3 курс / 2 семестр / Экология ландшафтов / Глазовская_2012

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

Таблица 1

Содержание валовых и подвижных форм металлов (мг/кг) в почвогрунтах под насаждениями сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) (n=30)

Учалинский горно-обогатительный комбинат

51,70±10,82 2,73±0,80 ** 99,70±4,44* 8,27±0,83*** 19,40±3,64 0,31±0,05 ** 0,67±0,80 0,12±0,03

Условный контроль (чернозем выщелоченный)

17,90±3,63 0,78±0,19 76,10±4,51 3,93±0,47 13,30±4,62 0,17±0,05 0,21±0,17 0,14±0,05

Значение ПДК

Значимость различий с контрольными значениями: * -р<0,1; ** -р<0,02; *** -р<0,001

Кроме этого, следует отметить крайне неустойчивый характер распределения запасов валовых и подвижных форм элементов в молодых почвах березовых насаждений промышленных отвалов УГОК (табл. 2). Сопоставление содержания валовых форм Cu, Zn, Pb и Cd в отвальных грунтах под насаждениями березы со значениями ПДК показало, что концентрация металлов в условиях отвалов значительно выше.

Таблица 2

Содержание валовых и подвижных форм металлов (мг/кг) в почвогрунтах под насаждениями березы повислой (Betula pendula Roth) (n=30)

Значимость различий с контрольными значениями: * -р<0,1; ** -р<0,02; *** -р<0,001

По содержанию подвижных форм Cu иCd почвогрунты относятся к категории «загрязненные». Почвы, отобранные на контрольных пробных площадях, не превышают ПДК по подвижным формам металлов.

На поверхности почвогрунтов под насаждениями сосны и березы обнаружен незначительный слой подстилки. В верхних горизонтах мелкозем заполняет промежутки между камнями, причем морфологических признаков формирования почвенного покрова не выявлено. Обнаружена тесная корреляционная связь между содержанием ТМ в почвогрунтах УГОК и повышенным аккумулированием Cu, Zn (рис. 1А и 1Б), Pb (r=0,98) и Cd (r=0,94) поглощающими корнями.

Рис. 1. Влияние содержания подвижных форм меди (А) и цинка (Б) в почвогрунтах на количество меди и цинка в поглощающих корнях сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях отвалов Учалинского горнообогатительного комбината.

В условиях отвалов УГОК в почвогрунтах под березовыми насаждениями содержание общего углерода значительно больше, чем под насаждениями сосны. Накоплению углерода в верхнем слое субстрата под пологом березовых насаждений по сравнению с исходными результатами способствует наличие ежегодного опада (табл. 3). В почвогрунтах под насаждениями сосны и березы наблюдается подкисление молодых почв, что связано со снижением содержания Са2+ и накоплением гумусовых веществ в верхнем плодородном

190

Доклады Всероссийской научной конференции

горизонте. В условиях отвалов УГОК обнаружено незначительное увеличение подвижных форм фосфора в верхних частях почвогрунтов, которое следует рассматривать как следствие биологической аккумуляции.

Отвальные грунты, ранее бывшие практически одинаковыми по качеству и количеству обменных оснований, в настоящее время по содержанию обменных оснований отличаются друг от друга. Наибольшим количеством обменного кальция в верхнем горизонте характеризуются почвогрунты березовых насаждений (9 мг/экв), почвогрунты сосновых насаждений отличаются его наименьшим содержанием (5 мг/экв). Содержание обменного магния соответствует количеству в них обменного кальция, т.е. в почвогрунтах под сосновыминасаждениямиMg2+ малоибольшевпочвогрунтахподберезовыминасаждениями.Сопоставление с материалами 25-летней давности показывает, что содержание Са2+ и Mg2+ в почвогрунтах снижается.

Таблица 3

Химические свойства почвогрунтов отвалов Учалинского горно-обогатительного комбината

В результате проведенных исследований установлено, что относительное жизненное состояние насаждений сосны обыкновенной и березы повислой в условиях промышленных отвалов оценивается как «здоровое». Условия произрастания практически не оказывают влияния на динамику радиального прироста стволовой древесины этих видов деревьев. Показано, что как в техногенных условиях, так и в условно контрольных почвах уровень содержания подвижных форм металлов сопоставим с валовым содержанием элементов.

Высокий уровень содержания металлов в почвогрунтах отвалов УГОК определяет повышенный уровень их накопления в органах сосны обыкновенной и березы повислой. Наибольшее среднее суммарное количество техногенных металлов отмечается в многолетних частях растений (корневая система, кора

иветви), а наименьшее – в ассимиляционных органах. Накопление тяжелых металлов в поглощающих корнях – адаптивная реакция, направленная на выживание древесных растений в экстремальных условиях промышленных отвалов.

Под пологом древесных насаждений на отвалах идет формирование почвенного покрова, особенности которого определяются составом и свойством грунтов, видовым составом древесных растений, их возрастом

имозаичностью произрастания. Формирование почвенного покрова на отвалах морфологически выражено слабо, но четко определяется аналитически.

