CC BY
69
International Conference on Phenom-ena in Ionized Gases (ICPIG 2009). Mexico, 2009. V. 1. - P.365-368.
8. Голиков И. А., Колесник А. Г., Чернышев В. И., Попов
В. И. Математическая модель области F2 высокоширотной ионосферы с учетом теплового режима // Вестник ЯГУ. - 2005. Т. 2. - № 3. - С. 61-69.
9. Гальперин Ю. И., Сивцева Л. Д., Филиппов В. М., Халипов В. Л. Субавроральная верхняя ионосфера. -
Новосибирск: Наука. Сиб. Отд. - 1990. - 192 с.
10. Степанов А. Е., Халипов В. Л., Бондарь Е. Д., Заболоцкий М. С. Срывы критических частот слоя Б2 как граница крупномасштабной конвекции плазмы // Современные проблемы космической физики. - Якутск, 2007. - С. 165-168.
11. Колесник А. Г., Голиков И. А. Явление «полной тени» в верхней атмосфере Земли // Доклады АН СССР, 1984. Вып. 4. - С. 832-834.
УДК 574:631.436.6(571.56-15)
А. Г. Дягилева, Я. Б. Легостаева
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕНЕЗА НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ (НА ПРИМЕРЕ НЮРБИНСКОГО ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА)
Исследованы химические свойства мерзлотных почв техногенных ландшафтов, влияющих на поведение в них микроэлементов, в том числе тяжелых металлов. Для оценки качества среды использовались значения локального фона, коэффициенты концентрации, коэффициенты встречаемости микроэлементов (К) и суммарный коэффициент загрязнения ^е). Оценен существующий уровень загрязнения исследованных почв.
Ключевые слова: мерзлотные почвы, криоземы, подвижные формы микроэлементов, локальный фон, тяжелые металлы, коэффициент концентрации, коэффициент встречаемости, суммарный показатель загрязнения, техногенное загрязнение, геохимическая аномалия.
A. G. Dyagileva, Ya. B. Legostaeva
Influence of technogenesis on ecological condition of cryogenic soils (on the example of Nyurbinsky mining and processing combine)
The chemical properties of the permafrost of technogenic landscapes are studied that affect the behavior of trace elements in them, including heavy metals. The values of the local background, concentration ratios, coefficients incidence occurrence of trace elements (Hi) and the total coefficient of pollution (Zc) are used to assess the quality of the environment. Current level of contamination of the studied soils is assessed.
Key words: permafrost, cryosol, mobile forms of trace elements, local background, heavy metals, coefficient of concentration, coefficient of occurrence, total index of pollution, industrial pollution, geochemical anomaly.
ДЯГИЛЕВА Анна Григорьевна - младший научный сотрудник Научно-исследовательского института прикладной экологии Севера.
Е-таН: [email protected]
ЛЕГОСТАЕВА Яна Борисовна - к. б. н., зав. лабораторией физико-химических методов анализа Научноисследовательского института прикладной экологии Севера.
Е-таН: [email protected]
Проблема загрязнения почв соединениями тяжелых металлов привлекает особое внимание исследователей и изучается с разных методологических позиций. При этом загрязнение почв является одной из главных тенденций современных изменений в экосистеме. Природно-климатические условия Республики Саха (Якутия), зоны сплошного и островного распространения вечной мерзлоты, определяют повышенную экологическую чувствительность природной среды к техногенным воздействиям [1-4]. Интенсивное промышленное освоение неизбежно приводит к загрязнению окружающей среды и изменению таежных экосистем. В первую очередь это загрязнение почв вредными веществами, выбрасываемыми в результате отработки коренных месторождений алмазов открытым способом. Поэтому мониторинг состояния почв необходим для расширения и углубления исследований с целью своевременной и объективной оценки экологического состояния и снижению геохимического риска.
Мониторинговые исследования за период 20072011 гг. проводились в пределах промышленной зоны Нюрбинского горно-обогатительного комбината (НГОК), расположенной на территории Хання-Накынского междуречья. В 2007 г. проведен комплексный экологический мониторинг с целью оценить современное состояние окружающей среды в зоне воздействия НГОК. В 2011 г. был проведен мониторинг состояния водных и наземных экосистем в зоне влияния Нюрбинского ГОК.
Доминирующими типами почв водораздельного пространства являются гомогенные криоземы разной степени оглеения, которые представлены с полным описанием морфологических свойств.
