CC BY
123
21. McGrath D. Oil spillage on grassland effects on grass and soil // Farm Food Research. - 1988. - V. 19.
- № 5. - P. 28-29.
22. Shukla O.P. Biodegradation for Environmental Management // Everyman's Science. - 1990. - V. 25. -
№ 2. - P. 46-50.
УДК 551.481.2 + 571.51 Л.В. Карпенко, В.Д. Карпенко
ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ В ЗОНЕ ТЕХНОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Приводятся результаты эколого-геохимической оценки торфяных почв термокарстовых и горнотундровых болот в долине р. Кета-Ирбо, протекающей в западных отрогах плато Путорана. Установлено, что степень их загрязнения техногенными элементами зависит, главным образом, от геоморфологического положения и гидротермического режима болот.
Ключевые слова: торфяные почвы, плато Путорана, аэротехногенные загрязнения, тяжелые металлы, сера.
L.V. Karpenko, V.D. Karpenko ESTIMATION OF ECOLOGICAL AND GEOCHEMICAL CONDITION OF PEAT SOILS IN THE TECHNOGENIC EXPOSURE ZONE
The results of the ecological and geochemical estimation of peat soils of the thermokarst and mountain-tundra marshes in the Keta-Irbo river valley, running in the western spurs of the Putorana plateau are given. It is determined that degree of their technogenic element contamination depends mainly on the geomorphological position and the marsh hydrothermic regime.
Key words: peat soils, Putorana plateau, aerotechnogenic contamination, heavy metals, sulfur.
Введение
Норильский горно-металлургический комбинат (НГМК) является основным источником загрязнения окружающей среды севера Красноярского края, так как разработка любых сульфидных платиноидно-медно-никелевых месторождений связана с высокой экологической опасностью [1]. По данным авторов, только Норильский никелевый завод в год выбрасывает в атмосферу до 12 тыс. т пыли, в которой содержится 2 000 т никеля, 350 т меди и 20 т кобальта.
Компонентный состав техногенных выбросов НГМК является мощным геохимическим фактором, изменяющим и перераспределяющим миграцию химических элементов под влиянием преобладающих ветров, режима атмосферных осадков, удаленности от источников загрязнения, особенностей рельефа и растительности. Миграционные формы металлов достигают наибольшей концентрации в геохимически подчиненных ландшафтах, типичным представителем которых являются низинные болота [2].
Известно, что болота могут играть положительную роль в «гашении» агрессивных экологически опасных веществ техногенного происхождения за счет взаимодействия с органическими компонентами и водной фазой торфов. Однако буферная «емкость» гидроморфных комплексов имеет определенный порог устойчивости, за пределами которого начинается деградация самой системы. Как отмечал В.В. Крючков [3], во внутренних водоемах, имеющих значительно меньшие площади и объемы, чем воздушные пространства, экологический коллапс наступает гораздо быстрее, чем в наземных экосистемах.
Цель настоящей статьи - рассмотреть эколого-геохимическое состояние торфяных почв в долине р. Кета-Ирбо, находящихся в зоне слабого влияния аэротехногенных выбросов Норильского комбината, выявить степень их загрязнения тяжелыми металлами (медью, никелем, кобальтом, свинцом) и серой.
Объекты и методы исследований
Район исследований расположен в Западных отрогах плато Путорана, на границе с низменными озерными равнинами Норильской котловины. Его географические координаты - 68°52' с.ш., 89°45' в.д. Удаленность от НГМК составляет 80 км на юго-восток, по преобладающему направлению дымовых шлейфов. Несмотря на постоянное проникновение промышленных смогов по долине р. Кета-Ирбо, заметных повреждений и признаков угнетения растительности болот данного района не обнаружено, поэтому он отнесен к зоне слабого влияния аэротехногенных выбросов. Однако экологическую ситуацию здесь заведомо нельзя считать благополучной ввиду близкого расположения к источникам техногенного загрязнения. Сравнительно небольшой массив гор Путорана на их западной окраине, который подгораживает территорию исследований ключевого участка с севера и запада, не обеспечивает должной защиты от господствующих ветров, насыщенных поллютантами. Промышленные смоги, обтекая хребты, проникают глубоко внутрь горных систем по долинам рек, впадающих в озеро Кета.
