CC BY
53
26. Skabichevskaya, N.A. Diatomei Teleckogo ozera i klimaticheskie rekonstrukcii poslednego tihsyacheletiya // Problemih rekonstrukcii klimata i prirodnoyj sredih golocena i pleyjstocena Sibiri. - Novosibirsk, 2000. - Vihp. 2.
27. Mitrofanova, E.Yu. Diatomovihe vodorosli v poverkhnostnom sloe donnihkh otlozheniyj Teleckogo ozera v rayjone khrebta Sofji Lepnevoyj / E.Yu. Mitrofanova, V.V. Kirillov, I.A. Starceva // Problemih rekonstrukcii klimata i prirodnoyj sredih golocena i pleyjstocena Sibiri. - Novosibirsk, 2000. - Vihp. 2.
28. Safonova, T.A. Materialih k izucheniyu vidovogo sostava vodorosleyj ozera Teleckogo (Gornihyj Altayj, Rossiya) / T.A. Safonova, E.Yu. Mitrofanova // Aljgologiya. - 1998. - T. 8. - Vihp. 1.
29. Skabichevskaya, N.A. Diatomovihe vodorosli v donnihkh otlozheniyakh Teleckogo ozera // Problemih rekonstrukcii klimata i prirodnoyj sredih golocena i pleyjstocena Sibiri. - Novosibirsk, 1998. - Vihp. 1.
30. Davihdova, N.N. Diatomovaya flora golocenovihkh otlozheniyj Ladozhskogo ozera // Iskopaemihe diatomovihe vodorosli SSSR. - M., 1968.
31. Mitrofanova, E.Yu. Sostav i kolichestvo diatomovihkh vodorosleyj v poverkhnostnom sloe donnihkh otlozheniyj meridionaljnoyj chasti Teleckogo ozera / E.Yu. Mitrofanova, V.V. Kirillov, I.A. Starceva // Problemih rekonstrukcii klimata i prirodnoyj sredih golocena i pleyjstocena Sibiri. -Novosibirsk, 2002. - Vihp. 3.
Статья поступила в редакцию 20.11.12
УДК 631.421.2
Filaretova A.N., Krechetov P.P., Korol'eva N. V., Dianova T.M. ASSESSMENT OF BUFFER CAPACITY OF PODZOLIC SOILS TO ACID PRECIPITATION. The results of model laboratory experiment on the influence of acid precipitation on chemical properties of podzolic soils widely spread in the Moscow region are presented. The influence of hydrochloric acid solution of different concentration on acid characteristics of soils and exchange bases was analyzed, and buffer capacity of soils to acidation was evaluated.
Key words: мodel laboratory experiment, chemical properties of soils in the Moscow region, buffer capacity of soils.
А.Н. Филаретова, м.н.с., МГУ им. М.В.Ломоносова, г. Москва; П.П. Кречетов, зав. лаб., канд. биол. наук, доц., МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва, E-mail: [email protected]; Т.В. Королева, зав. лаб., канд. географ. наук, МГУ, г. Москва, E-mail: [email protected]; Т.М. Дианова, с.н.с., МГУ, г. Москва, E-mail: [email protected].
ОЦЕНКА БУФЕРНОСТИ ПОЧВ ПОДЗОЛИСТОГО РЯДА К ИМПАКТНОМУ КИСЛОТНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ*
Представлены результаты модельного лабораторного эксперимента по влиянию кислых осадков на химические свойства почв подзолистого ряда, распространенных в Московской области. Проанализировано воздействие растворов соляной кислоты разной концентрации на кислотные свойства почв и содержание обменных оснований, дана оценка буферности почв к подкислению.
Ключевые слова: модельный лабораторный эксперимент, химические свойства почв Московской области, буферность почв.
Изучению устойчивости почв к кислотному воздействию посвящено достаточно много работ, рассматривающих различные аспекты этого вопроса [1-6]. Данное исследование направлено на изучение влияния импактных (разовых) кислых выпадений, возможных при утилизации твердотопливных ракет [7] в условиях определенной метеорологической обстановки, на свойства почв северо-восточной части Московской области. При утилизации твердотопливных ракет (РДТТ) происходит образование облака продуктов сгорания твердого топлива, основную часть которых составляет хлористый водород. Перенос такого облака в зону выпадения атмосферных осадков приводит к адсорбции хлористого водорода в каплях дождя и, соответственно, к их подкислению в результате образования соляной кислоты (HCl). Для изучения влияния осадков потенциально возможной кислотности на химические свойства почв исследуемой территории был проведен модельный лабораторный эксперимент.
