CC BY
63
Выводы
1. Исследуемые нахождения характеризуются равномерным размещением, образуя горизонтальный
полог.
Пихта как главная порода имеет групповое размещение. Второстепенные древесные породы (ель, кедр, береза, осина) размещены фрагментарно. Это можно объяснить тремя факторами: историей их возникновения, активной конкуренцией со стороны главной породы и экобиологическими особенностями пород.
2. В основе оптимизации горизонтальной структуры положена следующая гипотеза - деревья, имеющие максимальные размеры по толщине и по размеру кроны при определенных значениях средних расстояний в биогруппах, достигают максимальных размеров. Точка экстремума может являться той величиной, на основе которой устанавливают оптимальное среднее расстояние.
3. Используя величину расстояния, вычислена оптимальная густота древостоев по формуле М.И. Бочарова.
4. На основе сравнения фактической и оптимальной густоты древостоев рекомендуется в первом насаждении осветление с интенсивностью вырубки 50%, во втором древостое 20% и в третьем рубка не рекомендуется.
Таким образом, оптимизация густоты по среднему расстоянию может являться одним из методов определения интенсивности рубок ухода в нормальных и перегущенных древостоях.
Литература
1. Наставление по рубкам ухода в лесах Восточной Сибири: Утв. приказом Федеральной службы лесного хозяйства России от 30.03.94 №70. - М., 1996. - 95 с.
2. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Методы закладки. - М.: ВНИИЛМ, 1984. - 27 с.
3. Бочаров, М.К. Методы математической статистики в географии / М.К. Бочаров. - М.: Мысль, 1971.
4. Кузьмичёв, В.В. Эколого-ценотические закономерности роста одновозрастных сосновых древостоев: дис. ... д-ра биол. наук / В.В. Кузьмичёв. - Красноярск: ИлиД им. В.Н.Сукачёва, 1980. - 295 с.
5. Мегалинский, П.Н. Точность учета подроста различными способами / П.Н. Мегалинский // Выращивание и таксация лесных лесонасаждений. - Киев, 1967. - Вып. 2. - С. 106-126.
6. Проскуряков, М.Я. Горизонтальная структура горных темнохвойных лесов / М.Я. Проскуряков. - Алма-Ата: Наука, 1983. - 216 с.
7. Свалов, С.Н. Метод расчета густоты древостоя по средним расстояниям между деревьями / С.Н. Свалов // Лесн. журн. - 1976. - №5.
8. Фалалеев, Э.Н. Возвратное строение хвойных лесов Сибири и Дальнего Востока / Э.Н. Фалалеев, С.С. Шанин. - Красноярск, 1959. - 87 с.
9. Юкнис, Р.А. Закономерности пространственного распределения деревьев в сосняках Литовской ССР / Р.А. Юкнис // Лесн. журн. - 1973. - №5. - С. 33-37.
10. Cox, F. Dichtebestimmung und Stryfeturanalyse voh Pflanzen: Populatioaen mit Hilfe von Abstandmessungen / F. Cox //
Mitt der Bundes - forschungsanstalt Fur Forst - und Wolzwirtschalt. - Hamburg, 1971. - №87. - 210 s.
11. Strand, L. A messure of the distribution of individuals over acertain area / L. Strand // Medd. Dnorake skogsfor-soksvesen. - 1952. - Bd 12. - S. 191-207.
УДК 546.16:631.45 П.И. Крупкин, А.А. Косицына
К ВОПРОСУ О ЗАГРЯЗНЕНИИ ФТОРОМ ПОЧВ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ г. КРАСНОЯРСКА
В статье рассматриваются вопросы загрязнения фтором почвенного и снежного покровов, а также предлагается мониторинг состояния загрязненных почв природной зоны г. Красноярска.
Введение
Город Красноярск является крупным индустриальным центром страны. На северо-восточной окраине города находится один из крупнейших в России алюминиевый завод - ОАО «КрАЗ», который в 2000-2004 гг.
выбрасывал в атмосферу от 1046 до 1860 т твердых фторидов и от 637 до 1023 т фтористого водорода и четырехфтористого кремния, что составляет 95% от количества фторидов, выбрасываемых всеми промышленными предприятиями города. Фтор обладает высокой реакционной способностью и относится к первому классу опасности.
Известно, что фтор загрязняет в первую очередь атмосферу, а через нее - почву, воду, растения. Для решения проблемы рационального использования земель в зоне загрязнения экосистемы фтором нельзя опираться только на данные по его наличию в атмосфере в связи с сильной динамичностью этого показателя. Невозможно использовать и растения в связи с ежегодной сменой сельскохозяйственных культур и отчуждением части биомассы на сельскохозяйственных землях.
