CC BY
43
5. Прудникова, Н.Г. Эколого-географическое зонирование рекреационных территорий (на примере участка долины р. Катунь): автореф. дис. ... канд. географ. наук. - Томск, 2009.
6. Николаева, О.П. Природный потенциал как основа формирования территориальной эколого-рекреационной системы (на примере Алтайского края): автореф. дис. ... канд. географ. наук. - Томск, 2010.
Bibliography
1. Kochurov, B.I. Ehkologicheskaya ehkspertiza v zemlepoljzovanii / B.I. Kochurov, Yu.G. Ivanov // Geografiya i prirodnihe resursih. - 1988. - № 4.
2. Ivanov, A.N. Ehkologo-rekreacionnoe zonirovanie deljtih volgi / A.N. Ivanov, I.A. Labutina // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. - 2006. - № 4.
3. Puzachenko, Yu.G. Matematicheskie metodih v ehkologicheskikh i geograficheskikh issledovaniyakh. - M.: Izd. Centr «Akademiya», 2004.
4. Vremennaya metodika opredeleniya rekreacionnihkh nagruzok na prirodnihe kompleksih pri organizacii turizma, ehkskursiyj, massovogo povsednevnogo otdihkha i vremennihe normih ehtikh nagruzok. - M.: VNIILM, 1987.
5. Prudnikova, N.G. Ehkologo-geograficheskoe zonirovanie rekreacionnihkh territoriyj (na primere uchastka dolinih r. Katunj): avtoref. dis. ... kand. geograf. nauk. - Tomsk, 2009.
6. Nikolaeva, O.P. Prirodnihyj potencial kak osnova formirovaniya territorialjnoyj ehkologo-rekreacionnoyj sistemih (na primere Altayjskogo kraya): avtoref. dis. ... kand. geograf. nauk. - Tomsk, 2010.
Статья поступила в редакцию 07.07.11
УДК 504.455
Eyrikh A.N., Seryck T.G., Dryupina E.Yu. MICROELEMENTS DISTRIBUTION IN BOTTOM SEDIMENTS OF THE
NOVOSIBIRSK RESERVOIR. Presents the results to study of microelements in bottom sediments of the Novosibirsk reservoir. The distribution of the researched elements depends on the physico-chemical characteristics of bottom sediments. Identifies the districts with exceedence Clark and background concentrations for freshwater.
Key words: microelements, bottom sediments, redox conditions, pore water, mineral composition.
А.Н. Эйрих, канд. тех. наук, н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул; Т.Г. Серых, ведущий
инженер ИВЭП СО РАН: Е.Ю. Дрюпина, асп. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: papina@iwep.asu.ru
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ НОВОСИБИРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Представлены результаты исследования содержания микроэлементов в донных отложениях Новосибирского водохранилища.
Их распределение зависит от физико-химических характеристик донных осадков. Определены участки с превышением уровня
Кларка и фоновых концентраций для пресных водоемов.
Ключевые слова: микроэлементы, донные отложения, окислительно-восстановительные условия, минеральный состав.
Среди множества токсикантов, попадающих в природные воды, особое значение имеют микроэлементы. Активно включаясь в миграционные циклы, они аккумулируются в различных компонентах водных экосистем. Особая опасность заключается в том, что в отличие от токсикантов органической природы, в большей или меньшей степени разлагающихся в природных водах, тяжелые металлы в них стабильны и изменяют только свои формы нахождения [1].
При анализе эколого-геохимической обстановки одним из наиболее информативных объектов исследований являются донные осадки. Аккумулируя загрязнители, поступающие в течение длительного промежутка времени, они являются индикатором экологического состояния территории, своеобразным интегральным показателем уровня загрязненности. В водных экосистемах между донными отложениями (ДО) и водой происходят непрерывные процессы обмена веществами. В этой связи большой интерес представляет изучение влияния донных отложений на загрязнение воды в результате вторичного загрязнения [2].
В последние годы особенно актуальной стала проблема качества воды Новосибирского водохранилища. Его водные ресурсы предназначены для водоснабжения, ирригации и рек-
реации, в нижнем бьефе обеспечивают водой коммунальное хозяйство г. Новосибирска и речной транспорт [3].
Целью работы явилось изучение особенностей распределения и накопления микроэлементов в донных отложениях и оценка уровня загрязненности Новосибирского водохранилища.
Материалы и методы исследования
Новосибирское водохранилище создано в результате перекрытия р. Обь в 20 км выше г. Новосибирска. Образовавшийся водоем простирается в генеральном направлении с юго-запада на северо-восток на 220 км и имеет следующие основные параметры: минимальная, средняя и максимальная ширина - 2, 10 и 22 км, соответственно; средняя и максимальная глубина - 9 и 25 м, соответственно; периметр - 550 км [3].