Объекты и методы исследования. Для эксперимента были выбраны гумусовые горизонты основных типов почв исследуемой территории: дерново-подзолистых легкосуглинистых почв, подзолов, дерново-подзолистых освоенных средне- и тяжелосуглинистых почв (таблица 1). Образцы почвы были высушены до воздушно-сухого состояния, просеяны через сито 3 мм, после чего они набивались в колонки из инертного материала до плотности 1 г/см3. Мощность почвы в колонке составила 10 см.
Природные дерново-подзолистые почвы и подзолы, использованные для эксперимента, характеризуются кислой реакцией среды (рН = 3,5-4,5), значением обменной кислотности в пределах 3-5 ммоль(+)/100г и гидролитической кислотностью от 13 до 22 ммоль(+)/100г. Пахотные почвы отличаются более высокими значениями рН (около 6), низким содержанием обменных водорода и алюминия и малой гидролитической кислотностью (в 3-4 раза ниже, чем в природных).
Концентрации растворов, выбранные для эксперимента, рассчитывались в соответствии с критическими кислотными нагрузками для наиболее подверженных подкислению экосистем изучаемой территории (подзолов под сосняками - 0,5 г НС1/ м2) и для наиболее распространенных экосистем изучаемой территории (дерново-подзолистых глееватых почв под смешанными лесами - 3 г НС1/ м2). Критические кислотные нагрузки были рассчитаны на основе балансового метода [2-3]. Кроме того в эксперименте изучалось воздействие максимально возможного разового выпадения кислоты на поверхность почвы на границе СЗЗ предприятия по утилизации РДТТ - 7,5 г НС1/ м2 [7]. Наибольшая суточная норма осадков на изучаемой территории достигает 27,2 мм. Таким образом, при данной количестве осадков концентрации растворов, подаваемых на колонки, составили 0,0005М, 0,003М и 0,008М. Контроль изменений производился по колонкам, через которые был пропущен такой же объем дистиллированной воды.
Почвы С орг, % Содержание физической глины, % Гранулометрический состав
Дерново-подзолистая легкосуглинистая 7,04 27,8 суглинок легкий
Подзол супесчаный 6,29 18,2 супесь
Дерново-подзолистая освоенная среднесуглинистая 3,70 34,5 суглинок средний
Дерново-подзолистая освоенная тяжелосуглинистая 2,42 41,3 суглинок тяжелый
Таблица 1
Содержание гумуса и гранулометрический состав образцов почв, использованных для лабораторного эксперимента
А1 лс
Апахтс
А1 лс
ОМ; Зд ПТПТП 0,0005М; Зд ОМ; Зн ШЛИ 0.0005М; Зн
0.003M; Зд 0,003M; Зн
0.008М; Зд ESS3 0,008М; Зн
Рис. 1. Изменения рН почв при внесении кислых растворов разной концентрации: а - в верхней и б - в нижней частях колонок; 3д - трехдневный срок измерений, 3н - трехнедельный; А1 лс - гумусовый горизонт дерново-подзолистой почвы, А1 сп - гумусовый горизонт подзола, Апах сс и Апах тс - гумусовые горизонты дерново-подзолистых освоенных почвы
средне- и тяжелосуглинистого состава
а
б
Изменения химических свойств почв оценивались по истечении трехдневного и трехнедельного периода в двукратной по-вторности. В почвенных колонках были выделены два слоя по глубине (0-5 см и 5-10 см), после чего в них определялись показатели почвенной кислотности (рН, обменная кислотность, гидролитическая кислотность), содержание хлоридов и обменных кальция и магния.
Результаты и обсуждение. Анализ полученных в ходе эксперимента данных показывает, что основные изменения химических свойств почв происходят в верхних 5 см, в нижней части колонки изменения часто не так сильны. Рассмотрим подробно динамику показателей в гумусовых горизонтах разных типов почв.