Кроме того, как показали массовые сопряженные данные по количеству водорастворимого фтора в почвах и его содержанию в различных растениях (более 600 пар), ряд культур (овощи, плоды, ягоды) не накапливают фтор даже на сильно загрязненных почвах вблизи КрАЗа. Другие культуры (пшеница, рожь, овес, многолетние и однолетние травы) могут накапливать большое количество токсиканта, и тем больше, чем грязнее почвы, о чем свидетельствуют достоверные коэффициенты корреляции (Крупкин, 2005). Следовательно, своеобразным маркером степени загрязнения экосистемы является почвенный покров.
Поведение фтора в почвах в сильной степени зависит от их свойств. Его миграционные свойства разнообразны, а уровень содержания в почвенном растворе зависит от присутствия глинистых минералов, величины рН, концентрации кальция и фосфора и других свойств почв. Доказано, например, что наибольшая адсорбция фтора минеральными компонентами почв отмечается в интервалах рН от 6 до 7. Обнаружена тесная зависимость между реакцией среды почвы и концентрацией фторид-иона: чем выше щелочность почвы, тем она больше (Сысо,1998).
В естественных экосистемах фтор малоподвижен и не накапливается в верхних горизонтах почв, особенно кислых. Присутствие натрия, калия, аммония обуславливает его высокую растворимость в кислых почвах, в то время как AlF3 и FeF3 малорастворимы. Фтор вымывается из верхних гумусированных горизонтов, что свидетельствует о его инертности к органическому веществу.
В кислых и нейтральных почвах с малой буферной способностью, расположенных вокруг алюминиевых заводов, происходит изменение кислотно-основных свойств, обусловленное действием фторида натрия. Например, в районах Братского и Иркутского алюминиевых заводов на загрязненных участках отмечен сдвиг рН почв от 6,3 до 8 (Моршина, 1986).
Наиболее отчетливо отрицательное действие фтора проявляется на кислых почвах легкого гранулометрического состава. В условиях орошения возможны случаи миграции водорастворимого фтора в подпахотные горизонты. Установлена связь между содержанием фтора и гранулометрическим составом почв: супесчаные почвы содержат в среднем фтора 105, пылеватые - 181, суглинистые - 283 и глинистые - 650 мг/кг.
J.A. Omueti и R.L. Jones (1980) дают следующие относительные содержания фтора по фракциям механического состава: илистая - 41-69%; пылеватая - 18-59; песчаная - 0,2-4%; в составе органических соединений его менее 0,04%. Среднее содержание фтора в почвах составляет примерно 320 мг/кг. Меньше его в песчаных почвах (20-150), существенно больше - в тяжелосуглинистых (450-1200 мг/кг).
Повышенным содержанием фтора характеризуются почвы, богатые карбонатами. В первую очередь известкование уменьшает мобильность фтора за счет образования труднорастворимых CaF. Содержание водорастворимых форм фтора тем выше, чем больше степень засоления почв, но при этом содержание фтора зависит и от состава солей (Филиппова и др., 1971).
На накопление фтора влияет наличие карбонатного горизонта, который является геохимическим барьером на пути миграции водорастворимых форм фтора. Максимальное количество водорастворимого фтора отмечается, как правило, до вскипания почвы от соляной кислоты. Ниже этого горизонта содержание фтора резко уменьшается. Эта закономерность менее выражена там, где имеет место сильное загрязнение пахотного горизонта и на орошаемых почвах. Известно, что чем больше в почве кальция, тем меньше или вообще не проявляется отрицательное воздействие токсиканта.
На степень загрязнения почв фтором большое влияние оказывает вид сельскохозяйственных угодий. Почвы пастбищ и сенокосов, как правило, загрязнены в большей степени, чем почвы на пашне. Этот факт обусловлен тем, что в непаханых почвах фтор в основном концентрируется в верхнем горизонте почв. При распашке происходят перемешивание почвы и разбавление концентрации. Кроме того, часть токсиканта отчуждается с продукцией (Танделов,1997).
Известно также, что орошаемые земли менее загрязнены, чем неорошаемые. Это, по-видимому, связано с двумя причинами: отчуждение большего количества продукции (более высокие урожаи) и с более интенсивным вымыванием водорастворимого фтора по почвенным профилям, вплоть до грунтовых вод (Крупкин, Танделов, 1998).
