М.: Лесная промышленность, 1977. – 48 с.