CC BY
151
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 556.561
ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОД МЕЗООЛИГОТРОФНЫХ БОЛОТНЫХ МАССИВОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
И. Л. Калюжный
Государственный гидрологический институт, Санкт-Петербург
Аннотация
На основании многолетних комплексных гидрометеорологических и гидрохимических исследований мезоолиготрофного болота провинции Финско-Кольской северной тайги и лапландских аапа установлено, что гидрохимический режим основных ионов болотных вод зависит от их гидрометеорологического режима и обусловлен химическим составом грунтовых вод и атмосферных осадков, которые существенно трансформируются под влиянием биологических процессов, происходящих в залежи. Приведены пределы изменений содержаний в болотных водах главнейших ионов, биогенных элементов и органического вещества. Результаты сравнения средних значений компонентов химического состава вод различных микроландшафтов болота показывают, что их содержания различаются незначительно. Ключевые слова:
гидрохимический режим, химический состав болотных вод, главнейшие ионы, биогенные компоненты, мезоолиготрофное болото.
HYDROCHEMICAL REGIME AND CHEMICAL COMPOSITION OF WATER FROM MEZO-OLIGOTROPHIC BOGGY LANDS WITHIN THE KOLA PENINSULA
Igor L. Kalyuzhny
State Hydrological Institute, St. Petersburg
Abstract
On the basis of the long-term hydrometeorological and hydrochemical investigations of a mezo-oligotrophic bog located in the Finnish-Kola province of the Northern taiga and Lapland aapas, it has been found that hydrochemical regime of predominant ions within bog water depends on hydrometeorological conditions. This regime is also determined by chemical composition of groundwater and precipitation significantly metamorphosing under effect of biological processes within wetlands. Limits of changes in content within bog water are presented for the following components: predominant ions, biogenic elements and organic matter. Maximal bog water mineralization is observed during the winter period (70-100 mg/dm3 on the average), in the low-water season its value is about 19-25 mg/dm . Hydrocarbonate ion is noted in the bog water only at pH value more than 5.2. Average long-term content of the dissolved organic matter evaluated by dichromate oxidizability is equal to 168 mgO/dm3, and limits of its changes vary from 10 to 1213 mgO/dm3. For waters from various bog microlandscapes, content of chemical components differ negligibly.
Keywords:
hydrochemical regime, chemical composition of the bog water, predominant ions, biogenic components, mezo-oligotrophic bog.
Введение
Гидрохимический режим и химический состав вод мезоолиготрофных болот, в отличие от евтрофных и олиготрофных [1, 2], — слабоизученная область гидрохимии поверхностных вод. Определяющим условием химического состава вод этих болот является источник их водного питания, которое в мезоолиготрофных болотах осуществляется путем их подпитки грунтовыми водами и атмосферными осадками. Грунтовые воды могут подпитывать болото со стороны суходола поверхностным стоком и непосредственно грунтовыми водами через дно болота путем напорного и
капиллярного поднятия. Если учесть, что содержание химических компонентов атмосферных осадков изменяется в узких пределах и их общая минерализация относительно небольшая, то и химический состав этих вод будет в основном формироваться под влиянием грунтовых вод. Но так как по мере роста болота подпитка изменяется вследствие увеличения мощности торфяной залежи при постоянстве химического состава поверхностного стока, то химический состав вод мезоолиготрофных болот также подвергается определенным изменениям.
В. И. Вернадский указывал, что «...для болот наблюдается более геологически быстрый темп естественного изменения, чем это существует для озер и рек» [3],поэтому рассматривается химический состав вод мезоолиготрофных болот на современной стадии их развития.
В настоящее время освоение заболоченных территорий в зоне добычи природных ресурсов и развития соответствующей инфраструктуры требует знаний о качестве вод болотных образований, в том числе и вод мезоолиготрофных болот.
Краткое описание болота, на котором проводились гидрохимические наблюдения
Пулозерский болотный массив принадлежит к типичным мезоолиготрофным болотам провинции Финско-Кольской северной тайги и лапландских аапа. Болота здесь широко распространены благодаря плоскому равнинному рельефу и значительному превышению осадков над испарением [4, 5].
