CC BY
40
УДК 631.42
РТУТЬ В ПОЧВАХ УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ р. СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ © 2007 г. Ю.А. Федоров, А.Э. Овсепян, И.В. Доценко
The basic regularities of spatial distribution of mercury concentrations in soils of Archangelsk and Archangelsk region are found out. The sources of the element in the soils of researching area are revealed. The natural and anthropogenous factors of mercury migration and transformation in the system « atmosphere ^ soils ^ superficial waters » are identified.
Изучение процессов переноса и трансформации соединений ртути в различных природных средах является одной из актуальных проблем. Ключевая роль в миграции ртути по компонентам ландшафта принадлежит почвенному покрову. Аккумулируя ртуть, почва способствует трансформации её форм миграции, включению в органометаллические и другие комплексы, и соответственно, изменению качественных и количественных характеристик миграционных потоков. Являясь своеобразным фокусом всех биогеохимических процессов ландшафта, почва наиболее полно отражает аддитивное антропогенное воздействие и природное влияние матрицы коренных пород. Основным каналом поступления ртути в почвы является тропосфера, где она находится главным образом в форме элементной. В свою очередь почвенный покров сам является одним из источников вторичного загрязнения грунтовых и поверхностных вод, воздушной среды и растительности. Из почвенного покрова в водные объекты ртуть поступает в растворенной и взвешенной форме миграции в результате плоскостного смыва и эоловым путем. Сведения об уровнях концентрации, распределении, миграции и трансформации ртути в почвах относительно немногочисленны. Особенно редки исследования, в которых бы приводились данные о величинах потоков ртути в системе почва - донные отложения водоемов и водотоков. Еще меньше информации подобного рода имеется для севера ЕТР, куда относится и район наших исследований. Это наряду с актуальностью проблемы ртутного загрязнения воды и донных отложений р. Северная Двина и Двинской губы Белого моря, а также водоемов и водотоков её бассейна [1 - 3] и стало основанием для написания настоящей статьи.
Объекты и методы
С целью изучения содержания и распределения ртути в почвах г. Архангельска и Архангельской области, а также выяснения степени влияния почвенного покрова на формы миграции и поступление ртути в поверхностные воды и донные отложения, в августе 2004, 2006 и июле 2005 гг. производился отбор образцов почв приустьевой области р. Северная Двина. Данный район характеризуется значительной и разнообразной антропогенной нагрузкой на почвенный покров. В этой связи для установления особенностей распределения содержания ртути образцы почв отбирались методом конверта в разных функциональных зонах Архангельска - промышленной, транспортной, селитебной, рекреационной. Также были отобраны пробы на фоновом участке, за который была принята территория музея-заповедника «Малые Корелы» (рис. 1).
Образцы отбирались в соответствии со стандартной методикой в верхних почвенных горизонтах 0-5 и 5-15 см.
Рис. 1. Схема станций отбора проб почв в 2004 - 2006 гг. 1 - порт Экономия; 2 - Никольский проспект; 3 - Беломорская, 1; 4 - правый берег пр. Кузнечиха, в 100 м выше впадения р. Юрас; 5 - Самойло, 6; 6 - набережная Северной Двины, 140; 7 - набережная Северной Двины, 121; 8 - набережная Северной Двины, 4; 9 - Ижемская, 8;
10 - железнодорожный вокзал; 11 - силикатный завод;
12 - Малые Корелы; 13 - Новодвинск, левый берег Северной Двины; 14 - Дежневцев, 3
Определение содержания ртути в почвах осуществлялось с использованием атомно-абсорбционной спектроскопии методом «холодного пара» в лицензированной лаборатории Гидрохимического института (ГХИ). Полученные результаты использовались для анализа пространственного распределения концентраций ртути в районе исследований, а также по почвенному профилю. Пространственное распределение ртути в почвах в 2004-2006 гг. отличалось незначительно. При создании графиков и рисунков учитывалось среднегодовое содержание ртути, определенное для каждой станции по результатам трехлетних исследований.