Значения рН всех исследованных почв снижаются при воздействии кислых растворов. Значимость изменений рН возрастает при повышении кислотности воздействующих растворов,
при этом возможны смены буферных кислотно-основных зон [4]. Следует отметить, что эти изменения касаются в основном верхней части почвенной колонки, в нижней части подкисление носит незначительный характер. В целом, снижение рН под воздействием кислых растворов в гумусовых горизонтах пахотных почв более выражено, чем в естественных почвах. При максимальной нагрузке изменения в верхней части колонки составляют 1-1,5 ед. (для освоенных) и 0,5-1 ед. (для природных почв). Анализ данных показывает, что по прошествии трех недель с начала эксперимента рН почв увеличивается относительно трехдневных значений. Эти тенденции охватывают всю толщу почвенных колонок, проявляясь одинаково интенсивно как в слое 0-5см, так и глубже (рис. 1).
Подкисление почв под воздействием вносимых растворов проявляется также и в повышении обменной кислотности. Для
I ОМ; Зд ОМ; Зн
ПТПТП 0,0005М; Зд ШИП 0.0005М; Зн
0,003M; Зд 0.003M; Зн
FFFH 0.008М; Зд E5S 0,008М; Зн
Рис. 2. Изменение гидролитической кислотности (ммоль(+)/ 100г) в верхних частях почвенных колонок при внесении кислых растворов разной концентрации: 3д - трехдневный срок измерений, 3н - трехнедельный; А1 лс - гумусовый горизонт дерново-подзолистой почвы, А1 сп - гумусовый горизонт подзола, Апах сс и Апах тс - гумусовые горизонты дерново-подзолистых освоенных почвы средне- и тяжелосуглинистого состава
нее характерно снижение значений в трехнедельный срок относительно трехдневного как и для актуальной кислотности. В динамике обменного алюминия, обеспечивающего большую часть обменной кислотности, прослеживается увеличение его содержания при повышении нагрузки в естественных почвах и снижение в пахотных почвах. Это, вероятно, связано с высокими значениями рН в освоенных почвах, обусловливающими выпадение вытесненного с обменных позиций алюминия в осадок в виде гидроксидов. Безусловно, обменная кислотность существенно ниже в пахотных почвах, чем у природных аналогов. Поэтому ее изменения здесь незначительны и не превышают 0,5 ммоль(+)/100г, в то время как в природных почвах при максимальных нагрузках они могут достигать по алюминию 3 и более ммоль(+)/100г. В суглинистых природных почвах содержание обменного алюминия исходно выше, чем в супесчаных. В условиях более кислой среды это обусловливает менее существенные увеличения его содержания. Динамика в нижней части почвенных колонок по сравнению с глубиной 0-5 см проявляется менее ярко.
В динамике обменного водорода в целом отсутствуют существенные изменения. Исключением является гумусовый горизонт подзола, в котором изменения содержания обменного водорода в трехдневный срок достигают 50% и более. Следует отметить, что увеличение нагрузки ведет к повышению содержания обменного водорода, однако в этих почвах все значения остаются ниже фоновых (водных) аналогов.
Как и другие показатели почвенной кислотности, гидролитическая кислотность в целом имеет тенденцию к увеличению при повышении нагрузки. При максимальной нагрузке она превышает фоновые значения в среднем на 5 ммоль(+)/100г (рис. 2) и в нижних частях почвенных колонок изменяется не так интенсивно, как в верхних (5 см). Анализ данных по срокам наблюдений показывает, что аналогично другим кислотным показателям гидролитическая кислотность трехдневного срока наблюдений в основном выше, чем в трехнедельный срок.
Содержание обменных оснований менее подвержено изменениям при воздействии кислотных растворов. Динамика содержания обменного кальция во всех изученных почвах выражена слабо. Основные изменения касаются содержания обменного магния, что объясняется меньшей силой его удерживания в кристаллических решетках минералов. Максимальный рост содержания магния в рассмотренных вариантах характерен для суглинистых природных почв и обусловлен его высоким содержа-
нием в исходных почвах. Однако в относительном аспекте эти изменения невелики и существенно уступают росту содержания магния в супесчаных природных почвах, достигающему 2-3 раз. Этим ростом, вероятно, обусловлена относительно небольшая разница рН двух сроков измерений в колонках этих почв. В пахотных почвах содержание обменного магния практически не меняется.