Болото расположено в бассейне р. Кола, в вытянутой с юга на север ложбине длиной 6 км и шириной 1-2 км. Прилегающие к ложбине с востока и запада холмы достигают высот 40-50 м. Почвы склонов холмов заболочены и лишь на северо-западе они загромождены осыпями горных пород. Суходолы, холмы и окрайки болот покрыты смешанным лесом с преобладанием ели и сосны.
Болотный массив принадлежит к периферически-мезоолиготрофному типу карело-финских аапа и по условиям залегания в рельефе относится к водораздельно-склоновым болотам. Склон направлен к водоприемнику о. Кол-озеро и р. Кола. Общий рельеф болота имеет вогнутую поверхность с заметным понижением от периферии к центральной части. Площадь рассматриваемой части массива равна 7.3 км2, всего водосбора — 20.6 км2.
Наиболее распространенные на болоте — грядово-мочажинный и аапа-комплексы, кустарничково-лишайниковый, сфагново-кустарничковый, редко облесенный сосной и сфагново-кустарничково-пушицевый микроландшафты.
Грядово-мочажинный комплекс, с грядами и сфагново-пушицевыми с примесью осок мочажинами, развит в центральной и восточной частях массива. Гряды, местами облесенные, покрыты сфагновыми мхами. В кустарничковом ярусе преобладают морошка и клюква. На грядах встречаются заросли кустарничковой березы и багульника.
Аапа-комплекс с кочками, покрытыми гипновыми мхами, встречается в восточной части массива. В мочажинах растительность мезо- или евтрофная.
Сфагново-кустарничковый, редко облесенный сосной микроландшафт занимает 15 % площади и расположен в юго-западной и центральной частях массива.
Сфагново-кустарничково-пушицевый микроландшафт, с мелкокочковатым или ровным микрорельефом, встречается на северной и восточной части болота. Произрастающая растительность представлена в основном сфагновыми, частично гипновыми мхами и пушицей. Местами произрастают одинокие сосны.
Кустарничково-лишайниковый микроландшафт примыкает к восточному берегу оз. Щучье и центру массива. Микрорельеф кочковатый. На кочках произрастают гипновые мхи, лишайники, карликовая береза, багульник, брусника и водяника.
Западная часть массива занята травяными топями, которые покрыты гипновыми мхами и травяной растительностью из осок, хвоща и пушицы.
Методика исследований
Для изучения динамики гидрохимического режима в течение года и химического состава мезоолиготрофных болот были организованы многолетние стационарные исследования, которые проводились в виде комплексных гидрометеорологических полевых наблюдений на болотной станции Пулозеро. Одновременное проведение комплексных гидрологических, гидрохимических, метеорологических и гидрофизических наблюдений по единой программе, регламентированной Наставлением болотным станциям [6], позволяет детально выявить особенности формирования химического состава болотных вод во всех фазах гидрологического режима.
На исследуемом болоте отбор проб на определение химического состава болотных вод производился в господствующих микроландшафтах: кустарничково-лишайниковом и грядово-мочажинном комплексе, а также на ручье, вытекающем из болота. Частота отбора проб — 1-2 раза в месяц по всем пунктам наблюдений, дополнительно перед снеготаянием и на пике половодья.
Ежемесячно по методике, принятой в системе Росгидромет, отбиралась интегральная проба осадков для определения их химического состава.
Анализы химического состава болотных вод и атмосферных осадков проводились в специализированной лаборатории Мурманского управления гидрометеорологической службы (УГМС) по методикам, принятым в системе Росгидромета. В отобранных пробах воды определялись следующие компоненты: общая минерализация, главнейшие ионы Са2+, Mg2+, №+, К+, НСО-3, SO42-, С1-, N0^, N0^, а также фосфаты, кремний, железо, водородный показатель, перманганатная и бихроматная окисляемость. Содержание тяжелых металлов определялось эпизодически.
Результаты этих исследований использованы при анализе процесса формирования и оценки химического состава и качества болотных вод при выполнении настоящей работы.
Гидрохимический режим болотных вод
Водное питание мезоолиготрофных болотных массивов осуществляется грунтовыми водами и атмосферными осадками, в меньшей мере — за счет поверхностно-сточных вод.
Проведенные на Пулозерском болотном массиве исследования показали, что гидрохимический режим и химический состав болотных вод тесно связан с гидрометеорологическими процессами, протекающими на этом болоте.