При сопоставлении материалов исследований 1982-1986 гг. и 2008-2011 гг. отмечено, что в процессе формирования почвенного покрова на отвалах под пологом лесных насаждений наблюдаются положительные изменения таких параметров как, общий углерод, содержание Р, рН, обменного кальция и магния, что свидетельствует о вкладе насаждений сосны и березы в биологическую рекультивацию промышленных отвалов.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (№ 08-04-97017, № 11-04-97025), Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие» (2009-2011 гг.), тематического плана МОН РФ (№ 2.1.1/11330).

Литература

1.Глазовская М.А. Техногенез и проблемы ландшафтно-геохимического прогноза // Вестник МГУ. 1968. №1. С. 30-36.

2.Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы. М.: Наука, 2000. 185 с.

3.Застенский Л.С. Облесение карьерных земель // Лесоводство и лесное хозяйство. Минск, 1981. Вып. 16. С. 68 72.

4.Кулагин А.Ю. Ивы: техногенез и проблемы оптимизации нарушенных ландшафтов. Уфа: Гилем, 1998. 193 с.

5.Баталов А.А., Мартьянов Н.А., Кулагин А.Ю., Горюхин О.Б. Лесовосстановление на промышленных отвалах Предуралья и Южного Урала /БНЦ Уро АН СССР. Уфа, 1989. 140 с.

6.Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение / Под ред. В.А. Алексеева. Л.: Наука, 1990. С. 38-54.

191

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

УДК 631.445.51;630.114.5

АККУМУЛЯЦИЯ УГЛЕРОДА И АЗОТА В ПОЧВАХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПОЛУПУСТЫНИ СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ (ДЖАНЫБЕКСКИЙ СТАЦИОНАР ИЛРАН)

Н.Ю. Кулакова

Институт лесоведения РАН, Московская обл., с. Успенское, e-mail: nкulakova@mail.ru

Аккумуляция углерода и азота в почве – основной процесс, определяющий её биологическую продуктивность и ключевой момент в изучении циклов этих элементов [1,2]. Цель работы состояла в исследовании общих закономерностей процессов аккумуляции С и N в почвах искусственных лесных экосистем, созданных в глинистой полупустыни Северного Прикаспия, а также в изучении особенностей этих процессов, связанных с видовым составом насаждений. Для этого в подстилке и слоях почвы 0-5; 5-10… 5060 см под нативной степной растительностью и под массивными лесными насаждениями из Quercus robur

L., Pinus sylvestris L., Cotinus coggygria Scop., Acer tataricum L., созданными около 60 лет назад, определяли содержание органического С по методу Тюрина, общего N по методу Кьельдаля, легко нитрифицирующегося N – по методу ЦИАНО, измеряли сезонную динамику активностей ионов NO3- и NH4+. Значения активностей измеряли в водной суспензии почвы (сухой вес почвы:вода 1:5), используя мембранные электроды. Образцы отбиралисьв 6-кратнойповторности;дляопределениялегконитрифицирующегосяазотаиспользовалитолько 3 повторности. Запасы подстилок измеряли в 4-кратной повторности на площадках 40х40 см2 на каждом участке. Массу ежегодного опада определяли в насаждениях Quercus и Acer на площадках 1 м2 в 4-кратной повторности в течение двух лет.

Исследуемые участки располагались в двух мезо понижениях, лугово-каштановые почвы которых имели одинаковую мощность генетических горизонтов. Насаждение дуба черешчатого отличалось от других объектов тем, что сюда более 40 лет назад были интродуцированы черви рода Eisenia nordenskioldi, разлагающие подстилку. Выпас скота на степном участке отсутствовал.

Аккумуляция С и N в подстилках. Объёмы ежегодно поступающих на поверхность почвы растительных остатков очень близки в степном биоценозе и в двух исследованных в этом отношении лесных насаждениях – 3.00-3.30т/гасухоймассывгодвстепнойассоциации [3];3.55±0.60т/гавгодсухогоматериалавнасаждении дуба и 4.10±0.95 в насаждении клена татарского при Р=0.05 и n=8.

Запасы подстилки составили: 276; 275 227 и 75 т/га сухого материала в насаждениях скумпии, клена, сосны и дуба соответственно и 65 т/га в степном сообществе. Тот факт, что запасы подстилки в насаждении дуба были в 3-3,6 раз меньше, чем в других насаждениях, объясняется деятельностью червей, разлагающих подстилку. Подстилки сильно отличались по строению – верхний слой L в насаждениях скумпии и сосны составлял примерно 1/4, в насаждении дуба и в степном биоценозе – 1/3, а в насаждении клена – 9/10 от общего запаса подстилки.

Содержание С и N в слоях L и F-H подстилок существенно варьировало, тем ни менее в слое F-H всех лесныхподстилоксодержаниеСбылозначительно(в1.7-2.2раза)вышепосравнениюсостепнойподстилкой, содержавшей 95.7±13.5 г С/кг. Содержание N в слое F-H степного биоценоза составляло 8.5±1.2 г/кг, а в насаждениях было в среднем в 1,3 раза выше.

Запасы углерода в подстилках насаждений были выше, чем в степной подстилке (9.3 т/га): примерно в 2 раза в дубовом насаждения, в 4.6 раза – в насаждениях скумпии и сосны, в 11 раз – в насаждении клена. Запасы азота в лесных подстилках были в 1.6-5.4 раза больше, чем в степной подстилке, содержащей 11.2 т N /га.