Изучение лизиметрических вод в зоне Саянского алюминиевого завода (СаАЗа) показало очень высокую миграционную способность техногенного фтора по профилю почвы в период снеготаяния (Сараев, 1993), что свидетельствует о возможности проникновения фтора в более глубокие горизонты. Разнообразное, а порой и разнонаправленное влияние различных свойств почв на содержание в них фтора, в том числе и водорастворимого, является причиной сильного варьирования показателей последнего на территориях, заведомо не испытывающих техногенное загрязнение (фоновое количество, ГОСТ 27593). Об этом убедительно свидетельствуют результаты обобщения Е.И. Волошиным (2003) материалов крупномасштабного (1:25000) экологического картографирования на содержание водорастворимого фтора, проведенного Агрохимслужбой Красноярского края (ГЦАс «Красноярский», ГСАС «Солянская», ГСАС «Минусинская») при отборе образцов на расстоянии не менее 60-70 км от источника загрязнения. Всего проанализировано 19528 образцов на площади 2410 тыс. га всей земледельческой части края. Количество водорастворимого фтора в Центральной и Западной частях края колебалось от 0,5 до 5,2 мг/кг, в Восточной - от 0,3 до 4,5, в Южной -от 0,2 до 3,7 мг/кг. Следовательно, уверенно говорить о техногенном загрязнении почв водорастворимым фтором можно говорить только в том случае, когда его количество превышает 5 мг/кг, т.е. более 0,5 пДк.
Объекты и методы исследований
В 1991 г. Государственным центром агрохимической службы (ГЦАС) «Красноярский» проведено крупномасштабное экологическое картографирование пригородной зоны Красноярска на площади 44,5 тыс. га, в том числе пашни - 27,6 сенокосов и пастбищ - 16,9 тыс. га. При этом выяснено, что загрязненная территория представляет собой эллипс, вытянутый в северо-восточном направлении. Концентрация фтора уменьшается от центра загрязнения (КрАЗ) к периферии (Ерышова, 1992).
Из закартированных 44,5 тыс. га 7,0% территории загрязнено в чрезвычайно опасной степени (более 2,5 ПДК, по рекомендациям Госкомприроды сССр №02-1051-2333 от 10.12.90 г.), 20,1% - высокоопасной (1,0-2,5 ПДК), на 48,0% (21,4 тыс. га) количество фтора колеблется от 0,5-1,0 ПДК.
Почвенный покров загрязненной территории представлен в основном разными видами пойменных почв (23,6%) и различными черноземами (57,0%). Остальная загрязненная территория занята серыми лесными (6,9%), луговыми (8,1%) и прочими почвами (4,5%). При этом орошаемая пашня занимает 7,6% от загрязненной территории, равной 12 тыс. га (Крупкин, Танделов,1998). Приведенные цифры показывают, что на характеризуемой территории преобладают наиболее плодородные почвы края - черноземы - и резко отличающиеся от них по своим свойствам пойменные почвы, значительная часть которых орошаемая (1563 га). Большинство загрязненных почв хорошо гумусированы, имеют благоприятные агрохимические, физикохимические и физические свойства, способны давать высокие урожаи.
Ряд положений по поведению фтора в различных почвах является недостаточно изученным. Поэтому в 1997-1998 гг. П.И. Крупкиным при участии сотрудников ГЦАС «Красноярский» была создана сеть реперных (стационарных) участков (РУ). Двенадцать РУ площадью от 2 до 4,5 га размещены на двух господствующих типах почв, на черноземах и пойменных почвах, на расстоянии от 2 до 28 км от источника загрязнения (ОАО «КрАЗ») и охватывают все уровни загрязнения, от фонового до очень высокого.
Каждый РУ представляет собой выровненную площадку, жестко «привязанную» к местным предметам, или реперам. Почвенный покров всех РУ закартографирован в М=1:2000 по Общероссийской методике. Результаты свидетельствуют о сильной микропестроте почвенного покрова, особенно по содержанию гумуса, мощности гумусового слоя на каждом РУ. Учитывая имеющиеся данные по влиянию свойств почв на их загрязнение фтором, для многолетнего ведения мониторинга и его надежности следовало наметить в пределах реперного участка площадки с минимальным варьированием свойств. Для этого на преобладающем виде почв (по результатам картографирования) намечены и жестко «привязаны» по три контрольных площадки (КП) размером 0,24 га (60 х 40 м). На одной из них обработан базовый разрез и определены все основные свойства этой почвы.