Значения общей минерализации болотных вод и атмосферных осадков, а также величины уровня болотных вод и промерзания болота приведены в табл. 1.
Увеличение общей минерализации на этом болоте в осенне-зимний период объясняется вытеснением ионов из солевого раствора при промерзании торфяной залежи, при промерзании общая минерализация увеличивается (табл. 1). Если в осенний период она составляет 15-20 мг/дм3, то при промерзании значительно возрастает — до 36.4 мг/дм3 и более. При максимальной глубине промерзания наблюдается наибольшая минерализация болотных вод.
Анализ приращения общей минерализации в зависимости от глубины промерзания и исходной минерализации в конце осеннего периода, по данным наблюдений с 1979 по 1988 гг. в кустарничково-лишайниковом микроландшафте, показывает, что этот процесс имеет место во все годы наблюдений (табл. 2). Однако его интенсивность существенно различается. Удельное увеличение минерализации при приращении глубины промерзания на 1 см в этом микроландшафте изменяется от 0.65 до 4.44 (мг/дм3)/см при среднем значении 2.33 (мг/дм3)/см. В грядово-мочажинном комплексе эти характеристики соответственно равны: от 0.84 до 3.19 (мг/дм3)/см при среднем значении 1.75 (мг/дм3)/см. Увеличение общей минерализации воды в кустарничково-лишайниковом микроландшафте при промерзании болота достигает 235.6 мг/дм3, изменяясь в разные зимы от 42.4 до 235.6 мг/дм3, в грядово-мочажинном комплексе соответственно от 30.7 до 199.4 мг/дм3 и 104.1 мг/дм3. Средние глубины промерзания в этих микроландшафтах равны: 54 см, изменяясь от 44 до 67 см; 59 см, изменяясь от 39 до 79 см.
Таблица 1
Изменение общей минерализации вод грядово-мочажинного комплекса, атмосферных осадков, характеристик гидрометеорологического режима по данным наблюдений на болоте Пулозерское,
1989 г.
Месяц
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Общая минерализация болотных вод, мг/дм3
50.7 37.1 36.0 36.4 9.6 29.3 42.0 21.6 20.0 21.6 18.0 15.0
Общая минерализация атмосферных осадков, мг/дм3
11.2 9.4 7.5 8.0 7.8 11.7 22.4 20.0 12.2 19.2 24.0 8.0
Уровень болотных вод, см от поверхности болота
29 30 31 38 33 31 33 32 34 31 32 31
Промерзший слой болота, см
55 57 63 59 30 19 11 0 - 12 20 36
Талый слой болота, см
- - - - 29 46 59 - - - - -
Слой выпавших атмосферных осадков, мм
53.1 16.1 30.5 16.1 68.2 104.2 161.8 105.2 53.8 33.3 62.0 27.7
Испарение с поверхности болота, мм
- - - - 11 52 52 25 - - - -
Таблица 2
Увеличение общей минерализации воды в кустарничково-лишайниковом микроландшафте
при промерзании болота
Зимний период Общая минерализация, мг/дм3 Глубина промерзания, см Удельный рост минерализации, (мг/дм3)/см
исходная приращение в конце зимы
1979-1980 20.0 184.8 204.8 67 2.76
1981-1982 33.5 185.8 219.3 44 4.22
1982-1983 21.9 235.6 257.5 53 4.44
1983-1984 12.7 62.2 104.9 43 2.14
1984-1985 19.6 82.4 102.0 50 1.65
1985-1986 28.0 97.8 125.8 57 1.72
1986-1987 21.0 42.4 63.4 65 0.65
1987-1988 8.3 52.6 60.9 50 1.05
Среднее 20.6 117.9 142.3 54 2.33
Результаты оценки общей минерализации в вегетационный период, полученные автором настоящей статьи, хорошо согласуются с данными работы [7], где минерализация в теплый период года на травяных болотах была в пределах 25-41мг/дм3.
Получена зависимость общей минерализации вод кустарничково-лишайникового микроландшафта от глубины его промерзания для кустарничково-лишайникового микроландшафта (рис. 1). Она объективно свидетельствует об увеличении общей минерализации (Моб., мг/дм3) болотных вод при увеличении промерзания болота (к, см) и имеет вид:
Моб. = 227h - 18.62.