В Архангельской области почвенный покров (исключая скальные породы, каменные россыпи, пески и внутренние водоёмы) составляет 28 608 тыс. га. Поч-вообразующие факторы обусловили формирование зональных типов и сопутствующих интразональных почв, характерных для тундровой и лесной почвенно-климатических зон. В общей структуре почвенного покрова Архангельской области наибольшее распространение получили подзолистые почвы (в том числе подзолистые и подзолы, глееподзолистые, болотно-
подзолистые, дерново-подзолистые), занимающие 64,1 % от общей площади почвенно-земельного фонда территории. Для данного типа характерны следующие особенности: низкая общая гумусированность при резкой дифференциации содержания гумуса по профилю: максимум непосредственно под подстилкой, резко сменяющийся минимум в горизонте 12-25 см, резко выраженный фульватный состав гумуса (Сгк:Сфк<1), сильная кислотность всего профиля, очень высокое содержание свободных гумусовых кислот (ГК) (87 % к сумме ГК). Качественный состав ГК изменяется по профилю следующим образом: в горизонте 0-5 см содержание гуминовых и фульвокислот примерно одинаково (Сгк:Сфк=0,9-1,0), в горизонте 5-15 см соотношение меняется в сторону увеличения содержания фульвокислот (Сгк:Сфк=0,4-0,9). Максимальное содержание гумусовых кислот в подзолистых почвах Архангельской области приурочено к горизонту 0-15 см, где повсеместно наблюдаются низкие значения рН (4,9-5,1). С глубиной соотношение Сгк:Сфк изменяется в сторону увеличения содержания Сгк [4-6].
Характерной особенностью Архангельской области является высокая степень заболоченности территории. Например, в бассейне р. Северная Двина этот показатель в среднем составляет 6 % водосборной площади, увеличиваясь в северной части бассейна до 15-20 %. На заболоченных п°'
территориях распространены особые торфяные болотные почвы (верховые, низинные, переходные), характеризующиеся высоким содержанием органического вещества. Посредством грунтового и поверхностного стока органическое вещество из почв выносится в водотоки, обогащая речные воды и донные отложения. Этот процесс осуществляется непрерывно, а его интенсивность повторяет годовой ход водности реки [1]. Во все времена года для Северной Двины характерно высокое содержание органических веществ, связанных с гумусом почвенно-болотного происхождения. Как следствие создаются благоприятные условия для миграции ртути в поверхностных водах в виде фульватных комплексов, что подтверждается высоким коэффициентом корреляции между содержанием ртути и фульвокислот [2, 3]. Установлено существенное возрастание отношения ГК/ФК (до 1,15 - 4,12, в среднем до 2,33) в поверхностных водах по отношению к таковому в почвах. Величина отношения ПО/БО варьировалась в пределах 0,31 -0,58. По мнению [7], величина отношения ПО/БО, равная 0,44 - 0,59 в летний период свидетельствует, что большую часть присутствующего в воде органического вещества составляют соединения почвенного и болотного происхождения. В речных водах, подверженных воздействию сточных вод, этот показатель снижается до 0,3 - 0,4 [1].
Анализ уровней концентрации ртути в почвах земного шара
Кларк ртути в почвах земного шара со-
ставляет 0,05 - 0,1 мкг/г с. м. [8, 9]. Анализ мировых данных, выполненный советскими учеными [10], показал, что концентрации ртути в почвах различных регионов варьируют следующим образом: Зарубежная Европа - 0,001- 3,0 (в среднем 0,07); Европейская территория СССР - 0,025-0,32 (в среднем 0,11); Азия - 0,04-0,33 (в среднем 0,11); Северная Америка -0,002- 0,16 ( в среднем 0,02) мкг/г с. м.
Пространственное распределение концентраций ртути в почвенном покрове в планетарных масштабах неравномерно, а ее уровни характеризуются широким диапазоном колебаний (рис. 2).