Для получения исходных данных по уровням загрязнения (базовый мониторинг) проведен отбор почвенных проб после закладки РУ на контрольных площадках. Смешанные образцы пахотного (верхнего 20-сантиметрового слоя на целине) отобраны из 20 точек, послойные смешанные образцы с глубин 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см - из трех точек. Отбор смешанных образцов снега проводили в середине марта из 5-10 точек Р.1_, размещенных на всей территории РУ, во всей толще снега. Количество фтора определяли по СанПиН №42-128-4433-37 (1998).
Периодический мониторинг проводили с 1997 по 2001 г. и в 2005 г. с использованием только что описанных способов отбора образцов. При этом образцы пахотного (верхнего) слоя почв отбирали два раза в год, образцы снега и послойные образцы почв - по одному разу в год, соответственно в середине марта и второй половине сентября.
При анализе полученных данных (табл.1) ориентировались на величину ПДК, которая для содержания водорастворимого фтора в почвах равна 10 мг/кг, и «Методические рекомендации, 1995», в которых реко-
мендуется следующая группировка уровней загрязнений почв: допустимый - количество водорастворимого фтора менее 10 мг/кг почвы, низкий - 10-15 мг/кг, средний 15-25, высокий - 25-50, очень высокий - более 50 мг/кг (более 5 ПДК). Для снеговой воды нормативы степени загрязнения фтором не разработаны, поэтому проводили только сравнительный анализ.
Результаты исследований
Исходное содержание фтора, накопившегося в снеге в течение зимы, очень разнообразное в зоне загрязнения и изменяется на черноземах от 0,2 до 6,2-10,9 мг/л снеговой воды, на пойменных почвах от 1-1,2 до 5,3-9,8 мг/л (табл. 1). На обоих типах почв количество токсиканта увеличивается от периферии к источнику загрязнения. Уровень загрязнения почв также зависит от расстояния до источника загрязнения. Допустимый уровень (менее 1 ПДК) наблюдается на расстоянии 10 км, низкий - 8-10 км, средний - 5-8, высокий -4-7 км. На расстоянии менее 4 км от КрАЗа почвы содержат в пахотном слое более 50 мг водорастворимого фтора на 1 кг почвы (очень высокий уровень).
Таблица 1
Количество фтора в снеговой воде и водорастворимого фтора в пахотном слое почв реперных участков (РУ) в 1997-2001 гг. и 2005 г.
№ РУ Снеговая вода, мг/л Почвы, мг/кг V, %
19971998 г. 19981999 г. 19992000 г. 20002001 г. 21 09С 2 7 . г. - 2005 г. е - . е 7 гг н9 г & 3 ° 2005, № КП
1 2 3 Средн.
Черноземы
15 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,8 2,7 3,1 2,6 3,2 3,0 0,8
14 - 1,5 1,5 2,8 1,9 5,8 13,4 15,6 14,4 16,4 15,5 32,3
19 2,4 1,9 1,9 2,3 2,2 4,3 18,2 16,4 16,4 13,8 15,5 12,6
23 - 8,7 8,7 4,7 7,4 10,0 41,4 45,5 45,5 40,6 43,9 31,2
24 - 9,8 9,8 8,1 9,2 10,5 59,1 61,4 64,3 67,3 64,3 10,68
16 6,2 10,9 10,9 9,3 9,3 12,0 67,8 77,0 66,2 71,1 71,6 26,1
Пойменные почвы
21 - 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 6,7 10,0 7,6 6,5 8,0
1 - - - - 1,4 1,8 9,0 10,7 9,4 11,4 10,5
18 1,2 1,7 1,7 1,8 1,6 2,4 14,5 20,8 19,1 23,3 21,3 16,1
17 1,4 2,4 2,4 2,3 2,1 2,9 20,8 22,3 23,3 22,3 22,6 23,2
2 3,2 3,6 3,5 4,1 3,4 3,6 23,6 27,8 35,5 34,6 34,0 12,9
20 5,3 9,8 9,8 8,9 8,5 11,4 69,7 95,1 95,1 89,4 93,2 25,2
*- с-север; с-в-северо-восток; с-з-северо-запад; в-восток; ю-в-юго-восток.
Процесс загрязнения почв происходит при выпадении мелкодисперсных частиц воздуха, при выпадении дождей и оттаивании снега. Последнее подтверждается сопряженными результатами определения фтора в снеге и в почвах, где четко прослеживается связь между увеличением количества фтора в снеговых водах и загрязнением почв (см. табл. 1).