Ее коэффициент корреляции не превышает 0.60, что свидетельствует о существовании других факторов, воздействующих на происходящий процесс увеличения минерализации.
250
200
150
100
10 20
30 40 50 60
70 80
Глубина промерзания, см
Рис. 1. Зависимость общей минерализации вод кустарничково-лишайникового микроландшафта от глубины его промерзания
Рис. 2. Динамика среднемесячных (1), наибольших (2) и наименьших (3) значений общей минерализации вод кустарничково-лишайникового микроландшафта по данным наблюдений за многолетний период
В весенний период слой талых снеговых вод (более 230 мм), имеющий минерализацию в пределах 7.7-11.2 мг/дм3 (табл. 1), разбавляет солевой состав талых слабоминерализованных болотных вод, и их минерализация в мае 1989 г. понизилась до 9.6 мг/дм3. Болотные воды с высокой минерализацией, которые образовались в зимний период, сохраняются в талой зоне ниже нижней границы промерзания и при оттаивании залежи путем капиллярного поднятия проникают в деятельный слой.
За многолетний период наблюдений минерализация болотных вод кустарничково-лишайникового микроландшафта в мае снижалась от средних наибольших значений до 7.2 мг/дм3 (8.5-29.1 мг/дм3), в грядово-мочажинном комплексе соответственно 15.6 мг/дм3 (6.7-30.3 мг/дм3). В мае — июне наблюдаются наименьшие значения минерализации вод мезоолиготрофных болот, которая в основном определяется малой минерализацией зимних атмосферных осадков. В среднем за зимние месяцы она не превышала 10 мг/дм3. Динамика среднемесячных, наибольших и наименьших величин общей минерализации болотных вод, осредненных за многолетний период наблюдений, приведена на рис. 2.
Химический состав вод мезоолиготрофных болот
В таблице 3 приведены статистические характеристики компонентов химического состава болотных вод и атмосферных осадков по наблюдениям в грядово-мочажинном комплексе и кустарничково-лишайниковом микроландшафте за период с 1981 по 1993 гг. Средние и экстремальные содержания компонентов химического состава осадков практически во всех случаях меньше, чем в болотных водах за исключением содержания SO42".
Таблица 3
Статистические характеристики компонентов химического состава болотных вод и атмосферных осадков на Пулозерском болоте по наблюдениям с 1981 по 1993 гг.
Характеристики Компоненты химического состава болотных вод, мг/дм рН
сумма ионов Са2+ Ш++К+ НСОэ- SO42- С1- Р Si Fe
Кустарничково-лишайниковый мик роландшафт
Среднее 49.2 6.17 2.60 8.6 9.1 5.5 18.5 0.100 4.36 4.67 5.36
тах 257.5 68.3 14.5 84.5 70.8 31.8 125.5 1.126 24.1 56.7 7.34
тт 8.5 1.20 0.10 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00 0.0 0.00 4.00
Грядово-мочажинный комплекс
Среднее 38.8 4.41 1.98 6.7 4.8 4.4 16.9 0.343 3.37 4.84 5.23
тах 217.6 14.0 7.00 51.0 67.1 41.7 129.7 6.41 22.8 17.8 6.23
тт 6.7 0.60 0.10 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00 0.00 0.11 3.80
Диапазон изменения компонентов химического состава болотных вод в пределах болота
Среднее 44.0 5.29 2.29 7.6 6.9 4.9 17.7 0.222 3.86 4.76 5.30
тах 257.5 68.3 14.5 84.5 70.8 41.7 129.7 6.41 24.1 56.7 7.34
тт 6.7 0.60 0.10 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00 0.00 0.06 3.80
Атмосферные осадки
Среднее 28.1 4.00 1.19 3.47 6.3 6.2 5.6 0.0001 0.549 0.09 -
тах 158.0 26.8 8.5 42.2 56.1 49.1 67.4 0.796 7.80 1.25 -
тт 3.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00 0.00 0.0 -
Примечание. Курсивом выделено значение элемента, содержание которого в атмосферных осадках меньше, чем в болотных водах.
В таблице 4 показаны результаты анализов болотных вод, отобранных в двух болотных микроландшафтах в течение 1989 г. Сравнение содержания ионов в этих микроландшафтах свидетельствует о незначительном количественном различии в процессе сезонной динамики элементов солевого состава болотных вод.