Новосибирское водохранилище - самый крупный искусственный водоем Западной Сибири: площадь водосбора р. Оби в створе гидроузла составляет 228 тыс. км2, бассейн водохранилища включает территории Новосибирской области и Алтайского края [3]. После перекрытия Оби плотиной Новосибирской ГЭС и образования Новосибирского водохранилища изменились гидрологические условия Оби. В зоне основного водохранилища и Бердского залива активизировалось загрязнение воды и дна.
бирского водохранилища, отобранных в июне 2010 г. Для этого была выбрана схема контрольных точек отбора проб в наблюдаемых створах водохранилища (рис. 1).
Донные отложения отбирали дночерпателем Петерсона на глубине до 10 см от поверхности залегания в трех точках створа, приуроченных к вертикалям отбора водных проб [4-5]. Затем их помещали в предварительно подготовленные (очищенные 1 М соляной кислотой и промытые дистиллированной водой) полиэтиленовые контейнеры и хранили в холодном месте. В поровых водах измеряли pH и окислительно-восстановительный потенциал.
Отобранные образцы высушивали при комнатной температуре в чистом помещении. Затем измельчали в яшмовой ступке и разделяли с помощью капроновых сит на фракции (0,2-1 мм и < 0,2 мм). Пробу массой 0,7 г помещали в тефлоновые стаканы, к ним приливали 5 мл концентрированной HNO3 и разлагали в микроволновой печи MARS-5. Использовали метод US EPA, включающий программу SW-3051 (микроволновая пробоподготовка почв, донных отложений и шламов). Полученный раствор переносили в мерную посуду, доводили объем до метки биди-стиллированной водой. Следует отметить, что по описанным методикам в донных отложениях определяются только подвижные формы металлов, т. е. сорбированные на минеральной составляющей материала, или содержащиеся в органической и легкоокисляемой составляющих.
Пробы на содержание тяжелых металлов анализировали атомно-абсорбционным методом на приборе SOLAAR-M6 с использованием пламенной и электротермической атомизации. Для градуировки прибора применяли стандартные растворы ГСО изучаемого элемента. Контроль правильности проводили с помощью образцов сравнения stream sediment NCS DC 73307.
что содержание тяжелых металлов в донных отложениях зависит от минералогического, фракционного состава, содержания органического вещества и биогенных элементов, а также решающую роль на формы нахождения и уровень содержания металлов оказывают окислительновосстановительные условия.
Пробы донных осадков на изучаемом участке Новосибирского водохранилища имели различные минеральный состав (песок, заиленный песок, ил) и окислительновосстановительные условия. В зависимости от этого с различной интенсивностью проходила аккумуляция загрязняющих веществ. Так в первой точке отбора (створ р. Обь, выше г. Камень-на-Оби) ДО во все изученные месяцы были представлены песками с окислительными условиями залегания (ЕЙ > +100 шУ). В третьей (р. Обь, Малетино - Усть-Алеус) и четвертой (р. Обь, Спирино-Чингисы) точках отбора донные отложения состояли из песка и заиленного песка с окислительными и промежуточными (или смешанными, ЕЙ в пределах от +100 до -100 шУ) условиями. В остальных точках отбора донные отложения были представлены илом или заиленным песком и имели восстановительные (ЕЙ < -100 шУ) или промежуточные условия залегания.
Характерно, что в некоторых створах (левый берег, середина, правый берег) содержание тяжелых металлов в донных отложениях одной из трех точек створа существенно отличается от их содержания в двух других. При этом в них также отмечены разные окислительновосстановительные условия. Например, концентрация марганца и железа в донных отложениях точки 5.1 (р. Обь, Ниж. Каменка - Ордынское, левый берег) с окислительными условиями (ЕЙ = +176 шУ) статистически значимо отличается от их концентрации в точке 5.2 (р. Обь, Ниж. Каменка - Ордынское, середина) с восстановительными условиями (ЕЙ = -207 шУ) (рис. 2). Такая ситуация наблюдалась в створах 5-7.
□ Мп □ ¥е!2
2,4
то
н
І
ф
І
£
1,2
5.1 (Бі=+176 пУ)
5.2 (Бі= -207 пV)
Точки отбора
0
Рис. 2. Содержание железа и марганца в донных отложениях Новосибирского водохранилища в т.5.1 (р. Обь, Ниж. Каменка - Ордынское, левый берег) и 5.2 (р. Обь, Ниж. Каменка - Ордынское, середина)
Результаты анализа показали, что даже относительно небольшие изменения окислительно-восстановительных условий влияют на содержание микроэлементов в донных отложениях Новосибирского водохранилища. Например, в створе 6
(р. Обь, Боровое-Быстровка) пробы донных отложений имели восстановительные условия залегания. При этом концентрация марганца и железа в донных отложениях этих точек статистически значимо отличается друг от друга (рис. 3).