Объясняется это многими факторами и процессами, среди которых наиболее важными являются: содержание ртути в почвообразующих породах, тип почв и их состав, окислительно-восстановительная обстановка, характер антропогенного воздействия, наличие локальных и региональных источников загрязнения почв, влияние глобального массопереноса. Анализ мировых данных (рис. 2) в целом подтверждает мнение [11], что природные факторы и процессы определяют глобальный круговорот ртути, а техногенные - локальный и региональный. Нет также сомнения об участии в глобальном круговороте ртути и антропогенных потоков этого элемента. Это способствует их рассеи-
0
дерново-подзолистые и подзолы
чеонозем Почвы
каштановые
на ледниковых отложениях
болотные торфяные, торфянистые
серые лесные
пустынные
сельхозугодий Архангельской области
рисовых полей
чернозем сельско- " хозяйственных и урбанизированных территорий
золотобываюицс предприятий
хлорно-щелочных производств
производств люминесцентных ламп
за[рязненные фунпимами
ртутных рудников
0,2
—I—
0,4
—I—
0,6
—I—
0,8
1
1,2
—i
Hg, мкг/г с.н
33,4
129,3
2,1 5,7
28,3
300,0
8,4
11,5
7,0
40,0
Рис. 2. Пределы колебаний и средние концентрации ртути в различных типах почв мира
ванию и, с одной стороны, повышению, а с другой
выравниванию концентраций ртути в почвах в планетарных масштабах. Однако существующие оценки природных и антропогенных составляющих глобального круговорота ртути весьма противоречивы, что затрудняет их использование в расчетах ртутных нагрузок на почвы.
Рассмотрим в первую очередь те данные, которые с определенной долей условности можно отнести к фоновым значениям. Как следует из анализа рис. 2, наиболее высокие концентрации ртути свойственны независимо от географического расположения станций мониторинга почвам, обогащенным органическим веществом. Построен следующий ряд последовательности, характеризующий фоновые содержания ртути в почвах разного типа: болотные торфяные, торфянистые ^ серые лесные ^ суглинки ^ глеевые ^ дерново-подзолистые и подзолы ^ пустынные ^ черноземные ^ каштановые. На рис. 2 представлены также диапазоны изменения и средние содержания ртути в почвах импактных районов, сформировавшихся под воздействием промышленной и сельскохозяйственной деятельности, для которых ртуть является одним из характерных загрязняющих веществ. Пределы колебания концентраций характеризуются широким диапазоном изменения. Наибольшее влияние на почвенный покров из представленных производств оказывают предприятия золотодобычи ^ производство люминесцентных ламп ^ привнесение фунгицидов ^ ртутные рудники ^ хлорно-щелочные производства ^ рисовые поля. Следует акцентировать внимание на том, что почвы, сформировавшиеся в районах, подверженных влиянию хлорно-щелочных производств, содержат в среднем 2,1 мкг/г с.м. ртути, что в 42 раза превышает мировое фоновое значение (0,05 мкг/г с.м.).
Почвы Архангельской области занимают в ряду, составленном для фоновых районов, крайнее (с точки зрения величины концентрации ртути) положение. Окислительно-восстановительные условия и глееоб-разование также являются важнейшими факторами, контролирующими распределение, трансформацию и миграцию ртути по площади и профилю почв. В кислых глеевых почвах в естественных условиях может происходить образование как металлической ртути, так и её сульфидных соединений [5]. Почвы лесных экосистем способны как аккумулировать метилртуть органическим веществом почв, так и генерировать её сами [12]. При этом, по нашему мнению, не последняя роль в процессах аккумуляции ртути и трансформации форм её нахождения в лесных почвах принадлежит грибам.
Известно, что ртуть в окружающей среде образует многочисленные формы, отличающиеся миграционной способностью и токсичностью. В почвах и водной среде соотношение химических форм ртути и ее поведение во многом определяется двумя главными совокупностями гумусовых кислот: фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Поэтому особую важность в поступлении гумусовых веществ в поверхностные воды приобретает состав почв водосборного бассейна [6]. Так, исследования ртутного загрязнения дерново -подзолистых почв Калининградской области показали, что существует прямая зависимость между концентрацией ртути и количеством физической глины,
а также содержанием органического вещества. Отметим, что подобная зависимость была установлена Ю.А. Федоровым и другими и для донных отложений бассейна Азовского моря [13]. Была обнаружена обратная зависимость содержания ртути от величины рН почвы [4, 5, 15]. При этом разница в содержании ртути между низкогумусированными нейтральными и высокогумусированными кислыми почвами составляет величину более чем в два раза.