Таблица 4
Величины общей минерализации главнейших ионов и других элементов в водах Пулозерского болотного массива по наблюдениям в 1989 г.
Содержание элементов, мг/дм3 Фосфаты, мгР/дм3 Крем- Желе-
Месяц рН Са2+ К+ НСОэ" SO42■ СТ сумма ний, мгё^д м3 зо, м^е /дм3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Грядово-мочажинный комплекс, гряда
I 5.28 5.4 3.3 3.2 0.9 7.3 3.9 23.0 50.7 0.056 10.0 10.60
II 5.68 7.6 2.2 5.0 2.2 8.5 3.1 14.5 37.1 0.184 8.4 16.60
Ш 5.46 5.6 2.3 6.1 2.2 9.8 1.8 13.5 34.2 0.146 9.6 7.12
IV 5.77 7.4 1.9 4.5 1.6 12.8 1.6 11.7 36.4 0.021 9.8 5.7
V 4.53 1.2 0.6 1.9 0.5 1.2 2.2 3.2 9.6 0.135 4.3 3.20
VI 5.22 4.4 2.6 2.9 1.0 1.2 16.8 3.5 29.0 0.000 6.4 2.10
VII 5.23 10.8 2.2 2.5 0.8 3.0 4.6 20.9 42.0 0.109 3.7 2.30
УШ 5.64 3.6 2.4 2.2 0.8 2.4 2.2 10.7 21.6 0.120 2.7 9.95
X 4.90 2.4 1.3 1.5 0.4 0.0 11.2 3.9 21.6 0.034 3.2 1.21
XI 4.85 3.0 1.7 2.2 0.5 0.0 9.5 3.5 18.0 0.090 4.4 1.15
XII 4.97 2.0 1.8 3.0 0.8 0.0 3.8 6.9 15.0 0.054 4.8 7.45
Кустарничково-лишайниковый микроландшафт
I 4.93 2.4 1.9 2.2 4.2 0.0 3.5 7.8 15.8 0.005 4.6 1.60
II 4.00 3.6 1.9 2.5 4.4 0.0 4.2 9.9 20.1 0.000 5.0 3.00
III 4.38 4.4 1.1 2.1 0.9 0.0 1.5 11.3 19.3 0.000 6.2 2.93
IV 4.82 3.2 2.2 1.4 2.9 0.0 9.6 5.0 20.0 0.000 6.0 1.43
V 5.57 2.8 1.3 2.4 4.8 1.8 4.8 4.3 15.0 0.203 5.0 0.66
VI 4.60 2.4 1.3 2.3 3.1 0.0 8.2 4.2 17.6 0.189 6.8 1.77
VII 4.65 4.0 1.9 1.9 3.2 0.0 2.9 11.5 20.8 0.055 2.4 0.63
VIII 4.30 2.2 1.5 2.4 3.0 0.0 3.4 6.0 13.4 0.000 2.8 1.48
X 4.10 3.6 1.6 1.6 1.2 0.0 6.5 7.5 20.2 0.086 2.4 1.20
XI 4.20 2.0 0.5 1.3 1.5 0.0 7.1 2.5 14.1 0.068 1.7 0.75
XII 4.38 2.4 1.9 1.4 1.0 0.0 4.0 11.0 21.6 0.087 1.4 1.14
Характерная черта вод мезоолиготрофного болота — существенное изменение водородного показателя от 4.0-5.0 до 7.36 рН. Слабокислая реакция среды (4.25-5.2 рН) наблюдается к концу вегетационного периода, приближаясь затем к слабощелочной (до 6.0-7.36 рН).
Катионный состав вод мезоолиготрофных болот представлен кальцием, магнием, натрием и калием; анионный — сульфатами и хлоридами.
Кальций — регулятор кислотности торфа и при малых его содержаниях полностью связан с органическими соединениями болотных вод [8]. Его среднее содержание в болотных водах по сравнению с атмосферными осадками в 2.5 раза больше. Содержание кальция увеличивается с увеличением общей минерализации.
агний играет существенную роль в развитии и функционировании растительного покрова. Он входит в состав хлорофилла [9]. Его содержание в болотных водах равно 2.60 мг/дм3, что в 2.3 раза меньше по сравнению с кальцием.