Содержание легко нитрифицирующегося азота было в 1,3-1,6 раза выше в подстилке лесных участков, посравнениюсостепным(1.85±0.12мгN(NO3-)/кг).Исключениесоставлялонасаждениескумпии,вподстилке которого концентрация легко нитрифицирующегося азота была примерно такой же, как в степной экосистеме.

Запасы легко нитрифицирующегося азота в подстилках под насаждениями скумпии, сосны и клена былив4.6-7развышепосравнениюсостепнымучастком. Настепномучасткеивнасаждениидубавеличины запасов были наименьшими 1.15 и 1.82 г N(NO3-)/м2 .

В подстилках значения активностей NO3- и NH4+ ионов были почти всегда в несколько раз выше, чем в гумусовых иминеральныхгоризонтах(рис.1),приэтомпреобладалинитрат-ионы.Исключениесоставляетподстилка в насаждении скумпии, в которой отношение активностей NO3-/ NH4+ ионов весной было меньше единицы.

Аккумуляция С и N в верхней части гумусового горизонта(0-5см). В слое 0-5 см величины содержания и запасов С и N на разных участках варьировали сильнее, чем в других слоях почвы. Было обнаружено, что содержаниеобщегоилегконитрифицирующегосяазотаслоепочвыв0-5смнаходилосьвобратнойзависимости с содержанием их в верхнем слое L подстилки: R = -0.78, α ≤0.001, n = 24 (исключая участок с кленом) для значенийNобщегоиR =-0.62,n =15(всеучастки),α≤0.01длязначенийлегконитрифицирующегосяN. Вслое 0-5 см запасы углерода уменьшились на 25% в насаждении клена относительно степной почвы и увеличились на 69, 243 и 246 % в насаждениях дуба, сосны и скумпии соответственно. Запасы азота уменьшились на 45% в насаждении клена и увеличились на 40, 94 и 139% в насаждениях дуба, сосны и скумпии. Запасы легко нитрифицирующегося азота не изменились в насаждении сосны и клена и увеличились на 14 и 90% в насаждениях дуба и скумпии.

Аккумуляция С и N в слое почвы 5-40(60) см. Достоверное cокращение содержания С и N отмечено в большинстве слоев на глубине 5-40(60) см в лесных почвах относительно нативных. Уменьшение запасов С было одинаковым на всех лесных участках и составило около 20% от запасов в степной почве, составляющих 97.9 т/га. Сокращение запасов азота более зависело от видового состава насаждений – запасы уменьшились на 35 % в насаждении сосны и на 20-24 % – в других насаждениях относительно степного биоценоза (7.93 т/га).

192

Доклады Всероссийской научной конференции

ΙΙ

Рис. 1. Величины активностей ионов NO3- (a) и NH4+ (b); Ι – весной, ΙΙ – осенью

Уменьшение содержания и запасов С и N на глубине 5-40(60) см в почвах всех насаждений связано с уменьшением ежегодного поступления растительных остатков с отмершими корнями в лесных экосистемах, по сравнению со степной. Приблизительные подсчёты подтверждают эту гипотезу. Масса корней в 0-60 см слое почвы под степной растительностью составляет, по данным [4], 17,5т/га. Если предположить, что примерно 60-80% от массы корней приходится на корневой отпад [5], то он будет соответствовать примерно 10-14 т/га. Согласно данным [6], поступление мортмассы составляет около 2 т/га в 60-см слое под 50-летней дубравой в лесостепной зоне. Этот объём существенно меньше, чем в степной экосистеме.

Подстилки оказывают влияние на содержание мобильных соединений азота в гумусовом горизонте. Положительная корреляция обнаружена между значениями активностей NO3- ионов, измеренными весной в подстилке и в верхних слоях почвы. Для слоев 0-5, 5-10, 10-20, 20-30, и 30-40 см коэффициенты корреляции были 0.97, 0.88, 0.88, 0.88 и 0.91соответственно для n = 5, α ≤ 0.05. Корреляции не обнаруживается в другие сезоны, что связано с низкой влажностью подстилок (7-13%) и отсутствием процессов вымывания.

Общие запасы углерода в подстилке и в 60-см слое почвы в нативной экосистеме составили 134.0 т/га, под насаждением дуба – 141.6, в насаждениях скумпии и сосны 215.8 и 211.5 т/га.

Запасы азота в подстилке и гумусовом горизонте почв (0-40 см) были примерно одинаковы (10,86-12,15 т/га) на всех участках, и только в насаждении скумпии заметно выше – 15,23т/га.

Выводы.Вседревесныевидыоказалиоднотипноевлияниенаперераспределениеорганическогоуглерода и общего азота между подстилкой и слоями гумусового горизонта, лежащими ниже 5 см: в подстилке всех лесных насаждений имело место существенное увеличение запасов C и N, а в слое 5-40(60) см – сокращение запасов относительно степного участка. Амплитуда изменений запасов С и N в подстилке и запасов N в слое 5-40 см определялась видом деревьев, формирующих насаждение.