Количественный анализ подвижных форм микроэлементов (тяжелых металлов) проводился
атомно-абсорбционным методом на МГА-915. Содержание гумуса определяли по методу И. В. Тюрина, кислотно-щелочные условия - потенциометрическим методом на рН-метре АНИОН-4100. Аналитические работы проведены в лаборатории физико-химических методов анализа НИИПЭС СВФУ (аттестат аккредитации POCC.RU 0001.517741).
В работе установлена взаимосвязь микроэлементов (тяжелых металлов) с гумусом почвы и ее кислотнощелочными условиями на Microsoft Office Excel. Для оценки качества среды использовались значения локального фона, коэффициенты концентрации, коэффициенты встречаемости микроэлементов (Hi) и суммарный коэффициент загрязнения (Zc) [5], исходя из которой выявлена степень техногенного загрязнения территории Хання-Накынского междуречья.
За период исследования в почвенном покрове техногенных ландшафтов не прослеживается значительных вариаций кислотно-щелочных условий. В целом рН-значения мерзлотных почв Хання-Накынско-го междуречья варьируют в достаточно широких пределах (4,1-7,5), от слабокислого до слабощелочного. В данном промежутке многие микроэлементы попадают в предел рН-осаждения гидроксидов и накапливаются в почве, представляя пока только потенциальную опасность. При малейшем изменении рН-среды в сторону подкисления большое количество микроэлементов из инертной формы перейдет в кислотно-растворимую, т. е. наиболее подвижную, которая и представляет экологическую опасность для контактирующих сред [6, 7]. В 2011 г. наблюдается небольшая тенденция в сторону подкисления почв (рис. 1).
Гумусированность почв является важной химической характеристикой, но в условиях промышленного освоения почвы утрачивают естественные черты
Рис. 1. Кислотно-щелочные условия почвенной среды техногенных ландшафтов Хання-Накынского междуречья (за период 2007-2011 гг.)
Рис. 2. Содержание гумуса в почвах техногенных ландшафтов Хання-Накынского междуречья (за период 2007-2011 гг.)
из-за техногенного подавления процессов почвообразования. Поэтому существующие методы определения гумуса отражают не столько собственно гумусированность почв, сколько общее содержание углерода в них, в составе которого существенна техногенная составляющая (углеводороды топлива, смазочные масла и др.) [8].
Почвы техногенных ландшафтов Хання-Накын-ского междуречья характеризуются достаточно высоким содержанием гумуса (в среднем 6,5 - 8,0), имеют хаотическое распределение. Но таких резких изменений за период исследований не наблюдается (рис. 2). Относительно высокий показатель накопления углерода прослеживается в непосредственной близости от полотна дорог, что свидетельствует об автотранспортном привнесении углеродсодержащих компонентов в почвы придорожных зон.
Значительное загрязнение почвенного покрова вызывают последствия взрывов в карьере трубки
«Нюрбинская», распространение мелкодисперсных частиц с отвалов, насыпей, а также прокладка трубопроводов, дорог, промышленное и гражданское строительство, что характерно для промышленной зоны Нюрбинского горно-обогатительного комбината.
Все вышесказанное определяет сложную геохимическую обстановку на территории Хання-Накынского междуречья, с экологической точки зрения наибольший интерес представляет геохимия тяжелых металлов. Для данной территории изучены особенности накопления и поведения подвижных форм РЬ, N1, Мп, Со, Сг, С4 2п, Си и А8, из них накопление Мп, Со, Сг и N1 предопределено геохимической спецификой природных почв территории Накынского кимберлитового поля.
В микроэлементном составе в 2011 г. наблюдается значительное накопление элементов по отношению к 2007 г., необходимо отметить, что доля подвижных форм микроэлементов увеличивается (рис. 3).
Так, в 2007 г. выявлено всего пять элементов с надфоновыми содержаниями подвижных форм, а в 2011 г. выявлено уже 9 элементов. Сорбция элементов зависит от природных свойств почвенного материала и их изменений и в первую очередь от почвенного органического вещества. А процессы миграции зависят от изменения геохимических условий среды, т. е. вариаций значений рН (рис. 4 и 5). Таким образом, существует явный прогресс в накоплении подвижных форм микроэлементов в почвенном покрове техногенных ландшафтов Хання-Накынского междуречья.