Калий является основным элементом питания растений, поглощается ими практически полностью. Содержания его в болотных водах изменяется в пределах от 0.4 до 5.6 мг/дм3, в среднем не превышая 1.8 мг/дм3.
Натрий в болотных водах содержится также в небольших количествах: от 0.3 до 7.4 мг/дм3, в среднем — 3.2 мг/дм3.
Гидрокарбонатный ион среди анионов в водах мезоолиготрофных болот обладает наибольшей изменчивостью. Его содержание изменяется от 0 до 70.8 мг/дм3. Это происходит потому, что воды атмосферных осадков, выпадая на болото и взаимодействуя с кислыми болотными водами, теряют этот ион. В кислых водах он полностью отсутствует. Но по мере улетучивания двуокиси углерода с болотных вод увеличивается щелочность среды, значение рН возрастает. Слабокислая среда изменяет свои свойства на слабощелочную. Гидрокарбонатный ион в водах этих болот появляется в том случае, когда водородный показатель становится более 5-5.05 рН. Зависимость его содержания от водородного показателя приведена на рис. 3 и аппроксимирована выражением вида:
Инсо=0.58(рН)3 - 6.21(рН)2 + 20.38(рН) - 17.9, где Инсо— содержание гидрокарбонатного иона, мг/дм3. Коэффициент корреляции R = 0.83. Уравнение справедливо в диапазоне изменения от 5.05 до 7.5 рН. При рН = 7.5 содержание НСО3- достигает 39 мг/дм3. Большое содержание этого иона заметно влияет на общую минерализацию. Зависимость ее от содержания гидрокарбонатного иона (Инсо, мг/дм3) имеет вид:
Моб. = 1.64 Инсо+ 32.6 при R = 0.56.
При столь больших значениях содержания ионов хлора устанавливается тесная зависимость между их содержанием и общей минерализацией болотных вод. Зависимость представлена на рис. 4 и аппроксимируется уравнением:
Моб. = 1.93 Иа+ 11.5 при R = 0.87, где ИС1 — содержание ионов хлора, мг/дм3.
Сравнение содержания ионов хлора в атмосферных осадках и болотных водах (табл. 3) показывает, что в последних его в 2 раза больше, чем в осадках. Это свидетельствует о подпитке болота грунтовыми водами. При незначительном содержании ионов хлора — до 5 мг/дм3 (левая сторона графика на рис. 4), основной вклад в увеличение общей минерализации до 100 мг/дм3 вносят атмосферные осадки, вследствие чего линейная зависимость нарушается. Аномально высокие содержания ионов хлора обнаруживаются в атмосферных осадках при западном переносе воздушных масс.
2 40 -г
и %
§ 30 -3
I 20в
о ю о.
3 10 -о р. ч:
3
о 4-з
водородный показатель, единица рН Рис. 3. Зависимость содержания гидрокарбонатного иона от водородного показателя вод мезоолиготрофного болота
Содержаннеионов хлора, мг/дм3 Рис. 4. Зависимость общей минерализации болотных вод от содержания ионов хлора
Биогенные вещества в болотных водах представлены соединениями азота (КНд+, N0^, N0^), фосфора, кремния и железа.
Азот аммонийный (КНд) в водах мезоолиготрофного болота содержится практически в течение всего года. Наибольшие его значения (до 4.0 мг/дм3) наблюдаются в зимний период, весной его содержание уменьшается и в период вегетации понижается до минимальных значений. Среднемесячное его значение, определенное за многолетний период, — 1.36 мг/дм3.
Азот нитратный (N0^) в минимальных количествах наблюдается в вегетационный период (0-0.12 мг/дм3), увеличивается осенью и достигает максимума зимой (до 0.60-0.80 мг/дм3). Среднемесячное его содержание в кустарничково-лишайниковом микроландшафте — 0.16 мг/дм3, в грядово-мочажинном комплексе — 0.22 мг/дм3.
Азот нитритный (N0^) в вегетационный период наблюдается крайне редко. Осенью его содержание возрастает до 0.03-0.06 мг/дм3 и далее в зимний период достигает наибольших значений, до 0.165 мг/дм3.