Распределение ртути по почвенному профилю также имеет свои особенности. Как правило, концентрации этого элемента с глубиной снижаются, что не только еще раз свидетельствует о связи ртути с органическим веществом почвы, но и подтверждает преобладание техногенного ее поступления над естественным потоком из материнских пород. Обращаясь вновь к анализу мировых данных (рис. 2), отметим, что воздействие локальных и региональных природных и антропогенных факторов приводит к возрастанию концентрации ртути в почвах. Это хорошо показано на примере Ростовской и Днепропетровской областей. Высокие концентрации ртути в коренных породах - суглинках и глинах, а также её фоновые значения в почвах определяются влиянием проходящего здесь ртутного пояса земли. Для этих регионов основным антропогенным источником загрязнения почв были протравливание семян пшеницы ртутьсодержа-щим препаратом гранозаном, ныне запрещенным мировым сообществом [13]. После введенного запрета большая часть этого препарата была захоронена, однако не было полностью исключено его поступление с подземным стоком. Другой мощный источник техногенного загрязнения почв Ростовской области -добыча и переработка угля (образование терриконов, углепородных отвалов, шахтных вод), содержащего повышенные концентрации ртути [13].
Таким образом, установлено, что на накопление, рассеивание, трансформацию и миграцию ртути в почвах оказывают влияние природные и антропогенные факторы и процессы, причем следует отметить всё возрастающую роль последних.
Результаты и обсуждение
Анализ всего массива данных свидетельствует о широких вариациях концентраций ртути в почвах района исследований, которые однако не превышают ПДК (2,1 мкг/г с.м.). Кроме того, средняя концентрация находится на уровне фоновых значений, характерных для почвенного покрова Архангельской области (0,03 - 0,05 мкг/г с.м.) по данным [14].
При оценке ртутного загрязнения почв практический интерес вызывает частота встречаемости различных концентраций. Нами определено, что в пробах почв г. Архангельска в горизонте ОА (0-5 см) в 79 % случаев концентрации ртути не превысили 0,05 мкг/г с.м., в 21 % содержание металла было выше 0,05 мкг/г с.м. и только в 7 % превысило 0,1 мкг/г с.м. (рис. 3).
В горизонте 5-15 см доля высоких концентраций больше - в 56 % случаев концентрации превысили 0,05 мкг/г с.м. ив 14 % - 0,1 мкг/г с.м. Следует отметить, что средние концентрации металла в горизонте
5-15 см также несколько выше, чем в поверхностном горизонте.
Распределение концентраций элемента в исследуемых горизонтах почв характеризуется неоднородностью. Так, наибольшие концентрации в обоих горизонтах выявлены в транспортной и промышленной зонах города, а наименьшие - в селитебной и рекреационной зонах, а также в «Малых Корелах». Эта особенность, в целом, отражает общую антропогенную нагрузку на ПТК и может использоваться в качестве показателя трансформации почв.
Рис. 3. Частота встречаемости различных концентраций ртути в почвах Архангельска
В нашем случае техногенное преобразование почв и происходящих в них процессов находит отражение в своеобразном распределении ртути по почвенному профилю. Согласно нашим данным, в почвах малоиз-мененных ландшафтов [15] большие концентрации обнаруживаются в подповерхностном слое. Это можно объяснить, с одной стороны, способностью ртути активно мигрировать в нижележащие горизонты, а с другой - промывным режимом почвы, способствующим ее выносу. Изменения концентраций ртути по профилю техногенно модифицированных почв [6, 15] имеют обратный характер - в поверхностном горизонте концентрации выше, чем в горизонте 5-15 см. Такое распределение свидетельствует о преобладании антропогенного источника поступления ртути из воздушной среды над поступлением из подстилающей литогенной основы. При этом становится очевидным, что интенсивность этого процесса превышает возможности почвы к очищению от ртути естественным путем.
Интересен тот факт, что в относительно малоизме-ненном ландшафте Малых Корел, являющихся музеем-заповедником, зарегистрировано относительно высокое содержание металла по сравнению с некоторыми районами г. Архангельска. По всей видимости, это связано с опесчаненностью городских почв, характеризующихся низким содержанием органических веществ. Более того, такие почвы отличаются повышенной пористостью, водопроницаемостью, сниженной поглотительной способностью микробиологической активностью. По этой причине, с одной стороны, обеспечивается свободное проникновение ртути в почву, с
другой - ее возврат в компоненты ландшафта, прежде всего водную и воздушную среды.
Пространственное распределение концентраций ртути в почвах г. Архангельска и прилегающих районов в горизонтах 0-5 и 5-15 см представлено на рис. 4.