Увеличение содержания подвижных форм микроэлементов в почвенном покрове промышленной площадки НГОКа в целом связано с аномалией двух типов загрязнения - природного и техногенного. Большую роль играет воздействие объектов на промышленной площадке, прежде всего самого карьера тр. «Нюрбинская», отвалов вскрыши, различных полигонов и накопителей, хвостохранилищ, отвалов обогатительной фабрики. Поэтому все поверхностное аэротехногенное загрязнение аккумулируется в почвенном покрове промышленной площадки,
вследствие чего возникает вторичное загрязнение, которое определяется как техногенная аномалия. Доказательством существования техногенной аномалии является общее увеличение суммарного показателя загрязнения почвенного покрова 2с (рис. 6). В целом отмечено увеличение суммарного показателя загрязнения внутри промышленной площадки НГОКа.
В 2007 г. общая эколого-геохимическая ситуация по содержанию подвижных форм микроэлементов на тот момент относилась к допустимой категории загрязнения почв (2с= 1,8-10,1), по которой при характеристике загрязнения территории относительно ПДК содержание химических веществ в почве превышает фоновое, но не превышает ПДК.
В 2011 г. общая эколого-геохимическая ситуация на территории промышленной площадки НГОКа характеризуется как умеренно и высоко опасная по суммарному показателю загрязнения почвенного покрова (2с= 1,5-51,4), где содержание химических веществ в почве превышает ПДК.
Характеристика микроэлементного спектра по некоторым ключевым точкам представлена в табл. 1.
При сравнительном анализе прослеживается
0,5
0,3
0,0
0,3
0,5
№ Со Ми <1 РЬ Сс1 А»
0,50
0,25
0,00
-0,25
-0,50
1
б
Ж
РЬ № Ми С(1 Со Сг 7.И Си Ах
а
Рис. 4. Корреляционные матрицы зависимости микроэлементного состава от вариаций значений рН:
а) 2007 г., б) 2011 г.
0,50
0,25
0,00
0,25
0,50
№ Со Мп Сг РЬ С(1 Ач
б
а
Рис. 5. Корреляционные матрицы зависимости микроэлементного состава от вариаций почвенного
органического вещества: а) 2007 г., б) 2011 г.
Примечание: - характеристика ключевых точек наблюдения здесь и далее:
Т-5 1 км на северо-восток от дороги на вдх. Уэся-Лиендокит
Т-6 150 м от дороги, у дробильно-сортировочной установки
Т-7 1,5 км в западном направлении от дороги на вдхр. Лиендокит
Т-15 1,5 км в северо-восточном направлении от хвостохранилища
Т-16 2 км к северо-западу от Т-15, вершина водораздела
Т-19 1,5 км на юго-восток от дороги вдхр. Лиендокит
Т-21 100 м от дороги, на р. Марха
Т-24 на перекрестке дорог (вахтовый поселок - фабрика - р. Марха)
Т-33 между фабрикой №16 и хвостохранилищем, участок леса
Т-34 между трубкой «Нюрбинская» и отвалом №1 (восточный отвал), участок леса
Т-38 1 км от дороги в восточном направлении от дороги на вдхр. Лиендокит
Т-46 1,5 км в северном направлении от дороги на вдхр. Лиендокит
Т-47 около вахтового поселка
Т-50 В 1,9 км от вахтового поселка в сторону склада ВВ, 200 м от дороги
Рис. 6. Изменение коэффициента суммарного загрязнения (2е) почвенного покрова за 2007-2011 г.
Таблица 1
Характеристика микроэлементного состава почв на некоторых ключевых участках промышленной площадки НГОКа
№ точки 2007 г. 2011 г.