Содержание общего фосфора в водах мезоолиготрофного болота изменяется в значительных пределах — от 0 до 2.99 мгР/дм3, в среднем — 0.22 мгР/дм3. Его годовая динамика хорошо выражена: в декабре — марте наблюдаются наибольшие значения, наименьшие — в период вегетации болотной растительности (рис. 5). Причем в наиболее проточном кустарничково-лишайниковом микроландшафте его среднемесячное содержание в три раза превышает содержание в водах слабопроточного грядово-мочажинного комплекса (0.10 и 0.32 мгР/дм3 соответственно).
Минеральные примеси в виде пыли земного или космического происхождения, а также содержащиеся в грунтовых водах, служат источником появления в болотных водах кремния и в меньшей степени железа.
Кремний в значительном количестве образуется при распаде растений и отмирании микроорганизмов. В водах болотного массива Пулозерский его содержание находится в пределах от 0 до 24.1 м^/дм3. Его среднее многолетнее значение в кустарничково-лишайниковом микроландшафте равно 4.52 м^/дм3; в грядово-мочажинном комплексе — 3.62 м^/дм3. Годовая динамика в таких микроландшафтах хорошо выражена и имеет максимум содержания в холодный период года, при промерзании болота, и минимум — в период вегетации болотной растительности (рис. 5).
Железо общее также обнаружено в воде мезоолиготрофного болота в значительном количестве. Пределы его изменения за многолетний период составляют от 0 до 56.7 м^е/дм3. Среднемесячные значения за этот же период для вод кустарничково-лишайникового микроландшафта и грядово-мочажинного комплекса равны 5.24 и 5.00 м^е/дм3 соответственно. Концентрация железа общего подвержена значительным сезонным колебаниям (рис. 5).
Максимум наблюдается в холодный период года, далее его содержание уменьшается в 3-4 раза и в период вегетации наблюдается минимум.
Месяцы года
Рис. 5. Годовая динамика среднемесячных величин кремния (1, 2) и железа общего (3, 4) в водах кустарничково-лишайникового микроландшафта (1, 3) и грядово-мочажинного комплекса (2, 4) по данным наблюдений за период 1981-1993 гг.
В водах мезоолиготрофных болот присутствует значительное количество растворенного органического вещества. Основной источник его поступления в воды болот — процесс торфообразования, в результате которого образуются органические гуминовые и фульвокислоты, что вообще характерно для северной гумидной зоны. Поэтому между окисляемостью и водородным показателем как характеристикой среды, обусловленной присутствием органических кислот, существует взаимосвязь: с увеличением окисляемости рН уменьшается.
Величину содержания органического вещества оценивают косвенным путем по затратам кислорода при его окислении перманганатным или бихроматным методом. Степень окисления бихроматом в крепком растворе серной кислоты близка к 100 %. На практике обычно используют перманганатный метод. Между перманганатной (0пер., мгО/дм3) и бихроматной ^бих., мгО/дм3) окисляемостью для вод мезоолиготрофных болот существует следующая зависимость:
Qбих. = 0.833 Qпер. + 99.6 при коэффициенте корреляции, равном 0.64.
Среднемноголетняя величина бихроматной окисляемости, определяемая по среднемесячным значениям, для вод кустарничково-лишайникового микроландшафта равна 141.9 мгО/дм3, наибольшая — 1191 мгО/дм3, наименьшая — 2.1 мгО/дм3; для вод грядово-мочажинного комплекса — 168.2, 1213 и 10.0 мгО/дм3 соответственно.
Сезонное изменение бихроматной окисляемости характеризуется минимальным содержанием органического вещества весной и в летнюю межень и наибольшими величинами в холодный период года вне зависимости от типа болотного микроландшафта (рис. 6). Весеннее
Гидрохимический режим и химический состав...
уменьшение органического вещества обусловлено разбавлением высокогумифицированных болотных вод талыми снеговыми водами.
о 450 -г-
месяцы года
Рис. 6. Динамика среднемесячных величин бихроматной окисляемости в кустарничково-лишайниковом микроландшафте (1) и грядово-мочажинном комплексе (2) по данным наблюдений за период 1981-1993 гг.
Воды мезоолиготрофного болота обладают общекислотной агрессивностью на бетон и железобетонные изделия, так как их водородный показатель меньше 6.5 рН и коэффициент фильтрации деятельного слоя торфяной залежи больше 0.1 м/сут.