В почвенных профилях на всех реперных участках максимальное количество фтора содержится в самом верхнем слое почв, за исключением одного РУ на черноземах (РУ 15), находящегося в 20 км севернее КрАЗа. В верхнем слое этой почвы отмечено количество фтора, близкое к фоновому. С глубиной оно увеличивается и достигает на глубине 80-100 см 0,5 ПДК. Такое распространение фтора по профилю обусловлено не техногенным загрязнением, а, по всей вероятности, качеством материнских и подстилающих пород.
Как в черноземах, так и в пойменных почвах содержание фтора уменьшается до середины профилей, но неравномерно. В почвах с допустимым, низким и средним уровнями загрязнения это уменьшение происходит в основном постепенно. В более загрязненных почвах основное количество фтора содержится в слое 0-40 см и резко понижается в слое 40-60 см. На глубине 80-100 см всех пойменных почв и большинства черноземов содержание фтора не многим превышает фоновое. Только в черноземах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения имеет место на этой глубине повышенное количество токсиканта до % ПДК. Этот факт позволяет предполагать, что водорастворимый фтор проникает и глубже 1 м и может постепенно накапливаться и в более мощной толще черноземов. Иная картина в пойменных почвах. В этих почвах даже при очень высоком уровне загрязнения повышенное количество фтора зафиксировано только в верхнем полуметре. В нижних горизонтах оно не превышает 3-4 мг/кг. Этот факт связан с более легким грануломет-
рическим составом и промывным типом водного режима пойменных почв, а также с близким к поверхности их подстиланием галечником. При таких условиях водорастворимый фтор вымывается до подстилающих пород (галечник) и не может подниматься вверх по профилю.
Ведение периодического мониторинга в течение 3-4 лет подтвердило закономерности распределения уровней загрязнения почв и снега характеризуемой зоны, выявленные при формировании мониторинга (базы), и позволило выявить ряд новых закономерностей.
В 1998-2001 гг. содержание фтора в снеговой воде изменялось по годам в слабой и средней степени (см. табл. 1). Эти изменения связаны, с одной стороны, с различными погодными условиями в разные зимы (разное количество штилей, ветров разных направлений и силы, количество снега, его перемещения по элементам микро- и нанорельефа), а с другой стороны - с разным количеством выбрасываемого в атмосферу токсиканта. Последнее подтверждается увеличением количества фтора в снеге за зиму 2004-2005 гг. почти на всех РУ по сравнению со средними показателями за 1997 (1998) - 2001 гг. (см. табл. 1). Это увеличение сопряжено с повышенными выбросами фтора ОАО «КрАЗ» в 2004 г.
При анализе мониторинга количества водорастворимого фтора в пахотном горизонте (табл. 2) обращает на себя внимание слабое варьирование данных в пределах одного РУ между тремя контрольными площадками (КП) на большинстве реперных участках. Этот факт свидетельствует о близких количественных характеристиках свойств почв на всех трех КП (заложенных на одном виде почв) и о достаточном количестве индивидуальных проб (20) для формирования их них смешанного образца.
Таблица 2
Количество водорастворимого фтора в пахотном слое почв реперных участков (средние показатели с трех контрольных площадок), мг/кг
№ РУ, удаление от КрАЗа, км Пока- затель 1997 г. осень 1998 г. 1999 г. 2000 г. 2001 г. Среднее за период НСР, мг/кг 2005 г. весна
весна осень весна осень осень весна осень
Ч ерноземы
15 Сред. 2,3 1,5 1,9 2,0 3,2 3,1 2,6 2,7 1,68 2,6
28,0 У,% 37,7 3,9 27,0 29,8 37,9 24,0 22,3 12,6 5,1
14 Сред. 3,1 10,2 10,0 13,3 13,7 12,7 18,0 12,5 13,4 2,52 15,4
9,0 У,% 15,3 2,8 4,0 2,2 7,6 19,3 6,0 13,9 0,17 7,4