Баланс углерода и азота в лесных почвах зависел от вида растений. В подстилке и 60-см слое почвы под дубовым насаждением общие запасы углерода были примерно такими же, как в почве степного биоценоза. В насаждении сосны и скумпии они увеличились на 58-61 %, а в насаждении клена татарского – на 21%. Общие запасы азота в подстилке и в гумусовом горизонте были примерно одинаковы на степном участке и в насаждении дуба, сосны и клена и увеличились на 37% в насаждении скумпии.

Различия в запасах С, общего и легко нитрифицирующегося N между участками были максимальны

вслое 0-5 см, свойства которого определялись скоростью разложения слоя L подстилки. Отмечено также влияние подстилки на формирование запасов нитратного азота в более глубоких слоях гумусового горизонта

ввесенний период.

193

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

Литература

1.Глазовская М.А. Педолитогенез и континентальные циклы углерода. МГУ. Москва: ЛИБРОКОМ. 2009. - 330 с.

2.Кудеяров В. Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. М.: Наука, 1989. 214с.

3.Сиземская М.Л., Сапанов М.К. Современное состояние экосистем и стратегия адаптивного природопользования в полупустыне Северного Прикаспия. Аридные экосистемы. 2010.Т.16. №5. С 15-24

4.Оловянникова И.Н. Динамика продуктивности растительного покрова в заволжской глинистой полупустыне. Ботанический журнал. Том 89. №7. С. 1122 – 1137.

5.Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Биотический круговорот на пяти континентах. СО РАН. Новосибирск. 2008. 376 с.

6.Молчанов А.А. Дубравы лесостепи в биоценологическом освещении. АН СССР. Наука. Москва. 1975.363с.

УДК 550.47

О ПУТЯХ МИГРАЦИИ ВОДОРАСТВОРИМОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ПОЧВАХ И ЛАНДШАФТАХ КЕНОЗЕРСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА

Г.С. Куст, М.М. Шишкин

Институт экологического почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, e-mail: gkust@ya.ru

Кенозерский национальный парк расположен на юго-западе Архангельской области в подзоне средней тайги. Территория парка отличается разнообразием поверхностных отложений, как осадочных, так и кристаллических. Здесь к дневной поверхности выходят породы разного возраста и состава: от кислых до основных, от архейских до отложений калининского оледенения. Мощность четвертичных отложений изменяется от 0–3 метров на карбоновом плато до 186 метров в Кенозерской впадине.

Почвенный покров представлен сочетаниями подзолистых почв и подзолов (в том числе остаточнокарбонатных), кислых и выщелоченных буроземов, а также болотно-подзолистых и торфяных почв. Многие почвы характеризуются двучленностью почвообразующих пород.

Лесная растительность в основном состоит из сосново-еловых и елово-сосновых лесов с примесью березы и осины.

Гидрографическаясетьсложная.Всегонатерриторииболее300озервосновномледниковогопроисхождения, исключение составляет оз. Кенозеро, площадь зеркала которого 68,6 кв. км. В южной части расположено оз. Лекшмозеро - второе по величине в парке, площадь зеркала 54,4 кв. км. Речная сеть наиболее сильно развита в южнойчастипарка.Составповерхностныхводразличен:отмягких(преимущественноатмосферногоиснегового питания) до жестких (грунтового питания); редко встречаются щелочные (на карбонатах).

Цели и задачи: определить возможные причины накопления органических веществ в поверхностных водах Кенозёрского национального парка; исследовать закономерности изменения содержания органического углерода в ряду:подстилочныеводы-внутрипочвенныеводы-поверхностныетекучиеводы-озёрнаявода;проверитьгипотезу о возможной роли карбонатных пород в определении путей геохимической миграции органического углерода.

Основнымиобъектамиисследованияпослужилипочвенныеиповерхностные(ручьевыеиозерные)воды: подстилочные воды отбирали путем отжима; другие виды - путем прямого отбора. Содержание органического углерода определялось методом В.П.Цыпленкова и А.И. Попова с колориметрическим окончанием.

Исследованные образцы вод четко подразделяются на четыре основные группы (таблица 1):

А. Воды с концентрацией органического углерода, достигающей нескольких сотен миллиграммов в литре. К этой группе относятся воды, отжатые из лесных подстилок, причем концентрация углерода в них практически не отражает различий почв, связанных с их приуроченностью к породам с разным содержанием карбонатов. Воды этой группы имеют интенсивную темно-бурую окраску.

Б. Воды с концентрацией органического углерода, близкой к значениям 100 мг/л. Это самая большая группасредиисследованныхобразцов,включающаявсебяводуоз.Кенозеро,водуручья1,водосборкоторого приурочен к бескарбонатным породам, а также все образцы почвенных верховодок. Как нетрудно заметить из полученных данных, концентрация органического углерода в верховодках также практически не отражает различийпочвообразующихпород.Всеобразцыэтихводпрозрачныиимеютжелтовато-светлобуруюокраску.

В. Воды с концентрацией органического углерода существенно меньше 100 мг/л. К этой группе относятся поверхностные воды переходного и низинного болот, сформированных в области распространения карбонатсодержащих пород, имеющих значения Сорг соответственно 62 и 27 мг/л. Эти воды имеют окраску от светло-желтой до желтой.