И»5Г31П 41°«'«"
.«г 04'31" I. д.
64° 16ЧВ"
М°»Г)0Чж
i4°lS'Kr,cjiL 4»°03,4S,,E.№
41° 50'15" i л
Рис. 4. Распределение ртути в почвенных горизонтах г. Архангельска: а - горизонт 0-5 см; б - горизонт 5-15 см
В верхнем горизонте ОА концентрации ртути выше средних значений (0,06-0,09 мкг/г с.м.), приурочены в основном к центру города - к району набережной Северной Двины и южной части о. Соломбала. Наименьшие концентрации (0,015 - 0,03 мкг/г с.м.) отмечаются в юго-восточной части города и окраинных районах. Существующая картина распределения свидетельствует о значительном антропогенном влиянии, прежде всего транспорта, на накопление ртути в почвах центральной части города. Также заметно некоторое увеличение концентраций ртути к северо-западу от г. Архангельска по сравнению с южными и
б
юго-восточными районами города. Очевидно, этому способствует естественный уклон территории с юго-востока на северо-запад, который может оказывать влияние на перераспределение ртути в почвах под действием ливневых стоков путем переноса в составе вовлекаемых в поток частиц.
В горизонте А (5-15 см) картина пространственного распределения концентраций в общих чертах повторяет особенности, обнаруженные в поверхностном горизонте (рис. 4). Так, содержание ртути максимально в почвах центральной части города и минимально - в почвах его восточной и юго-восточной окраин. Вместе с тем к особенностям следует отнести увеличение концентраций к северо-западу от г. Архангельска, а также в районе г. Новодвинска (0,05-0,07 мкг/г с.м.).
Как уже было ранее отмечено, относительно высокие концентрации ртути приурочены к территории Малых Корел. В ранее опубликованных работах нами пояснялись причины этого явления. Главным образом они заключаются в незначительной трансформации этих почв, отличающихся повышенной кислотностью и сохранивших относительно высокое содержание гумусовых веществ по сравнению, например, с городскими почвами, в частности, фульвокислот, способных к образованию прочных высокомолекулярных фульватных комплексов с ртутью.
Вторая причина заключается в непосредственной близости возможного источника загрязнения, которым является Архангельский ЦБК, расположенный в г. Новодвинске. Не так давно ртуть входила в технологический цикл производства хлора, применявшегося при отбеливании бумаги на ЦБК и входившего в состав производственных отходов. Характерно, что содержание металла в подповерхностном горизонте почвы (0,08 мкг/г с.м.) в 2 раза выше, чем в поверхностном (0,046 мкг/г с.м.). Это косвенно свидетельствуют об антропогенном источнике поступления ртути из атмосферы, существовавшем ранее. Однако нами не исключается также возможность существования антропогенных источников ртутного загрязнения в районе Малых Корел и в настоящее время.
Полученные нами результаты позволяют не только охарактеризовать загрязнение почвенного покрова района исследований ртутью, но и оценить миграционные потоки этого элемента из одного компонента ландшафта в другой. В частности, становится возможным сопоставить поступление ртути с атмосферными осадками в почву и её вынос с плоскостным стоком в поверхностные воды. При расчетах использовались сведения о площади исследуемой территории, ее увлажненности, величине смыва с поверхностного горизонта почвы и концентрациях ртути в атмосферных осадках и почвах. Учитывая, что среднегодовое количество осадков в дельте Северной Двины составляет 500 мм, а площадь водосбора 357 тыс. км2, объем ежегодно выпадающих атмосферных осадков в виде дождя и снега равен 178,5 км3. В ходе полевых исследований нами были отобраны пробы атмосферных осадков, средняя концентрация валовой ртути для которых составила 0,02 мкг/л. Рассчитано, что с атмосферными осадками выпадает 10 г/км2 ртути в год, а на всю территорию Архангельской области -
3,6 т валовой ртути в год. Эти результаты хорошо согласуются с данными и выводами А. Рябошапко и др. [14], показавшими на примере Европы, что величина атмосферных выпадений общей ртути уменьшается от центра на север. В загрязненных районах максимальные величины потоков достигают 500 г/км2/год, а в отдаленных от источников загрязнения северных районах снижаются до 5-20 г/км2/год.