Равнинные предгорные поверхности района исследований слабо дренированы и заболочены.
Объектами исследований являлись два болотных массива, расположенных на первой надпойменной террасе р. Кета-Ирбо (правый и левый берег реки), а также болотный мерзлый комплекс, расположенный в горной тундре на седловине плато Путорана.
Полевые исследования торфяных почв проводили маршрутно-ключевым методом с использованием топокарт и аэрофотоснимков. В доминирующих фитоценозах болот описывалась их растительность. Затем методом бурения закладывались торфяные разрезы, мощность которых составляла три и четыре метра. В них на всей глубине органогенного горизонта через 25 см отбирались образцы торфа для определения ботанического состава, объемной массы, зольности, влажности, степени разложения и кислотности. Образцы в горно-тундровом торфянике мощностью 1,4 м отбирались сплошной колонкой из зачищенной стенки с интервалом 10 см.
Ботанический состав торфа, влажность, зольность и степень его разложения выполнены по методикам, применяемым в болотоведении. Объемная масса определена методом Н.А. Качинского [4] с применением модифицированного бура. Значения рН водной и солевой суспензий определяли на ионометре универсальном ЭВ-74. Классификация видов торфа дана по [5]. По классификации [6], почвы долинных болот относятся к торфяным эутрофным, горно-тундровых - к хемоземам торфяным эутрофным.
Все химические анализы образцов торфа на содержание в них тяжелых металлов и серы выполнены в сертифицированной лаборатории Института биофизики СО РАН с использованием метода атомноабсорбционной спектрометрии.
Результаты и их обсуждение
По данным полевого обследования, образование болот в долине р. Кета-Ирбо происходит в слабопроточных озерных депрессиях и протекает по пути заторфовывания озер в условиях богатого водноминерального питания. Озера, послужившие генетическими очагами заболачивания, имеют термокарстовое происхождение. Все болота мелкоконтурные, но глубокозалежные. Торфяники на всю глубину талые, с большими уклонами минерального ложа, имеющего, как правило, воронковидную форму.
Прослеживаются три эколого-генетические стадии процесса заболачивания, отражаемые современной растительностью: гипновая сплавина на водной поверхности озера ^ осоково-моховая (сфагново-гипновая) топь ^ ерниково-осоково-моховая топь.
Микрорельеф долинных болот образуют невысокие гряды, занимающие 10% площади болот и силь-нообводненные мочажины - 90%. Общее покрытие гряд растительностью составляет около 60%. Древесный ярус на болотах отсутствует. На грядах произрастают Betula nana высотой 60 см, низкорослые ивы, можжевельник (Juniperus communis), а также осока водяная (Carex aquatilis), сабельник (Comarum palustre), клюква мелкоплодная (Oxycoccus microcarpus). Моховый покров гряд слагают Sphagnum warnstorfii, Hypnum lindbergii, Aulacomnium palustre, Tomenthypnum nitens, Calliergon sarmentosum.
Проективное покрытие мочажин составляет около 50%. Травяной покров беден в видовом отношении и представлен в основном осоками (Carex aquatilis, C. vesicaria, C. limosa), а также шейхцерией (Scheuchzeria palustris) и пушицей многоколосковой (Eriophorum polystachyon). Моховый ковер мочажин образуют Hypnum lindbergii, Aulacomnium palustre, Tomenthypnum nitens, Paludella squarrosa, Calliergon sarmentosum, Drepanoc-ladus revolvens, Drepanocladus exannulatus. Вкраплениями встречается Sphagnum warnstorfii.
Визуально каких-либо повреждений и признаков угнетения растительности долинных болот не зафиксировано.
На седловинах плато Путорана в горной тундре на высоте около 300 м встречаются мерзлые плоскобугристые комплексы, представленные евтрофными болотами. Поверхность бугров сильно деградирована. На торфяных буграх господствует ерниково-шикшево-сфагновая группировка растительности. Межбугорные понижения, как правило, талые и представлены гипново-пушицевыми мочажинами.