Г. Воды с ничтожно малыми концентрациями органического углерода. Эта группа представлена образцами воды из оз. Мудрозеро, ложе которого слагают карбонатсодержащие глины московского возраста, и водыизручья2,водосборкоторогоформируетсявобластираспространениякарбонатныхморен,подстилающих флювиогляциальные бескарбонатные отложения. Эти воды прозрачны и практически не окрашены.

Полученные результаты позволяют следующим образом представить себе пути миграции водорастворимого органического углерода в исследуемом регионе.

Основным источником водорастворимого органического углерода здесь являются лесные подстилки, как правило, перенасыщенные дождевой влагой и отличающиеся максимальной активностью микробиоты. Характерной особенностью лесных подстилок в Кенозерском нацпарке является их высокая мощность (до 10-12

194

Доклады Всероссийской научной конференции

см),полнопрофильность(тоестьхорошаяразвитостьподгоризонтовL,F,H)иобогащенностьгрибныммицелием. Вместе с тем, большая часть водорастворимого органического углерода (70-80 % от его общей концентрации в водах лесных подстилок) фиксируется в верхней части почвенного профиля, несмотря на интенсивную вертикальную и боковую миграцию водных растворов. В водах почвенной верховодки, которая является отличительным признаком большинства исследованных почв, формирующихся на двучленных породах в условиях сильнорасчлененного рельефа, концентрация водорастворимого Сорг снижается до 100 мг/л. Именно эти органические вещества, как показали исследования поверхностных текучих и озерных вод, являются наиболее миграционно способными. В случае отсутствия геохимических барьеров на путях миграции водорастворимого органического углерода его концентрация практически не меняется на всем пути

от почвенных верховодок вплоть до попадания вод в озерные депрессии.

Основной преградой на пути миграции водорастворимого органического углерода служат, по всей вероятности, карбонатсодержащие породы и сформированные на них почвы.

Если верховодки в этих почвах еще содержат такое же количество водорастворимого углерода, как и бескарбонатные почвы, то в поверхностных водах окружающих ландшафтов (ручьях, болотах, озерах) оно резкоснижается.Вводеслабопроточногооз.Мудрозеро,ложекоторогослагаюткарбонатсодержащиепороды, концентрация водорастворимого углерода исчезающе мала.

Таблица 1

Содержание органического углерода (Сорг) в почвенных и грунтовых водах

Выводы.

1.Различия почвообразующих пород и различия по приуроченности почв к автономным и транзитным положениям рельефа практически не сказываются на содержании органического углерода в подстилочных водах и верховодках. При этом в подстилочных водах исследуемой территории его содержание составляет 500

±50 мг/л, а в верховодках 100 ± 10 мг/л.

2.Различия в породах, слагающих озерное ложе, оказывают существенное влияние на содержание органическогоуглеродавозерныхводах.Озера,формирующиесявложекарбонатсодержащихпород,содержат в воде исчезающе малые количества С орг. Даже в окаймляющих их болотах содержание С орг не превышает

300 мг/л .

3.Поверхностные текучие воды ручьев различаются по содержанию органического углерода в зависимости от почвообразующих пород, преобладающих на водосборной площади. Карбонатные породы способствуют уменьшению его концентрации в ручьевых водах, что проявляется в наличии иллювиальногумусовых горизонтов, а также гумусовых покровов и пленок по граням структурных отдельностей и на поверхности карбонатсодержащих минералов. Если на водосборной площади преобладают бескарбонатные породы,торазличийвсодержанииорганическогоуглеродавпочвенныхверховодкахиповерхностныхтекучих водах ручьев не обнаруживается.

195

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

УДК 550.4:553.3/.9 (470.57)

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРНОРУДНЫХ РАЙОНОВ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

А.Н. Кутлиахметов (1), В.И. Сафарова (2), Г.Ф. Шайдулина (2)

(1)Министерство природопользования и экологии Республики Башкортостан, Уфа;

(2)ГБУ Республики Башкортостан Управление государственного аналитического контроля, Уфа,

e-mail: guugak@mail.ru

РеспубликаБашкортостан(РБ)входитвчислорегионовсразвитойгорноруднойпромышленностью.На территории республики выявлено свыше 3 тыс. месторождений и проявлений 60 видов полезных ископаемых. Основу минерально-сырьевой базы РБ составляют руды цветных и благородных металлов, нефть, уголь, агрохимическое сырье, строительные материалы, облицовочные и поделочные камни, оптическое сырье. По прогнознымоценкам,потенциалБашкортостанадалеконеисчерпанкакпоперечисленнымвидамминерального сырья, так и по таким нетрадиционным для республики хромитовым, марганцевым, кобальтовым рудам, платиноидам, алмазам [1].

Основные предприятия цветной и золоторудной промышленности РБ размещены в Учалинском, Баймакском и Хайбуллинском районах, расположенных на восточных склонах Южного Урала. Добыча золота в этих районах Башкортостана (Башкирском Зауралье) ведется более 200 лет, медно-цинково-колчеданные месторождения разрабатываются с середины 20 века. За это время природные ландшафты Башкирского Зауралья преобразовались в техногенные.