В содержании хлоридов, являющихся маркером передвижения растворов в колонке, прослеживается четкое увеличение значений при повышении нагрузки, которое проявляется в верхней части почвенной колонки намного интенсивнее, чем в нижней. При этом сравнение данных разных сроков измерений показывает преимущественное увеличение содержания в трехнедельный срок относительно трехдневного в слое 0-5 см и обратную тенденцию на глубине 5-10 см (рис. 3). Данный факт обусловлен, вероятно, капиллярным подтягиванием хлорид-ионов с растворами при подсыхании почвы.
Следует отметить, что во всех проанализированных образцах при заливке почвенных колонок, как растворами, так и водой в трехдневный срок почвы по всем показателям являются более кислыми, чем в трехнедельном варианте эксперимента и одновременно содержат больше обменных кальция и магния. Вероятно, дополнительное увлажнение почв приводит к стимуляции биологической активности, что в свою очередь приводит к увеличению продуктов жизнедеятельности и разложению высокомолекулярных органических кислот до более легко диссоциирующих. Более высокие значения актуальной кислотности почв (относительно слабых растворов кислоты, негативно влияющих на организмы) в некоторых проанализированных образцах, скорее всего, обусловлены продуцируемым в процессе жизнедеятельности микроорганизмов сО2 [8]. Увеличение содержания легко диссоциирующих кислот приводит к усилению процессов выветривания, вызывая повышение содержания обменных катионов, в том числе, кальция и магния. Этот факт может свидетельствовать о способности почв к самовосстановлению после воздействия кислотных осадков. Несомненно, процесс восстановления почв требует значительного времени. Возврат в исходное состояние, вероятно, не всегда возможен из-за выпадения осадков и, как следствие, вымывания части новообразованных обменных оснований в нижние горизонты почв. Тем не менее, его значением не стоит пренебрегать при анализе возможности трансформации почв под воздействием кислотных осадков.
Выводы
Полученные в ходе эксперимента данные свидетельствуют о воздействии кислых растворов на весь анализируемый спектр химических свойств почв, вызывая при высоких нагрузках существенные изменения. Подкисление почв проявляется как в снижении рН, так и в росте обменной и гидролитической кислотности. Уменьшение значения рН под воздействием кислых растворов в исследуемых почвах в среднем достигает 1 ед. и более ярко проявляется в пахотных горизонтах, чем в естественных. Изменения обменной кислотности, напротив, в пахотных почвах характеризуются меньшей выраженностью. Влияние кислых растворов на содержание обменных оснований проявляется слабее, чем на кислотные свойства почв.
Анализ полученных данных показывает, что основные изменения химических свойств почв происходят в верхних 5 см почвы. Вероятно, большая часть подаваемых растворов задерживается в верхней части почвенной колонки. Это подтверждается сравнением данных по содержанию хлоридов (маркера передвижения почвенных растворов) в верхней и нижней час-
Библиографический список
тях почвенных колонок: увеличение их содержания при повышении нагрузки проявляется в верхней части намного значительнее, чем в нижней.
Экспериментальные данные показывают, что буферность почв к кислотным выпадениям превышает расчетную критическую кислотную нагрузку соответствующих экосистем. По прошествии времени после внесения кислых растворов происходит снижение кислотности почв и повышение содержания обменных оснований, что свидетельствует об обратимости процессов подкисления в почвах исследованной территории. В природных условиях, однако, полное восстановление химических свойств почв представляется мало вероятным вследствие промывного типа водного режима. Тем не менее, выявленные закономерности необходимо учитывать при анализе устойчивости почв к импактным кислотным выпадениям.
* Научные исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России (соглашение № 8673).
1. Кислотные осадки и лесные почвы. - Апатиты, 1999.
2. Копцик, Г.Н. Принципы и методы оценки устойчивости почв к кислотным выпадениям / Г.Н. Копцик, М.И. Макаров, В.В. Киселева. -М., 1998.
3. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв / Д.С. Орлов, В.Д. Василевская - М., 1994.
4. Соколова, Т.А. Взаимодействие лесных суглинистых подзолистых почв с модельными кислыми осадками и кислотно-основная бу-ферность подзолистых почв / Т.А. Соколова, Т.Я. Дронова, И.И. Толпешта, С.Е. Иванова. - М., 2001.