Торфяная залежь холодная, мерзлая, в основании - с прослойками льда. По визуальным особенностям строения образцов торфа, которые были высушены в лабораторных условиях, отчетливо видны признаки его трансформации. Торф имеет слоистую органо-минеральную структуру, крошится до состояния пыли, характеризуется большим количеством рыжих и белесых пятен на поверхности структурных отдельностей.
При подготовке образцов торфа к ботаническому анализу (промывке их водой после кипячения со щелочью) вода, в зависимости от глубины отбора образца, имела оранжевый или красно-коричневый цвет, который не характерен для естественных торфяных почв. Поэтому косвенно можно предположить, что такой цвет воды является результатом химического загрязнения горно-тундровых торфяных почв.
Приводим морфологическое описание хемозема торфяного эутрофного.
О 0-30 см. Торфянистая дернина, слабо разложившаяся.
Т1 30-40 см. Торф, коричневый, плотный, сильно минерализован, при разломе структурных отдельностей видны ярко окрашенные пятна полуторных оксидов, при растирании сильно крошится и превращается в однородную землистую массу.
Т2 40-60 см. Торф, коричневый, сильно спрессован, слоистый, хорошо разделяется на отдельные слои, волокно торфа хорошо заметно, при разломе структурных отдельностей окраска более интенсивная, внутри разломов видны ярко окрашенные вмытые полуторные оксиды.
Т3 60-70 см. Торф, коричневый, сильно слоистый, плотный, структура волокнистая, на разломе структурных отдельностей пленки хвоща и болотных кустарничков, в сухом состоянии сильно крошится, превращаясь в пыль.
Т4 70-80 см. Торф, темно-коричневый, плотный, слоистый, структура не выражена, встречаются редкие вкрапления коры березы карликовой и ивы.
Т5 80-140 см. То же. Хорошо разделяется на слои.
Ботанический анализ торфа долинных болот показал, что придонные слои залежи образованы сапропелем, что свидетельствует об их озерном происхождении. Выше залежь на всю глубину образована низинными топяными торфами: травяно-гипновым, осоковым, гипновым (табл. 1).
Таблица 1
Стратиграфия и физико-химические свойства торфа
Глубина, см Вид торфа рН Степень разложения, % Зольность, % Влажность, % Объемная масса, г/см3
вод. сол.
1 2 3 4 5 6 7 8
Термокарстовое болото
0-25 Гипновый 5,9 4,8 8,8 20,6 - -
25-50 Осоковый 5,7 4,6 13,0 18,9 75,6 0,20
50-75 5,6 4,2 14,0 10,6 69,7 0,18
75-100 Травяно- гипновый 5,9 4,8 19,0 15,4 73,1 0,26
100-125 5,4 4,6 17,0 7,3 79,1 0,18
125-150 5,4 4,6 15,0 6,5 84,3 0,17
150-175 Сапропель 5,3 4,5 13,0 57,7 76,1 -
175-200 5,1 4,8 18,0 71,1 77,3 -
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7 8
Горно-тундровое болото
0-10 Дернина 5,3 4,8 40 15,9 55,6 0,21
10-20 5,2 4,6 35 18,4 60,7 0,24
20-30 4,2 3,6 10,6 61,1 0,19
30-40 Гипново- травяной 4,6 3,4 40 5,0 69,6 0,14
40-50 Ги п н о в ый 4,7 3, 8 40 4,3 74,5 0, 1 3
50-60 4,5 3,9 4,6 76,9 0,11
60-70 Осоковый 4,5 3,8 35 4,0 77,6 0,11
70-80 Древесно- травяной 4,6 3,7 40 5,5 78,8 0,13
80-90 4,5 3,8 6,1 80,0 0,14
90-100 Хвощевый 4,6 3,8 45 4,9 85,3 0,11
100-110 4,8 4,0 5,1 85,8 0,12
110-120 4,8 4,1 5,1 87,9 0,13
120-130 5,5 4,6 6,6 88,2 0, 15
Генезис горных торфяников иной. В их основании залегает хвощевый торф, который последовательно сменяется древесно-травяным, осоковым и гипновым и травяно-гипновым низинными торфами.