В настоящее время на территории РБ функционируют 4 крупных горно-обогатительных комбината по переработкемедно-цинково-колчеданныхруди4предприятияподобычезолотаметодомкучногоиподземного выщелачивания, оказывая негативное влияние на природные ресурсы региона. Это воздействие носит многоплановый характер – происходит нарушение рельефа, изменение гидрологических, гидрохимических характеристик подземной и поверхностной гидросферы, загрязнение атмосферы и почвенно-растительного покрова, накопление многотоннажных отходов и др., при этом степень геохимического преобразования ландшафтов во многом зависит от длительности функционирования горнорудных предприятий.

Роль временного фактора четко прослеживается при обследовании природных сред в зонах влияния горно-обогатительных комбинатов Башкирского Зауралья с различной продолжительностью их работы: от 8 до 60 и более лет. При этом наиболее уязвимой средой, быстро реагирующей на негативное воздействие всего комплекса горнорудных технологий, является гидросфера. Этому способствуют особенности географических и климатических условий горнорудных районов РБ: гидрографическая сеть региона представлена озерами, малымирекамиипересыхающимиручьями,основнымиисточникамипитаниякоторыхявляютсяатмосферные осадки (300-600 мм/год). Существенную роль в формировании геохимического облика подземных и поверхностных вод горнорудных территорий играют подотвальные и шахтные воды, состав которых также зависит от «возраста» предприятия.

Принимая сточные воды горно-обогатительных комбинатов и других промышленных предприятий, малые реки Башкирского Зауралья за последние 40-50 лет претерпели коренное преобразование: сменился гидрохимический тип воды; существенно изменилось разнообразие и видовой состав гидробионтов; донные отложения, обогащенные тяжелыми металлами, при определенных условиях становятся источником вторичного загрязнения воды.

Значительное влияние на геоэкологическую обстановку Башкирского Зауралья оказывают золотодобывающие предприятия, большая часть которых прекратила свое существование, оставив после себя нарушенный рельеф и большое количество отходов, создающих протяженные ореолы рассеяния токсичных компонентов в депонирующих средах: в донных отложениях водотоков и в почвенном покрове. Действующие предприятия по добыче золота используют современные физико-химические геотехнологии кучного и подземного выщелачивания. При этом их воздействие на окружающую среду носит специфический характер, связанный с использованием высокотоксичных реагентов и с процессами их преобразования в природных средах. Отходы, образующиеся при этом, также специфичны и требуют обоснованных технологий обезвреживания и последующей утилизации.

Проблеманакопленияогромноймассытехногенныхотходовгорноруднойпромышленности–породных отвалов и хвостов переработки полиметаллических и золотосодержащих руд – в настоящее время приобрела необычайную значимость. Являясь важным техногенным ресурсом для извлечения ценных компонентов (цинк, свинец, сера, золото, серебро, висмут, кадмий, германий, рений, олово, селен, теллур, никель, индий, сурьма и др.), отходы горнорудных предприятий служат источником загрязнения природных сред и могут быть отнесены к объектам накопленного экологического ущерба. Задача оценки таких объектов является весьма актуальной, но практически не проработанной, поскольку отсутствует нормативно-законодательная база выполнения таких работ. Однако представляется важным то, что при первичном ранжировании объектов накопленного экологического ущерба следует придерживаться отраслевого принципа.

Такимобразом,натерриторииБашкирскогоЗауральяфункционируютсходныепопрофилюпредприятия с разной продолжительностью функционирования, на примере которых можно проследить основные этапы геохимического преобразования жизнеобеспечивающих природных ресурсов: воды, воздуха, почвы. В связи с этим эффективным подходом при решении геоэкологических проблем горнорудных территорий Башкирского Зауралья послужило использование горнорудных предприятий по разработке медно-цинково-колчеданных и золотоносных месторождений и прилегающих к ним территорий в качестве натурных моделей, позволяющих:

196

Доклады Всероссийской научной конференции

1.провести сравнительный анализ последствий производственной деятельности предприятий с различной длительностью функционирования;

2.дать оценку негативных природных процессов, усиливающихся в результате техногенного воздействия;

3.прогнозировать развитие экологической ситуации для новых, развивающихся предприятий;

4.проводить поиск путей предотвращения или минимизации негативного влияния предприятий горнорудной отрасли на окружающую среду;

5.разработать критерии отнесения отходов к объектам накопленного экологического ущерба.

Литература

1.Хамитов Р.А. Геология и горное дело Башкортостана: история и современность.// Недропользование

– ХХI век. 2007. №5. С. 4-15.

УДК 631.47 УДК: 631.445.2: 631.414: 543.3:535.8

ФОРМИРОВАНИЕ БАРЬЕРОВ ОСАЖДЕНИЯ Cs-137 В ПОЙМЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ

В.Г. Линник

ГЕОХИ РАН, Москва, e-mail: linnik@geokhi.ru

Распределение техногенного 137Cs «чернобыльского» происхождения в пойменных ландшафтах Брянской области имеет свои особенности, связанные с начальными условиями загрязнения территории в апреле-мае 1986 г.