19 Сред. 19,7 14,7 14,2 17,2 17,7 17,8 19,0 18,2 6,39 15,5
9,3 У,% 15,5 8,1 10,2 17,6 42,5 9,0 9,1 5,0 3,1
23 Сред. 32,5 42,5 41,3 48,3 42,0 39,7 41,4 6,3 43,9
4,0 ч% 6,7 6,7 18,8 6,0 4,1 8,9 4,5 8,1
24 Сред. 47,0 47,1 66,7 63,3 65,0 53,5 59,1 14,9 64,4
4,0 ч% 6,4 6,7 2,2 29,9 0,0 9,3 4,8 10,2
16 Сред. 60,8 54,2 55,8 73,3 71,7 62,5 73,3 65,0 67,8 5,0 71,6
30,0 У,% 2,4 5,3 1,4 7,1 2,0 6,9 2,0 0,0 0,4 15,2
Пойменные почвы
21 Сред. 4,4 4,4 6,5 7,5 8,8 8,3 6,7 0,98 8,0
18,0 У,% 4,6 6,0 7,1 5,3 11,8 5,0 2,5 16,8
18 Сред. 18,8 10,8 13,7 15,0 13,2 17,3 12,8 14,5 3,57 21,3
8,0 У,% 16,0 10,7 8,5 14,5 13,3 8,3 17,6 4,2 7,2
17 Сред. 23,7 15,5 17,6 22,2 18,5 27,3 21,0 20,8 3,37 24,6
8,0 У,% 4,9 12,9 19,3 1,3 2,7 4,2 12,6 3,6 9,7
22 Сред. 24,7 33.3 37,0 32,0 29,3 30,3 9,43
7,0 У,% 17,0 14,1 28,5 8,3 11,0 7,9
2 Сред. 26,5 19,3 22,3 24,7 24,2 22,8 25,8 23,2 23,6 4,12 33,0
5,6 У,% 13,2 7,5 10,3 9,4 6,0 4,6 11,0 14,4 4,45 9,1
20 Сред. 85,8 61,7 61,3 69,2 78,3 58,5 78,5 64,2 69,7 14,44 96,7
1,3 У,% 19,3 6,7 8,8 7,5 12,9 5,7 3,7 6,0 4,6 3,0
Во все годы исследований, как и в первый год, содержание водорастворимого фтора в верхнем слое определяется преимущественно расстоянием от источника загрязнения. В то же время абсолютное его количество в разные годы и даже периоды года не одинаковое: имеет место как увеличение загрязнения, так и уменьшение. При этом большинство различий между сроками статистически значимые (разница больше наименьшей существенной разности (НСР) при 95% уровне значимости) (см. табл. 2).
Этот факт связан в первую очередь с сильной динамичностью водорастворимых фторидов, легкостью его вымывания из верхних горизонтов вглубь профиля в дождливые периоды и, наоборот, подтягиванием кверху - в засушливые.
Четко выраженное варьирование количества токсиканта по годам и периодам года свидетельствует, по нашему мнению, о недостаточной надежности данных для суждения об его увеличении или уменьшении в почвенном профиле. Для получения истинных результатов необходимо изучение всей почвенной толщи, хотя бы до глубины 1 м.
Периодические наблюдения (1997-2001 гг.) за динамикой количества водорастворимого фтора в метровой толще почв показывают, что глубина его вымывания не одинаковая в пределах одного РУ в разные годы. Более того, даже на разных контрольных площадках (КП) одного и того же РУ в один и тот же год глубина промачивания почв, а вместе с ней перемещение фтора, не одинаковые в связи с имеющим место нано- и микрорельефом, обуславливающим микропестроту свойств почв, например, в 1999 г. на РУ 16 в слое 40-60 см количество водорастворимого фтора на разных контрольных площадках изменялось от 19 (КП 3) до 73 мг/кг (КП 2), тогда как в слое 60-80 см картина была обратной (35 и 9 мг/кг соответственно). В результате количество токсиканта в слое 0-100 см почвы, близкое на всех КП этого РУ, составило от 346 до 376 кг/га (табл. 3).
Таблица 3
Содержание водорастворимого фтора в метровом слое черноземов РУ 16, кг/га (1999 г.)
Глубина, см КП 1 КП 2 КП 3 Среднее У,%
0-20 159 159 154 157 2,01
20-40 118 120 98 112 10,57
40-60 38 73 19 43 63,70
60-80 38 9 35 27 58,52
80-100 23 12 40 25 56,71
Сумма в 0-100 376 373 346 365 4,25
Подобные факты не единичны (Крупкин и др., 2001), они показывают, что наиболее объективные данные по загрязнению почв фтором обеспечивают наблюдения за его количеством не только в верхнем слое, но и во всей толще почв.
Для учета количества водорастворимого фтора посчитаны его запасы во всех пяти слоях почвы (0-20, 20-40; 40-60; 60; 80-100 см) при плотности сложения по слоям (1,1; 1,2; 1,3; 1,35; 1,2 соответственно) (табл. 4). Результаты свидетельствуют о неодинаковых закономерностях в динамике количества фтора по годам в черноземах и пойменных почвах.