Для эколого-геохимической оценки уровня загрязнения торфяных почв медью, никелем, кобальтом и свинцом мы применили ряд сравнительных показателей. Так как на данный момент мы не располагали сведениями о ПДК тяжелых металлов в почвах и торфах исследованной территории, сравнивали их содержание с кларком почв по А.П. Виноградову [7], валовым содержанием микроэлементов в низинных торфяных почвах по В.Н. Крештаповой [8] и фоновым содержанием микроэлементов. В качестве фона послужили концентрации элементов в поверхностных горизонтах торфяных почв, расположенных на значительном удалении от источника выбросов (226 км на юго-запад, долина р. Черной, 10 км от г. Игарки). Валовое содержание тяжелых металлов и серы в верхних горизонтах почв в долине р. Кета-Ирбо приведено в таблице 2.
Таблица 2
Валовое содержание тяжелых металлов и серы в верхних горизонтах торфяных почв долины
р. Кета-Ирбо, мг/кг
Гидроморфные комплексы Образец Глубина, см Си N Pb 5
Кларки почв (по Виноградову А.П., 1957) 20 40 8 10 850
Валовое содержание микроэлементов по В.Н. Крештаповой (1991) 7,5 7,0 1,3 2,3 -
Фон 2,1 6,2 0,7 3,7 1728
Правый берег, торфяная эутрофная почва
Евтрофное болото Торф 0-25 23,6 18,4 0,9 0,021 4830
25-50 30,2 8,3 0,6 0,004 4020
Левый берег, торфяная эутрофная почва
Мезо-евтрофное болото Торф 0-25 12,4 6,2 0,6 0,006 2340
25-50 25,5 6,0 0,8 0,003 3670
Горная тундра, хемозем торфяный эутрофный
Мезо-евтрофное болото Дернина 0-10 60,4 35,6 4,9 7,8 3919
10-20 85,1 28,0 10,1 0,4 3123
20-30 86,7 24,6 8,9 2,9 3338
Торф 30-40 64,6 27,6 9,4 9,6 2103
При сравнении кларков содержания микроэлементов в почвах и их концентраций в исследованных торфах оказалось, что содержание тяжелых металлов, кроме меди, не превышает кларк. Как следует из
таблицы 2, в торфяных эутрофных почвах превышение меди незначительное, а в хемоземе торфяном эутрофном ее концентрация выше кларка в 3-4 раза.
Сравнение содержания меди, кобальта, никеля и свинца исследуемых почв с данными В.Н. Крешта-повой показало, что в торфяных эутрофных почвах отмечается небольшое превышение концентраций только по меди (от 1,6 до 4,0 раз) и никелю (1,1-2,6 раз). В хемоземе торфяном эутрофном превышения концентраций выявлены по всем четырем элементам: по меди - в 8-12 раз, никелю - в 4-5 раз, кобальту - в 4-8 раз, свинцу - в 2-4 раза.
Для определения степени загрязнения дернины и верхних горизонтов исследованных почв сравнили их с фоновыми концентрациями. В качестве показателя использовали коэффициент концентрации загрязнения (ККЗ), который вычисляется по формуле
ККЗ, = X; /хф,
где ККЗ, - коэффициент концентрации загрязнения для ко вещества; х, - содержание ко загрязняющего вещества; хф - фоновое содержание этого вещества.
Оказалось, что торфяные эутрофные почвы отличаются довольно значительным превышением фона по меди (ККЗ варьирует от 5 до 15) и незначительным по никелю - (ККЗ равен 3). В хемоземе торфяном эутрофном отмечено превышение фоновых концентраций по всем исследуемым элементам. Особенно оно велико по меди (ККЗ 28-41), по другим элементам кКз ниже и равен, соответственно, по никелю - 4-5, кобальту - 7-14, свинцу 2.
Следующим показателем, который использовался для эколого-геохимической оценки торфяных почв долины р. Кета-Ирбо, являлся показатель загрязнения (1с), характеризующий степень загрязнения ассоциацией элементов относительно фона. Он рассчитывался по формуле
гс = I Кс - (п-1),
где Кс - коэффициент техногенной концентрации больше 1; п - число элементов с Кс > 1.
Результаты расчетов представлены в таблице 3, из которой следует, что торфяные эутрофные почвы являются незагрязненными, а хемозем торфяный эутрофный, согласно шкале оценки, относится к высокому, опасному уровню.