Западная часть Брянской области расположена на удалении 180 км от ЧАЭС. После аварии 26 апреля 1986 г. движение воздушных масс от аварийного блока ЧАЭС в северном и северо-восточном направлении наблюдалось со второго дня (с 27 апреля 1986 г.), так что радиоактивное облако в бассейне р. Ипуть (западная часть Брянской области) проходило не позже 28 апреля 1986 г. Бассейн р. Ипуть был загрязнен летучими изотопами, из которых на данный момент остался практически 137Cs.

В настоящее время принято считать, что в радиоактивных продуктах аварийных выбросов ЧАЭС в атмосферу и их выпадениях из атмосферы на подстилающую поверхность 137Cs находился в основном в растворимой форме [1]. По существующим оценкам, в первые дни после аварии при конденсанционном типе выпадений доля водорастворимой формы 137Cs могла достигать 50 % [1, 2]. Можно предположить, что при выпадении дождевых осадков в этот период происходила латеральная миграция 137Cs в ландшафтах.

Для выявления связи плотности загрязнения 137Cs с ландшафтными факторами в 1993 г. на мониторинговой площадке M2 были проведены ландшафтно-радиометрические измерения с использованием радиометра КОРАД [3]. Выявленные закономерности распределения 137Cs в дальнейшем были подтверждены при исследовании других участков р.Ипуть и ее притока р.Унеча [4, 5].

Площадка М2 расположена на узкой пойме среднего и высокого уровня, причлененной к правому коренному берегу р.Ипуть. Площадка ориентирована по течению реки, ширина поймы в данном месте составляет 60-80 м. В верхней (северной) части пойменного массива низкая пойма отсутствует, обрывистый берег имеет высоту 2,0-3,0 м над меженным урезом воды, высотные отметки центрального массива поймы колеблются от 131,0 до 132,0 м.

Поймапредставленаузкимивытянутымиприрусловымиваламиигривамиснеглубокимимежгривными понижениями, сложенными аллювиальными песками и супесями с аллювиальными луговыми супесчаными и легкосуглинистыми почвами. Вершины грив на данном участке поймы заняты злаково-разнотравным лугом. Межгривные понижения заняты таволго-осоковой ассоциацией.

Радиометрическая съемка площадки М2 проводилась по регулярной сетке 10x10 м. В пойменной части площадки М2 брались дополнительные точки в зависимости от строения микрорельефа. На площадке М2 была установлена значительная контрастность в плотности загрязнения 137Cs. Средняя плотность загрязнения данной площадки равна 36 мкКи/м2. При этом максимальная вариабельность запаса 137Cs отмечалась в пойменной части площадки и существенно меньше в ее склоновой части.

По результатам измерений на площадке М2 был установлен инверсионный эффект в распределении 137Cs, когдаплотностьзагрязнениявотдельныхмежгривныхзаболоченныхпониженияхмоглабытьв3-4разаниже,чем на гривах. Отбор проб почвы до глубины 70 см подтвердил низкое содержание 137Cs в межгривных понижениях.

Дляобъясненияпричининверсионногораспределения137Csбылапроведенадетальнаярадиометрическая съемка с шагом 0,5 м на трех параллельных профилях. Результаты измерений 137Cs на одном из трех профилей представлены на рис.1. На склонах гривы, четко маркируемых границей распространения осоки, наблюдалась полоса шириной 2-2,5 м концентрирования 137Cs (свыше 40 мкКи/м2), т.е. явно фиксировался барьерный эффект осаждения 137Cs.

Поскольку данные измерений по загрязнению водных объектов радионуклидами в Брянской и Тульской области в начальный момент аварии (апрель-май 1986 г.) отсутствуют, то представляет интерес реконструкция формирования поля загрязнения 137Cs пойменных ландшафтов. Для реконструкции динамики загрязнения 137Cs пойменных массивов в весенне-летний период 1986 г. было предложено использовать корреляцию гидрологического режима реки (уровень воды) с периодом образования цезиевых пятен.

197

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

Рис.1 Ландшафтно-радиометрический профиль с шагом 0,5 м на площадке М2

Механизм формирования такого вида геохимического барьера был исследован в 1999-2001 гг. при проведении детальных ландшафтно-радиометрических исследований на рр. Ипуть, Беседь, Унеча (Брянская обл.) и р.Плава (Тульская обл.). В результате проведенных исследований была установлена связь появления таких барьеров с гидрологическими условиями.

Было установлено, что по характеру загрязнения вся пойма р.Ипуть может быть разделена на две зоны, границей которых служит уровень воды в р.Ипуть на момент аварии (превышение над меженным урезом – 2,5 м). Первая зона (осушенная) включала высокую пойму и гривы на средней пойме, вторая зона (затопленная)

– низкую пойму и межгривные понижения.

Выполненная реконструкция гидрологической обстановки на площадке М2 на 28 апреля 1986 г. представлена на рис.1. Нижняя часть пойменного массива М2 еще находилась под водой, гривы уже вышли из-под затопления, межгривные понижения оставались затопленными.