Мы рассчитали величину массопереноса ртути с поверхностным смывом с территории г. Архангельска. Зная, что поверхностный смыв почвенного покрова достигает 15-16 т с 1 км2 территории в год [14], а также средние концентрации металла, получаем, что с каждого 1 км2 площади города он составляет 1,2 г/год. Эта величина несколько ниже, чем смыв с сельскохозяйственных угодий области (1,9 г/год), на которых длительное время применялись ядохимикаты и пестициды, в том числе ртутьсодержащие. Вместе с тем средние для всей области значения не превышают 0,8 г/км2/год. Полученные нами результаты вполне сопоставимы с данными других исследователей, например, для Швеции эта величина равна 3 г/км2/год [12]. Выполненные расчеты позволяют сделать важный вывод о том, что с атмосферными осадками на исследуемую территорию поступает в 5-12 раз больше ртути, чем смывается с почвенными частицами.
Значительный научный и практический интерес представляет оценка поступления ртути из почвенного покрова Архангельской области в р. Северную Двину, которая является местообитанием многих видов гидробионтов, в том числе ценных промысловых видов. В пересчете на площадь водосборного бассейна р. Северной Двины (357 тыс. км2) в среднем вынос ртути из почв составит 0,280 т/год, что в 2,1 раза ниже в сравнении со стоком ртути на речных взвесях на ст. Усть-Пинега - 0,588 т/год [2]. Следовательно, можно заключить, что относительная доля ртути почвенного происхождения в суммарном стоке взвешенного вещества равна 47,6 %. Количество ртути, поступающее в поверхностные воды из вышеперечисленных источников, составит 0,308 т/год.
Взвешенное вещество р. Северной Двины в среднем содержит 3,7 мкг/г с.м., что превышает его среднее содержание в почвах водосборного бассейна в 74 раза. Это объясняется высокими сорбционными свойствами входящего в его состав аллохтонного и автохтонного (живого и отмершего органического) вещества, которое как «губка впитывает» ртуть из воды.
Известно, что донные отложения аквальных ландшафтов являются своеобразными аналогами почв наземных ПТК, поэтому интересен сравнительный анализ содержания ртути в этих компонентах окружающей среды. Согласно полученным нами данным, содержание ртути в донных отложениях реки варьирует в пределах 0,02 - 0,48 мкг/г с.м., составляя в среднем 0,13 мкг/г с.м.
Эта величина почти в 2,5 раза выше, чем её содержание в почвах. Данное обстоятельство можно объяснить тем, что для ртути, активно мигрирующей по компонентам наземных и аквальных ландшафтов, непосредственно контактирующих друг с другом, донные отложения являются депонирующей средой. По этой причине по сравнению с почвами они оказываются более консерва-
тивными в накоплении ртути. При анализе распределения концентраций металла в донных отложениях, так же как и в почвах, выявлена тесная их взаимосвязь с гранулометрическим составом. Максимальные значения приурочены к тонкодисперсным глинистым осадкам, минимальные - к алевритам и пескам [3].
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Проведенные нами исследования свидетельствуют о высокой миграционной активности ртути в условиях севера. В почвенном покрове ртуть мобилизуется низкими значениями рН, а ее интенсивный перенос в компонентах ландшафта осуществляется благодаря соединению с фульвокислотами и гуминовыми кислотами, имеющими высокие концентрации как в почвах, так и поверхностных водах Архангельской области.
По нашим данным, содержание ртути в значительно преобразованных и слаботрансформированных городских почвах не превышает ПДК, а средние концентрации практически равны фоновым.
В загрязнение Северной Двины ртутью наряду с другими источниками (сточные воды промышленных предприятий, бытовые стоки и пр.) существенный вклад вносит почвенный покров.
Распределение ртути по профилю почв имеет следующие особенности: в почвах промышленной и транспортной функциональных зон Архангельска концентрации ртути выше в горизонте 0-5 см; в селитебной, рекреационной зонах, а также в заповедном районе «Малые Корелы» - в горизонте 5-15 см. Это свидетельствует о том, что основной поток ртути в почвы в районе исследований обеспечивается ее техногенными выпадениями из атмосферы. В дальнейшем под воздействием природных факторов ртуть мигрирует вглубь почвы. Именно этот процесс обусловливает более значительные концентрации ртути в подповерхностном горизонте почв фонового участка и городских территорий, отличающихся незначительной антропогенной нагрузкой. Для значительно преобразованных почв характер распределения противоположный. Объяснением этого служит преобладание атмосферного привноса ртути над природной ее эмиссией из материнских подстилающих пород. При этом интенсивность поступления ртути из воздушной среды выше, чем возможности почвы к самоочищению.