Последним критерием геохимической оценки торфяных почв, который применили, являлась экологическая шкала нормирования тяжелых металлов с градацией ПДК И.А. Обухова [9]. В результате расчетов получены следующие результаты (табл. 4). Верхние горизонты эутрофных торфяных почв (долинные болота) характеризуются средним и низким уровнем загрязнения медью, низким и очень низким - никелем и очень низким - свинцом. Дерновый горизонт и торф хемозема эутрофного торфяного (горно-тундровое болото) характеризуются повышенным уровнем содержания меди, средним - никеля и низким и очень низким - свинца. Все исследованные почвы в соответствии с экологической шкалой нормирования И.А. Обухова по уровню загрязнения (ПДК) не загрязнены тяжелыми металлами.
Таблица 3
Шкала оценки аэрогенных очагов загрязнения почв тяжелыми металлами и суммарные показатели загрязнения ^) верхних горизонтов торфяных почв в долине р. Кета-Ирбо
Шкала оценки Торфяная эутрофная Хемозем торфяный эутрофный
Уровень загрязнения 7е Глубина, см 7е почв Уровень загрязнения Глубина, см 7е почв Уровень загрязнения
Средний, умеренно опасный 16-32 0-25 12,9 Не загрязнен 0-10 40,5 Высокий, опасный
Высокий, опасный 32-128 25-50 15,3 Не загрязнен 10-20 61,0 -«-
Очень высокий, чрезвычайно опасный >128 - - - 20-30 55,8 -«-
30-40 48,1 -«-
Таблица 4
Шкала экологического нормирования тяжелых металлов для почв со слабокислой и кислой реакцией
(Орлов, Безуглова, 2000)
Г радация Содержание, мг/кг
Медь Никель Свинец
Уровень содержания:
очень низкий <5 <10 <5
низкий 5-15 10-20 5-10
средний 15-50 20-50 10-35
повышенный 50-80 50-70 35-70
высокий 80-100 70-100 70-100
очень высокий 100-150 100-150 100-150
Уровень загрязнения (ПДК):
низкий 100-150 100-150 100-150
средний 150-250 150-300 150-500
высокий 250-500 300-600 500-1000
очень высокий >500 >600 >1000
В загрязнении болот, как и всей природы северной тайги и лесотундры Красноярского севера, большую роль играют выбросы НГМК оксидов и диоксидов серы. По данным [1], диоксид серы составляет около 95% отходящих газов предприятий комбината. В результате этих выбросов формируются кислотные атмосферные осадки, которые с воздушными потоками могут переноситься на большие расстояния (более чем на 160 км). Однако, по данным [10], при мерзлотном гидротермическом режиме почв, характерном для территории исследований, сера существует преимущественно в труднодоступных формах.
Далее рассмотрим уровень концентрации техногенного загрязнения торфяных почв серой, сравнивая их кларком почв, который равен 850 мг/кг и фоновым содержанием серы в торфах долины р. Черной (см. табл. 2). Расчеты показали, что поверхностные горизонты торфяных эутрофных почв по содержанию серы превышают кларк почв в 2,7-5,0 раз, а хемозем торфяный эутрофный - в 4,7 раза. Превышение концентраций серы в исследованных почвах над фоном оказалось также небольшим и составило 2,7-1,3 раза в почвах долинных болот и 2,6 - в горно-тундровых. Необходимо отметить, что в последних концентрация серы вниз по профилю заметно снижается и уже на глубине 50 см близка фону.
Заключение
Торфяные залежи являются активными геохимическими барьерами. Гумусовые кислоты органического вещества торфяных почв, особенно поверхностных горизонтов, в условиях кислой реакции среды образуют комплексы почти со всеми поступающими в них загрязняющими веществами. Эколого-геохимический анализ исследованных торфяных почв свидетельствует о том, что верхние горизонты почв долинных болот по количественному уровню содержания тяжелых металлов и серы загрязнены значительно меньше, чем аналогичные горизонты горно-тундровых болот. На наш взгляд, это связано с различным геоморфологическим залеганием болот по рельефу и их разным гидротермическим режимом.