В черноземах только на РУ 15, расположенном в 28 км севернее ОАО «КрАЗ», количество токсиканта за 5 лет не изменилось (различия между годами меньше наименьшей существенной разности) и находится в пределах фонового содержания. На других РУ, размещенных на черноземах, в 1997 и 1998 гг. количество токсиканта в слое 0-100 см близкое (а<НСР), но в 1999 и 2000 гг. существенно увеличилось (а >НСР) и осталось на этом уровне до 2001 г. включительно. Иная картина наблюдалась на пойменных почвах, где почти на всех РУ статистически значимого изменения количества водорастворимых фтора в почвенной толще не произошло. Здесь можно говорить только о тенденции к увеличению его количества в 2000 г., по сравнению с 1997-1998 гг.
Отмеченные факты связаны с резкими различиями свойств характеризуемых типов почв и местом их залегания. Черноземы сформировались в плакорных условиях, имеют непромывной или периодически промывной водный режим, глубокое залегание грунтовых вод и отличаются тяжелым гранулометрическим составом (глины и тяжелые суглинки) и повышенной гумусированностью. Пойменные почвы сформировались в пойме р. Енисей, подстилаются галечником на глубине 95-140 см, имеют промывной тип водного режима, отличаются легким гранулометрическим составом (от супесей до средних суглинков) и пониженной гумуси-рованностью.
Таблица 4
Количество водорастворимого фтора в почвенной толще (в слое 0-100 см), кг/га
№ РУ Удаление от КрАЗа, км Направ- ление* Показа- тель Год НСР, мг/кг
1997 1998 1999 2000 2001
Черноземы
15 28 С Средн. 35 22 43 37 78
V, % 23,1 12,3 31,5 67,6
14 9 С-В Средн. 42 47 93 97 73 45
V, % 13,1 1,6 8,2 11,3 16,9
19 9,3 С-В Средн. 66 51 88 73 129
V, % 20,0 4,7 44,0 16,1
23 4 С-З Средн. 137 219 204 103
V, % 6,9 16,5 10,3
24 4 С-В Средн. 145 239 246
V, % 10,0 30,3 18,6
16 3 С-В Средн. 264 220 365 322 283 152
V, % 7,9 10,36 4,2 3,0 16,6
П ойменные почвы
21 18 В Средн. 27 44 50 49
V, % 14,2 24,5 5,2
18 8 Ю-В Средн. 119 87 110 106 114
V, % 6,3 15,3 26,5 16,3
17 8 Ю-В Средн. 117 96 124 120 84
V, % 13,7 15,4 8,4 22,8
22 7 В Средн. 157 183 197 132
V, % 5,1 14,8 8,3
2 5 Ю-В Средн. 113 160 109 142 148 86
V, % 12,2 18,2 21,8 6,2 9,13
20 1,3 В Средн. 367 312 377 365 317 251
V, % 23,5 11,5 4,5 9,0 17,6
* с-север; с-в-северо-восток; с-з-северо-запад; в-восток; ю-в-юго-восток.
Как отмечалось выше, зафторенность почв зависит от их гранулометрического состава и гумусиро-ванности. Наши данные (Крупкин и др., 1999) подтверждаются исследованиями других авторов. Коэффициенты корреляции между количеством водорастворимых фторидов и гумуса в пахотном слое (при 83 пар наблюдений) составили 0,614, а с количеством физической глины (сумма механических частиц мельче 0,01 мм) - 0,399, т.е. связи между сравниваемыми показателями статистически доказаны. Отсюда и более контрастные данные по загрязнению черноземов по сравнению с пойменными почвами.
При анализе данных таблицы 4 обращают на себя внимание высокие значения НСР на большинстве РУ. Данный факт связан со средней и высокой степенью варьирования показателей в большинстве слоев на трех контрольных площадках этих РУ (Крупкин, 2001), в отличие от пахотного слоя (табл. 2). Причина различий - количество индивидуальных проб на одной КП для формирования смешанных образцов: для пахотного слоя 20 проб, для послойных образцов - 3 пробы. Очевидно, при существующей микропестроте почвенного покрова необходимо увеличить количество скважин для взятия послойных смешанных образцов хотя бы до пяти для того, чтобы уменьшить коэффициенты вариации и получить более надежные результаты.
Заключение
Приведенные данные показывают, что под влиянием производственной деятельности ОАО «КрАЗ» загрязнено фтором 12 тыс. га, кроме того, на площади 21,4 тыс. га его количество приближается к ПДК. Загрязненность почв уменьшается от центра к периферии и распространяется до 30 км. Водорастворимые формы фторидов весьма подвижны, что обуславливает значительную микропестроту их количества даже на небольших участках в связи с наличием нано- и микрорельефа и, соответственно, варьированием количест-
венных показателей ряда свойств почв. С подвижностью ряда фтористых соединений связано их перемещение в почвенную толщу до глубины 100 см и, возможно, глубже.