Пространственное распределение содержания ртути в почвах обнаруживает тесную зависимость от ряда факторов - близости источника загрязнения, рельефа, типа почвы и как следствие содержания в ней органического вещества, рН, а также гранулометрического состава. Обнаружено, что максимальные концентрации ртути в исследуемых почвенных горизонтах характерны для центральной части Архангельска с тенденцией уменьшения к востоку и юго-востоку. За пределами города содержание ртути в почвах еще более низкое, за исключением территории, прилегающей к Новодвинску.
Выполненные расчеты потоков ртути в ПТК района исследований показывают, что с атмосферными осадками на 1 км2 площади выпадает 10 г ртути, а на
Южный федеральный университет_
всю территорию Архангельской области - 3,6 т ртути в растворённой и взвешенной формах.
Величина смыва ртути с поверхности почв на каждый 1 км2 площади Архангельска составляет 1,2 г/год, сельскохозяйственных угодий области - 1,9, при средних для всей области значениях 0,8 г/км2 год. Таким образом, с атмосферными осадками на исследуемую территорию поступает в 5 - 12 раз больше ртути, чем смывается с почвенными частицами.
Донные отложения Северной Двины являются депонирующей средой для ртути, поступающей из разных источников, в том числе посредством смыва из почвенного покрова. В этой связи концентрации металла в них в 2 раза выше, чем в почвах. Общей закономерностью для данных компонентов наземных и аквальных ландшафтов, по строению, свойствам и функциям являющихся своеобразными аналогами нами определена зависимость концентраций ртути от содержания органического вещества и гранулометрического состава. Экспериментально подтверждено, что при прочих равных условиях, чем тоньше фракция и выше значения содержания гуминовых и фуль-вокислот, тем выше концентрации ртути.
Работа выполнена при финансовой поддержке проектов РФФИ № 06-05-64504, НШ-4717.2006.5 и гранта Президента РФ МК-903.2007.5.
Литература
1. Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Колесниченко Н.Н. Проблемы качества поверхностных вод в бассейне Северной Двины. М., 2003.
2. Федоров Ю.А. и др. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2005. № 3. С. 95-100.
3. ФедоровЮ.А., Овсепян А.Э. // Экологические проблемы. Взгляд в будущее: Тр. III науч.-практ. конф. Ростов н/Д, 2006. С. 228-233.
4. Дорожукова С.Л., Янин Е.П., Волох А.А. // Вестн. экологии, лесоведения и ландшафтоведения. Вып. 1. 2000. С. 157-161.
5. Маликова ИИ. и др. И Геохимия. 2000. № 12. С. 1319-1328.
6. Наквасина Е.Н., Пермогорская Ю.М., Попова Л.Ф. // Почва как природный ресурс Севера. Архангельск, 2005. С. 90-93.
7. Скопищев Б.А. // ТР. ГОИН. 1950. Вып. 17 (29).
8. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.
9. ShackletteH.T. // Ecology. 1962. Vol. 43 (I).
10. Петрухин В.А. и др. И Мониторинг фонового загрязнения природных сред. JI., 1986. С. 3-27.
11. Башкин В.Н., КасимовН.С. Биогеохимия. М., 2004.
12. Driscoll C.T., Otton J.K., Iverfeldt A. // Biogeocemistry of small catchments / Eds. B. Moldan, J. Cherny. N.Y., 1994. P. 299-322.
13. Федоров Ю.А., Хансиварова ИМ., Предеина JIM. II Водное хозяйство. 2003. Т. 5. № 6. С. 51-58.
14. Проблемы экологии Архангельской области на рубеже веков: приоритеты, направления, стратегии / Под ред. проф. М. Шрага. Архангельск, 2002.
15. Федоров Ю.А., Овсепян А.Э., Доценко И.В. // Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации: Материалы Междунар. науч. конф. Ростов н/Д, 2006. С. 511-515.
6 апреля 2007 г.