□ Мп □ Ре/10
6 п
6.1 (Ві= -108 пУ) 6.2 (Ві= -185 пУ) 6.3 (Ві= -204 пУ)
Точки отбора
Рис. 3. Содержание марганца и железа в донных отложениях Новосибирского водохранилища в створе 6
(р. Обь, Боровое-Быстровка)
Во всех перечисленных точка отбора (5-7) донные осадки состояли из ила или заиленного песка и имели восстановительные или промежуточные условия залегания. По данным наших исследований в донных отложениях одного и того же створа водохранилища в зависимости от гидрологических особенностей могут формироваться осадки различного состава, соответственно, с разным значением концентраций элементов, что вызывает неоднозначность и трудность в сопоставлении уровня загрязненности ДО. Поэтому, для оценки
уровня загрязненности осадков Новосибирского водохранилища были проведены сравнения их по минералогическому составу и окислительно-восстановительным условиям. Установлено, что содержание микроэлементов во все периоды наблюдения значительно выше в илах и заиленном песке, что может быть связано с их удельной сорбционной площадью (табл. 1). Полученные результаты показывают, что содержание микроэлементов значительно выше в осадках с восстановительными условиями (табл. 2).
Таблица 1
Содержание микроэлементов в донных отложениях Новосибирского водохранилища с различным минеральным составом, мкг/г, июнь 2010г.
Элементы Песок Заиленный песок Ил
1,04-1,32 1,46-2,93 2,36-5,92
Л8 1,14 2,29 4,49
0,01-0,1 0,01-0,08 0,02-0,32
еа 0,06 0,05 0,18
5,11-7,47 10,1-16,3 12,7-18
Со 6,44 12,3 14,7
4,4-5,01 8,01-16,1 7,93-52,2
Си 4,76 11,4 29,8
11,4-53,9 60,3-94,9 55,5-225
Сг 29,9 77,4 137
7,81-15,3 10,2-29,0 5,63-54,8
Ре* 12,0 18,5 36,3
0,17-0,26 0,25-0,77 0,47-1,55
Мп* 0,21 0,52 1,07
4,50-11,3 10,9-24,1 10,1-63,8
N1 8,56 19,2 41,2
0,76-2,13 13,2-2,93 9,84-34,2
РЬ 1,24 6,11 22,3
10,0-18,9 16,3-35,4 11,9-164
7п 14,1 28,1 82,5
п 4 3 8
Примечание: * - мг/г, в числителе - интервал значений; в знаменателе - среднее значение, п - количество проб.
Таблица 2
Содержание микроэлементов в донных отложениях Новосибирского водохранилища с различными окислительно-восстановительными условиями, мкг/г, июнь 2010г.
Элементы Окислительные БИ> +100 шУ Промежуточные БИ от +100 до -100 шУ Восстановительные БИ< -100 шУ
1,04-2,47 1,46-5,5 4,15-5,92
Л8 1,41 3,23 4,83
0,01-0,10 0,01-0,21 0,10-0,32
еа 0,06 0,09 0,21
5,11-10,4 10,1-16,3 12,7-18
Со 7,23 13,9 14,8
4,4-10,1 8,01-33,0 7,93-52,2
Си 5,83 17,7 34,8
11,4-77,1 60,3-180 55,5-225
Сг 39,3 97,8 152
7,81-29,0 9,63-37,4 28,9-54,8
Ре* 15,4 21,0 44,2
0,14-0,55 0,25-1,15 0,86-1,55
Мп* 0,27 0,71 1,20
4,5-24,1 10,0-42,9 30,3-63,8
N1 11,7 21,7 50,9
0,76-2,20 2,93-25,2 16,5-34,2
РЬ 1,43 13,8 25,1
10,0-32,7 11,9-84,9 51,1-164
7п 17,8 37,8 105
п 5 5 5
Примечание: * - мг/г, в числителе - интервал значений; в знаменателе - среднее значение, п - количество проб.