Т-5 Со3.8^Сгі,8
Т-6 ^4^1.7
Т-7 МП5,7-Сё1,8 А^0,8^С°8,3^СГ2,8^№2,6^Си2,5^МП2,1
Т-15 СГ2,0 Си1,6
Т-16 МПі,5
Т-19 ^^2.0 №2,1
Т-21 — 2П2,7^МП2,0^Сё1,6
Т-24 ^1,(^1,)^, СЙ12,8^МП6.2^2П4,0^№2.0
Т-33 №1,8 С°14.3^А\2^2П3,4^СГ2.2^Сд1,8^№1.7
Т-34 — С05.6^2П4,7^АЧ8^СГ1.9
Т-38 ^5,3 С°6.0^С^,9^2П2,6^№2.0^Си1,7(А^7)
Т-46 РЧ9^1,8 СЙ36,6^2П7,9^С03.3^СГ2.3^Си1,5
Т-47 МП4,5^А§1,8 —
Т-50 А\0^С02,6^№1,8
Примечание: жирным шрифтом отмечены элементы, типоморфные кимберлитам
увеличение спектров микроэлементного состава. По данным исследований 2007 г. отмечено накопление Сё, Сг и Лб, пространственно приуроченное к дорожным насыпям. Основными 7е-образующими элементами в 2011 г. являются Мп, N1 и Со-элементы типоморфные кимберлитам и характеризующие как природную геохимическую аномалию, так и техногенную аномалию вторичного поверхностного загрязнения. Помимо этого проявляется тенденция накопления цинка, доказывающая наличие техногенной составляющей в почвах промышленной площадки НГОКа с коэффициентом концентрации от 2,6 до 7,9.
В целом высокая вариабельность концентраций тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов Хання-Накынского междуречья объясняется высокой гетерогенностью почвенной среды и факторов, влияющих на химический состав почв, что связано с воздействием техногенных составляющих промышленной зоны НГОКа.
Таким образом, по итогам исследований за период 2007-2011 гг. мерзлотные почвы Хання-Накынского междуречья характеризуются наличием геохимических аномалий. Основными 7е-образующими элементами для территории промышленной площадки НГОКа являются Мп, Сг, N1 и Со-элементы, типоморфные
кимберлитам, характеризующие как природную геохимическую аномалию, так и техногенную аномалию вторичного поверхностного загрязнения. При интенсивном техногенном освоении алмазодобывающей промышленности эколого-геохимическая ситуация на территории промышленной площадки НГОКа ухудшилась с увеличением степени загрязнения от 1,5 до 4 раз.
Для минимизации воздействия техногенной составляющей промышленной зоны НГОКа уже на данном этапе промышленного освоения территории необходимо локализовать поверхностное аэротехно-генное загрязнение посредством проведения биологической рекультивации отвалов вскрыши и дорожных насыпей с отсыпкой капилляропрерывающим материалом и нанесением почвенного плодородного слоя, а также засевом многолетних трав.
Статья подготовлена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках проекта «Создание комплексной экологически безопасной инновационной технологии добычи и переработки алмазоносных руд в условиях Крайнего Севера», выполняемого с участием АК «АЛРОСА» (ОАО) и ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова».
Л и т е р а т у р а
1. Легостаева Я. Б. и др. Эколого-геохимическая характеристика территории газоконденсатных промыслов в пределах северо-таежных ландшафтов Якутии // Наука и
образование. - 2011. - № 2. - С. 64-69.
2. Груздков Д. Ю., Ширкин Л. А., Трифонова Т. А. Оценка миграции тяжелых металлов в почвах // Вестник Московского университета. - Серия 17. Почвоведение. - 2009.
- № 4. - С. 40-44.
3. Копцик Г. Н., Лукина Н. В., Копцик С. В., Ливанцо-ва С. Ю., Щербенко Т. А., Ерасова С. А., Удачин Н. В. Поведение тяжелых металлов в подзолах под сосновыми лесами в условиях атмосферного загрязнения на Кольском полуострове // Вестник Московского университета. - Серия 17. Почвоведение. - 2004. - № 4. - С. 42-55.
4. Серебренникова Л. Н., Обухова А. И., Решетников С. И., Горбатов В. С. Содержание и распределение тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов // Почвоведение. - 1982. - № 12. - С. 71-76.
5. Руководство по санитарно-химическому исследованию почвы. Нормативные материалы // ГК Санитарноэпидемиологического надзора России. - Москва, 1993. -С. 129.
6. Легостаева Я. Б., Шадрина Е. Г., Солдатова В. Ю., Дягилева А. Г. Эколого-геохимическая и биоиндикационная оценка трансформации экосистем при разработках коренных месторождений алмазов Якутии // Современные проблемы науки и образования (научный электронный журнал). - 2011.
- № 6.
7. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
8. Прохорова Н. В. Эколого-геохимическая роль автотранспорта в условиях городской среды // Вестник СамГУ - Естественнонаучная серия. - 2005. - № 5(39). -
С. 188-199.