Термокарстовые болота, расположенные в долине р. Кета-Ирбо, являются проточными. Кроме того, в летний период их торфяная залежь оттаивает на всю глубину профиля. Поэтому, вероятно, часть загрязняющих элементов мигрирует с водами тающей мерзлоты и грунтовыми потоками за пределы болотных массивов. Высокий уровень загрязнения дернины и верхнего горизонта почв горно-тундрового болота медью, никелем и кобальтом объясняется тем, что наветренные склоны гор служат барьером по отношению к воздушным массам, в результате чего происходит локальное накопление этих элементов в почве. Кроме того, высокая концентрация исследованных техногенных элементов в почве горно-тундрового болота может быть связана с его непромывным водным режимом и нахождением почти круглый год в мерзлом состоянии, что исключает вероятность выноса загрязняющих веществ за пределы торфяной толщи.
Литература
1. Большой Арктический заповедник / Е.Е. Сыроечковский [и др.] //Заповедники России. Заповедники Сибири. - М.: Логата, 2000. - С. 56-81.
2. Определение пределов устойчивости геосистем на примере окрестностей Мончегорского металлургического комбината / А.Д. Арманд [и др.] // Известия Акад. наук. Сер. геогр. - 1991. - № 1. - С. 93-104.
3. Крючков В.В. Закономерности изменения экосистем Севера при его хозяйственном освоении // Экология. - 1983. - № 6 - С. 65-67.
4. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.М. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. - М.: Высш. шк., 1973. - 400 с.
5 Торфяный фонд РСФСР. Сибирь. Дальний Восток. - М., 1956. - 297 с.
6. Классификация и диагностика почв России. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
7. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 238 с.
8. Крештапова В.Н. Агрогеохимия торфяных почв Нечерноземной зоны Европейской части РСФСР: ав-тореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. - М., 1991. - 44 с.
9. Орлов А.С., Безуглова О.С. Биогеохимия. - Ростов-н/Д: Феникс, 2000. - 317 с.
10. Ершов Ю.А Почвы предтундровых лесов Енисейского заполярья, подверженные аэропромышленным выбросам серы // География и природные ресурсы. - 1992. - № 1. - С. 33-39.
УДК 11.464.7915 Е.В. Соловьева, Н.Ф. Иванкина
РАСПРОСТРАНЕНИЕ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ТРУТОВЫХ ГРИБОВ НА УЧАСТКЕ ЛЕСНОГО БИОГЕОЦЕНОЗА ПОСЛЕ ПОЖАРА
В статье обсуждаются проблемы изменения лесного биогеоценоза после пожара. Изучены изменения численности трутовика окаймленного в период, предшествующий пожарам, в выбранном участке леса, непосредственно после пожаров, спустя год и более после пожара. Приведены собственные исследования минерального состава трутовика окаймленного и других трутовых грибов, собранных на территории, подвергшейся пожару.
Ключевые слова: лесной биогеоценоз, трутовик окаймленный, лесные пожары, макро- и микро-элементный состав.
Ye.V. Solovyova, N.F. Ivankina
SPREADING AND MINERAL COMPOSITION OF THE BRACKET-FUNGI ON THE FOREST BIOGEOCENOSIS AREA AFTER FIRE
Issues of the forest biogeocenosis change after fire are discussed in the article. Bordered bracket - fungus number changes in the period preceding fires on the chosen forest area after fire directly and a year and more later after the fire are studied. Own research of the bordered bracket-fungus mineral composition and the other bracket -fungi collected on the territory after fire are given.
Key words: forest biogeocenosis, bordered bracket - fungus, forest fires, macro-and microelement composition.
Дальневосточный регион обладает значительными лесными ресурсами. Среди глобальных факторов существования лесных биогеоценозов факторы разрушения древесины первостепенны. Ведущая роль в данном процессе принадлежит дереворазрушающим базидиальным грибам, которые способны в короткие сроки производить деструкцию лигниноцеллюлозного комплекса древесины [1].
Грибы являются важнейшим звеном в биологической цепи различных природных биогеоценозов [2]. Разложение органических остатков - крайне важный процесс, протекающий в природе. Более 90% растений разрушаются и перерабатываются при участии бактерий, грибов. Результатом биодеструкции становится