Выводы
Оценка динамики гидрохимического режима и химического состава болотных вод выполнена на основе многолетних комплексных гидрометеорологических наблюдений на мезоолиготрофном болотном массиве Пулозерское.
Установлено, что гидрохимический режим болотных вод тесно связан с гидрометеорологическим режимом болотного массива. Наибольшая минерализация болотных вод наблюдается в зимний период (в среднем 70-100 мг/дм3), когда при промерзании торфяной залежи происходит вытеснение ионов солевого раствора растущими кристаллами льда. В весенний период при снеготаянии минерализация болотных вод уменьшается вследствие разбавления слабоминерализованными талыми водами. Наименьшие значения минерализации болотных вод наблюдается в меженный период (19-25 мг/дм3), когда часть ионов поглощается при вегетации болотной растительностью. В осенний период, по мере прекращения вегетации и подъема уровня болотных вод, их минерализация возрастает.
Основные источники формирования химического состава болотных вод — атмосферные осадки и грунтовые воды, существенно трансформированные под влиянием биологических процессов, происходящих в деятельном слое торфяной залежи.
Путем статистической обработки установлены среднемесячные и предельные значения химических компонентов болотных вод мезоолиготрофного болота.
Среднее многолетнее содержание растворенного органического вещества, определенного по бихроматной окисляемости, в водах грядово-мочажинного комплекса равно 168 мгО/дм3 и изменяется в пределах от 10 до 1213 мгО/дм3. Сезонная динамика органического вещества определяется максимумом в холодный период года и минимумом в период вегетации болотной растительности.
Результаты исследования являются основными гидрохимическими показателями вод мезоолиготрофных болот в их естественном состоянии и могут быть приняты за эталон сравнения для оценки влияния технических мероприятий на качество их вод.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калюжный И. Л., Левандовская Л. Я. Гидрохимический режим и химический состав вод олиготрофных болотных массивов // Труды ГГИ. 1974. Вып. 222. С. 99-118. 2. Потапова Т. М., Иванов К. Е., Фирсанов Д. В. Гидрохимическая характеристика неосушенных верховых болот Северо-Запада ЕТС // Гидрохимические материалы. 1987. Т. XCVIII. С. 54-64. 3. Вернадский В. И. Избранные сочинения. М.: АН СССР, 1960. Т. 4, кн. 2. 500 с. 4. Временное руководство по проектированию и строительству осушительных систем в Мурманской области. Л.: СевНИИГиМ, 1982. 90 с. 5. Евзеров В. Я. Торфяные месторождения Мурманской области // Вестник ВГУ. Серия «Геология». 2012. № 2. С. 153-157. 6. Наставление гидрологическим станциям и постам // Гидрометеорологические наблюдения на болотах. Л: Гидрометеоиздат, 1990. Вып. 8. 360 с. 7. Блинова И. В., Петровский М. Н. К характеристике минеротрофных травяных болот в центральной части Мурманской области и о необходимости их охраны // Вестник Кольского научного центра РАН. 2014. № 3 (18). С. 38-55. 8. Ефимов В. Н. Формы аккумуляции и миграции веществ в болотных почвах // Почвоведение. 1961. № 6. С. 25-29. 9. Черняев А. М., Черняева Л. Е., Еремеева М. Е. Гидрохимия болот. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 430 с.
Сведения об авторе
Калюжный Игорь Леонидович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий отделом гидрофизики ФГБУ "Государственный гидрологический институт E-mail: [email protected]
Author Affiliation
Igor L. Kalyuzhny — PhD (Engineering), Senior Researcher, Head of Hydrophysical Department of the State Hydrological Institute E-mail: [email protected]
Библиографическое описание статьи
Калюжный, И. Л. Гидрохимический режим и химический состав вод мезоолиготрофных болотных массивов Кольского полуострова / И. Л. Калюжный // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2016. — № 3 (26). — С. 114-125.
Reference
KalyuzhnyIgor L. Hydrochemical Regimeand Chemical Composition of Water from Mezo-Oligotrophic Boggy Lands with in the Kola Peninsula. Herald of the Kola Science Centre of the RAS, 2016, vol. 3 (26), pp. 114125. (In Russ.).