5. Соколова, Т.А. Изменение свойств почв под влиянием кислотных выпадений / Т.А. Соколова, Т.Я. Дронова. - М., 1993.
6. Шамрикова, Е.В. Кислотно-основная буферность подзолистых и болотно-подзолистых почв Северо-востока европейской части России / Е.В. Шамрикова, Т.А. Соколова, И.В. Забоева. - Екатеринбург, 2005.
7. Филаретова, А.Н. Анализ потенциального экологического риска при прожиге РДТТ в южно-таежной зоне // Обеспечение экологической безопасности ракетно-космической деятельности: Материалы Международной научно-практической конференции, 18 мая 2011 г. - М., 2011.
8. Смагин, А.В. Газовая фаза почв. - М., 2005.
Bibliography
1. Kislotnihe osadki i lesnihe pochvih. - Apatitih, 1999.
2. Kopcik, G.N. Principih i metodih ocenki ustoyjchivosti pochv k kislotnihm vihpadeniyam / G.N. Kopcik, M.I. Makarov, V.V. Kiseleva. - M., 1998.
3. Pochvenno-ehkologicheskiyj monitoring i okhrana pochv / D.S. Orlov, V.D. Vasilevskaya - M., 1994.
4. Sokolova, T.A. Vzaimodeyjstvie lesnihkh suglinistihkh podzolistihkh pochv s modeljnihmi kislihmi osadkami i kislotno-osnovnaya bufernostj podzolistihkh pochv / T.A. Sokolova, T.Ya. Dronova, I.I. Tolpeshta, S.E. Ivanova. - M., 2001.
5. Sokolova, T.A. Izmenenie svoyjstv pochv pod vliyaniem kislotnihkh vihpadeniyj / T.A. Sokolova, T.Ya. Dronova. - M., 1993.
6. Shamrikova, E.V. Kislotno-osnovnaya bufernostj podzolistihkh i bolotno-podzolistihkh pochv Severo-vostoka evropeyjskoyj chasti Rossii / E.V. Shamrikova, T.A. Sokolova, I.V. Zaboeva. - Ekaterinburg, 2005.
7. Filaretova, A.N. Analiz potencialjnogo ehkologicheskogo riska pri prozhige RDTT v yuzhno-taezhnoyj zone // Obespechenie ehkologicheskoyj bezopasnosti raketno-kosmicheskoyj deyateljnosti: Materialih Mezhdunarodnoyj nauchno-prakticheskoyj konferencii, 18 maya 2011 g. -M., 2011.
8. Smagin, A.V. Gazovaya faza pochv. - M., 2005.
Статья поступила в редакцию 20.11.12
УДК 57.044+ 574.24+ 615.916+ 615.917
Filippov V.L., Krinitsyn N.V., Filippova Yu.V., Nechaeva E.N. THEORY AND PRACTICE OF OBJECTIVE ASSESSMENT OF THE POTENTIAL IMPACT OF ROCKET-AND-SPACE ACTIVITY ON THE POPULATION'S HEALTH. The theory and practice of assessment of the possible impact of rocket-and-space activity on the population's health are considered. A system of objective health assessment of the population living in territories potentially exposed to the impact of rocket-and-space activity is developed on the basis of own experience. Criteria for objective assessment are presented.
Key words: population's health, objective assessment criteria, rocket-and-space activity.
В.Л. Филиппов, д-р мед. наук, проф. ФГУП «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека», г. Санкт-Петербург; Н.В. Криницын, д-р мед. наук, в.н.с. ФГУП «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека», г. Санкт-Петербург; Ю.В. Филиппова, канд. мед. наук, в.н.с. ФГУП «НиИ гигиены, профпатологии и экологии человека», г. Санкт-Петербург; Е.Н. Нечаева, канд. мед. наук, в.н.с. ФГУП «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека», г. Санкт-Петербург, E-mail: [email protected]
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА КРИТЕРИЕВ ОБЪЕКТИВНОЙ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОГО ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ
Рассмотрены критерии возможного влияния факторов ракетно-космической деятельности на состояние здоровья населения. На основании имеющегося опыта представлена система объективной оценки здоровья населения, проживающего на территориях возможного влияния факторов ракетно-космической деятельности. Представлены разработанные критерии объективной оценки.
Ключевые слова: здоровье населения, критерии объективной оценки, ракетно-космическая деятельность.