Количество водорастворимого фтора в верхнем слое почв изменяется по годам и сезонам года. При этом определенной закономерности в увеличении или уменьшении содержания токсиканта не прослеживалось при восьми сроках отбора образцов. Данный факт связан с различиями погодных условий в разные сроки отбора проб и, соответственно, с разной интенсивностью перемещения фтора из верхнего слоя вместе с водой или его подтягиванием в этот слой в засушливые периоды. Кроме того, варьирование количества фторидов связано с динамикой их поступления в атмосферу, обусловленной производственным процессом. Отсюда следует, что система мониторинга загрязнения только пахотного слоя почв при ограниченном количестве сроков наблюдения (1-2 раза в год) недостаточно надежная, приблизительная.
Распределение водорастворимого фтора по профилям почв неравномерное. Основная их масса обычно сосредоточена в слое 0-20 см, несколько меньше - в слое 20-40 см. Книзу его количество уменьшается. Количественно эта общая закономерность может проявляться в разной степени даже в пределах реперного участка на разных контрольных площадках: не одинаково количество токсиканта на равной глубине разных КП. Последнее обусловлено варьированием гранулометрического состава в пределах профилей почв и степени гумусированности. Влияние этих свойств почв на накопление фтора доказано статистически.
Послойные различия количества водорастворимого фтора можно нивелировать, путем суммирования его количеств в разных слоях почвенной толщи. Полученные при этой процедуре данные четко свидетельствуют об увеличении количества водорастворимого фтора в метровой толще почв в 1999-2001 гг. по сравнению с 1997-1998 гг. Следовательно, надежную систему мониторинга загрязнения водорастворимым фтором почвенного покрова зоны деятельности ОАО «КрАЗ» может обеспечить сеть реперных участков, размещенных на территориях с разным уровнем загрязнения, при учете его количества в метровой толще почв.
Литература
1. Волошин, Е.И. Содержание и распределение водорастворимого фтора в почвах Средней Сибири / Е.И. Волошин //Агрохимия. - 2003. - №2. - С. 65-73.
2. Ерышова, О.В. Загрязнения почв фтором и тяжелыми металлами в пригородной зоне г. Красноярска: отчет / О.В. Ерышова // Фонды ГЦАС «Красноярский». - 1992. - 110 с.
3. Крупкин, П.И. Пути рационального использования почв, загрязненных фтором / П.И. Крупкин // Агрохимия. - №3. -2005. - С. 78-87.
4. Крупкин, П.И. Загрязнение земель пригородной зоны г. Красноярска: отчет / П.И. Крупкин [и др.]; ФГУ ГЦАС « Красноярский» // Фонды Крайкомзема и ГЦАС «Красноярский». - Красноярск, 2001. - 35 с.
5. Крупкин, П.И. Поиски путей рационального использования земель загрязненных фтором: отчет / П.И. Крупкин [и др.]; ФГУ ГЦАС «Красноярский»; Фонды ГЦАС и земельного отдела администрации г. Красноярска. - Красноярск, 1999. - 29 с.
6. Крупкин, П.И. Техногенное загрязнение фтором почв в пригородной зоне г. Красноярска / П.И. Крупкин, Ю.П. Танделов // Сиб. эколог. журн. - № 6. - 1998.
7. Моршина, Т.Г. Локальное загрязнение природной среды фтором / Т.Г. Моршина // Импактное загрязнение почв металлами и фторидами. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - С. 128.
8. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. - М.: Роскомзем, 1995.
9. Сараев, В.Г. Содержание фтора в почвах Минусинской котловины в зоне воздействия алюминиевого завода / В.Г. Сараев // Почвоведение. - 1993. - №2.
10. Сысо, А.И. К вопросу об изучении I, Br, F, Sr, и, Cs, Rb в природных объектах юга Западной Сибири /
А.И. Сысо // Сиб. эколог. журн. - 1998. - № 6.
11. Танделов, Ю.П. Фтор в системе почва-растение / Ю.П. Танделов. - М.: Изд-во МГУ, 1997. - 78 с.
12. Филиппова, Г.Р. Микроэлементы в биосфере и применение их в с.х. и медицине Сибири и Дальнего Востока / Г.Р. Филиппова [и др.]. - Улан-Удэ, 1971. - С. 102.