Для оценки уровня загрязненности тяжелыми металлами донных отложений существует несколько подходов. Наиболее распространенные - сравнение полученных массовых концентраций со значением величин Кларка, фоновыми концентрациями, официально установленными допустимыми уровнями или с другими ранее полученными натуральными данными [67]. В данной работе было использовано сравнение содержания микроэлементов с уровнем загрязненности осадков для пресных вод [8] и Кларками по А.П. Виноградову. Концентрации всех изученных микроэлементов в донных отложениях в точ-
ках 1 и 3, представленных песком с окислительными условиями залегания находятся на фоновом уровне. В точках с 4-5, представленных песком и заиленным песком с окислительными и промежуточными условиями отмечен низкий уровень загрязненности металлами, за исключением хрома, концентрации которого находятся на пороговом уровне (рис. 4). В точках отбора 5-7, донные осадки представлены илом или заиленным песком и имели восстановительные или промежуточные условия залегания, отмечен низкий уровень загрязненности металлами.
Рис. 4. Сравнение содержания микроэлементов в донных отложениях с уровнем загрязненности осадков для пресных вод По результатам анализа сравнение содержания микроэлементов в донных отложениях Новосибирского водохранилища с Кларками по А.П. Виноградову обнаружено превышение уровня для хрома, железа, марганца, свинца и цинка в точках отбора (4-7), представленных илом или заиленным песком с восстановительными условиями залегания.
Заключение
Таким образом, изучение содержания микроэлементов в донных отложениях Новосибирского водохранилища показало, что концентрация металлов в точках с восстановительными условиями выше, чем их концентрация в точках с окислительными условиями. При этом даже относительно небольшие изменения окислительно-восстановительных условий влияют на содержание микроэлементов в осадках.
Минеральный состав так же влияет на содержание микроэлементов в донных отложениях Новосибирского водохранилища. Максимальные концентрации обнаружены в осадках,
представленных илом. Превышение фонового уровня загрязненности металлами отмечено в точках отбора, представленных илом или заиленным песком с восстановительными или промежуточными условиями залегания. Определено, что в донных отложениях с восстановительными условиями концентрация хрома, железа, марганца, свинца и цинка выше уровня Кларка.
Авторы считают своим долгом выразить благодарность Т.Н. Ускову, М.И. Ковешникову и всем членам экспедиционной команды за помощь в получении натурных данных.
Библиографический список
1. Справочник по гидрохимии / под ред. А.М. Никанорова. - Л.: Гидрометеоиздат., 1989.
2. Папина, Т.С. Факторы, влияющие на распределение тяжелых металлов по абиотическим компонентам водных экосистем Средней и Нижней Оби / Т.С. Папина, Е.И. Третьякова, А.Н Эйрих // Химия в интересах устойчивого развития. - 1999. - № 7.
3. Васильев, О.Ф. Экологическое состояние Новосибирского водохранилища / О.Ф. Васильев, В.М. Савкин, С.Я Двуречен-ская // Сибирский экологический журнал. - 2000. - № 2.
4. ГОСТ 17.1.5.05-85 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков. Введ. 01.07.86. - М.: Изд-во стандартов, 2002.
5. ИСО 5667-6 Руководство по отбору проб водных потоков. - М.: Изд-во стандартов, 1998.
6. Петрухин, В.А. Фоновое содержание микроэлементов в природных средах (по мировым данным) / В.А. Петрухин, Л.В. Буриева, Л.А. Папенко // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - Вып. 5.
7. Forstner, U., Salomons, W., Stigliani, W.M. Non-linear release of metal from aquatic sediments. Biogeodynamics of pollutants in solids and sediments. - Berlin, Springer-Verlag, 1995.
8. Buchman, M. F. Screening quick reference tables. - Washington, 1999.
Bibliography
1. Spravochnik po gidrokhimii / pod red. A.M. Nikanorova. - L.: Gidrometeoizdat., 1989.
2. Papina, T.S. Faktorih, vliyayuthie na raspredelenie tyazhelihkh metallov po abioticheskim komponentam vodnihkh ehkosistem
Sredneyj i Nizhneyj Obi / T.S. Papina, E.I. Tretjyakova, A.N Ehyjrikh // Khimiya v interesakh ustoyjchivogo razvitiya. - 1999. - № 7.
3. Vasiljev, O.F. Ehkologicheskoe sostoyanie Novosibirskogo vodokhranilitha / O.F. Vasiljev, V.M. Savkin, S.Ya Dvurechen-skaya // Sibirskiyj ehkologicheskiyj zhurnal. - 2000. - № 2.
4. GOST 17.1.5.05?85 Okhrana prirodih. Gidrosfera. Obthie trebovaniya k otboru prob poverkhnostnihkh i morskikh vod, ljda i atmosfernihkh osadkov. Vved. 01.07.86. - M.: Izd-vo standartov, 2002.
5. ISO 5667?6 Rukovodstvo po otboru prob vodnihkh potokov. - M.: Izd-vo standartov, 1998.
6. Petrukhin, V.A. Fonovoe soderzhanie mikroehlementov v prirodnihkh sredakh (po mirovihm dannihm) / V.A. Petrukhin, L.V. Burieva, L.A. Papenko // Monitoring fonovogo zagryazneniya prirodnihkh sred. ? L.: Gidrometeoizdat, 1989. - Vihp. 5.
7. Forstner, U., Salomons, W., Stigliani, W.M. Non-linear release of metal from aquatic sediments. Biogeodynamics of pollutants in solids and sediments. ? Berlin, Springer-Verlag, 1995.
8. Buchman, M. F. Screening quick reference tables. - Washin Статья поступила в редакцию 07.07.11
Paramonov Ye.G. THE RESTORATION OF CEDAR FORESTS IN LOW-M REGIONS WITL PROSPECTS TO BECOME NUTBEARINO PLANTATIONS. In low mountains young growth of cedar appears under the cover of other wood species and due to long-term ontogenesis prevails in plantings. To form nut-bearing cedar plantings, this process can be accelerated using the silvicultural techniques.
Key words: chern taiga, young growth of cedar, potential cedar forests, nut-bearing plantings, old growth felling.
УДК 630.3.231
Е.Г. Парамонов, гл. н.с., Институт водных и экологических проблем СО РАН, д-р сельхоз. наук, г. Барнаул, E-mail: bezmater@mail.ru
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КЕДРОВНИКОВ В НИЗКОТОРЬЕ С ПЕРСПЕКТИВОЙ ОЕРЕВОДА ИХ В ОРЕХОНОСНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ
В низкогорных условиях подрост кедра появляется под пологом других древесных пород и по причине длительного процесса в онтогенезе он становится господствующим в составе насаждений. Лесоводственными приемами возможно этот процесс ускорить с целью формирования орехоносных насаждений.
Ключевые слова: черневая тайга, подрост кедра, потенциальные кедровники, орехоносные насаждения, рубки спелых насаждений.
Оптимальной экологической нишей для сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour.) являются почвенноклиматические условия низкогорий до высоты 800 м над уровнем моря. Здесь годовое количество осадков достигает 800 мм, сумма положительных температур воздуха - 1800°С, положительная среднегодовая температура, относительная влажность воздуха в июле не опускается ниже 55 %, преобладают горно-лесные бурые оподзоленные почвы. Такое сочетание природных факторов свойственно Северо-Восточному Алтаю и Западному Саяну на площади около 1 млн. га.
После промышленных рубок, проведенных в наиболее продуктивных низкогорных кедровниках Северо-Восточного Алтая, вырубки в основной массе возобновились лиственными древесными породами. В тоже время основательно была подорвана доступная и наиболее продуктивная база заготовок кедровых орехов. На 10-15-летних вырубках в низкогорье под пологом лиственных молодняков стал появляться подрост кедра в результате деятельности кедровки. Кедр за счет длительности в онтогенезе и теневыносливости в молодом возрасте способен восстановит свое преобладание в насаждении через 80-100 лет, но этот процесс можно ускорить .путем формирования кедровых насаждений лесоводственными
приемами, направленными на достижение раннего и обильного семеношения.
Все исследователи [1-7] отмечали отсутствие в лесном фонде кедровых молодняков особенно на равнине, но их нет и в низкогорье. И только в среднегорье и высокогорье с ухудшением экологических условий на вырубках и гарях появляются кедровые молодняки. В тоже время, как на равнине, так и в низкогорье, под пологом особенно лиственных древесных пород практически повсюду имеется подрост кедра. Эта своеобразная особенность восстановительного процесса кедра обусловлена весом бескрылых семян и деятельностью кедровки, основного «сеятеля» кедра как на открытых местах, так и под пологом леса.
Сложность и продолжительность восстановительной динамики кедровых лесов допускает вмешательство в естественный процесс с целью создания специализированных насаждений. Это не противоречит протеканию биологического процесса древесной породы в части роста и развития, но значительно сокращает сроки начала семеношения при одновременном повышении урожайности ореха как основного ресурса в кедровниках.
Таблица 1
Породная структура лесного фонда Республики Алтай, тыс. га
Объект Покрыт. лесом земли В том числе
сосна ель, пихта кедр листвен ница береза осина прочие
Республика Алтай 4047,0 70,2 461,7 1201,4 1328,4 540,6 198,6 246,1
Сев-Восточ. Алтай 1705,7 38,2 340,5 534,6 42,5 392,6 196,0 161,3
Низкогорье 889,4 32,9 273,8 102,2 0,3 310,4 162,9 6,9