Для удобства анализа на рис.1 отмечен средний уровень загрязнения 137Cs (36 мкКи/м2). Как видно из представленныхданных,концентрирование137Csнаблюдалосьпокраямзатопленнойзападины(до60мкКи/ м2.) Данный барьер можно отнести к механическим [6], который формируется на границе «вода-суша». Поступающие радиоактивные аэрозольные частицы оказались в принципиально различных геохимических обстановках: часть из них поступила на поверхность почвы, другая – на поверхность речной воды. Поскольку данная западина была гидродинамически связана с руслом реки, то часть растворенного 137Cs была вынесена в реку, доказательством этого служит измеренное низкое значение активности 137Cs (13,1 мкКи/м2). Проявление латерального смыва 137Cs на гриве можно видеть на профиле на расстояниях 0,5-2,5 м – на этом участке профиля было смыто до 13-18 % запаса 137Cs. Поскольку в первую неделю после 28 апреля 1986 г. спад половодья в р. Ипуть составлял несколько сантиметров в сутки, то наряду с осаждением взвеси медленный спад половодья был благоприятен для осаждения по краям западины загрязненных растительных остатков.

Особенность такого геохимического барьера заключается в том, что он образуется за короткий промежуток времени (несколько суток), и его формирование зависит от двух факторов – длительности поступления из атмосферы 137Cs (в нашем случае это с 27 по 29 апреля 1986 г.) и гидрологического режима. В том случае, если пойма реки на момент ее загрязнения вышла из режима затопления (например, р. Беседь), формирование барьеров данного типа не наблюдалось.

Такимобразом,исследованмеханический(геофизический)барьерконцентрирования137Csвпойменных ландшафтах, который формируется только при определенном сочетании ряда условий. Его образованию способствует конденсационный тип аэрозольных выпадений, когда есть подвижные фракции 137Cs. Второй важный момент – наличие на момент загрязнения земной поверхности техногенными радионуклидами затопленных участков поймы. Принципиально важно то, что зона формирования данного барьера не обязательно совпадает с традиционными ландшафтными (геоморфологическими) рубежами, поскольку связана с переменным фактором (уровнем затопления).

Литература

1.Вакуловский С.М., Газиев Я.И., Колесникова Л.В., Мартыненко В.П., Петренко Г.И., Тертышник Э.Г., Уваров А.Д. Особенности радиоактивного загрязнения поверхностных водных объектов Брянской области в 1987-2005 годах//Труды Международной конференции, Москва, 5-6 декабря 2005 г. Под ред.Ю.А. Израэля. СПб: Гидрометеоиздат, 2006. Том № 2. С.48-53.

2.Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах: По материалам 10-летних исследований в зоне влияния аварии на ЧАЭС. М.: Наука. 2000. 268с.

3.Мартыненко В.П., Линник В.Г., Говорун А.П., Потапов В.Н. Сопоставление результатов полевой радиометрии и отбора проб при исследовании распределения 137Cs в почвах Брянской области//

198

Доклады Всероссийской научной конференции

Атомная энергия. 2003. Т. 95. №4. С. 312-319.

4.Линник В.Г., Говорун А.П., Моисеенко Ф.В., Белоус Н.М. Исследование характера загрязнения Cs-137 пойменных лугов р.Ипуть (по результатам радиометрических исследований 2001 г.)// Повышение плодородия, продуктивности дерново-подзолистых песчаных почв и реабилитация радиационно загрязненных сельскохозяйственных угодий. М.: Агроконсалт, 2002. – С.125-145.

5.Линник В.Г. Ландшафтно-гидрологические условия распределения Cs в пойме р. Ипуть (Брянская область)//Эрозия почв и русловые процессы. Вып.13. М.: Изд-во Моск.Ун-та, 2001. С. 120-132.

6.Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000. 1999. 763 с.

УДК 911.2:550.3(571)

ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ И ИХ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

Д.А. Лопаткин, Н.Д. Давыдова, В.А. Снытко

Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, Иркутск, e-mail: ld@irigs.irk.ru, davydova@irigs.irk.ru, vsnytko@yandex.ru

Понятие такого явления, как геохимический барьер, стало одной из методологических основ при изучении геохимических аномалий различной природы. В последние десятилетия теория геохимических барьеров получила новый импульс в связи с решением экологических проблем. Рассматривается их роль

вформировании техногенных месторождений и аномалий с целью выявления особенностей миграции и концентрации токсичных элементов, радионуклидов, компонентов реактивного топлива, поведения тяжелых металлов в городских ландшафтах. Ведутся исследования по натурному и математическому моделированию механизмов взаимодействия геохимических барьеров с солевыми растворами и использования полученных результатов в разработке новой концепции освоения минеральных ресурсов. Это стало возможным в первую очередь благодаря трудам М.А. Глазовской [1, 2] и А.И. Перельмана [3, 4, 5].

Впредставлении А.И. Перельмана геохимический барьер – это участок земной коры, где на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация [3]. Большим достижением в развитии учения о геохимических барьерах является создание автором универсальной матричной схемы типов концентрации элементов на геохимических барьерах, где по оси ординат расположены

классы, а по оси абсцисс – химический состав вод, поступающих к барьеру. В точке их пересечения указаны типы ассоциаций химических элементов, теряющие скорость миграции или осаждающиеся на барьере [3, 4]. Созданная схема имеет исключительную ценность.

Другое направление - учение о почвенно-геохимических барьерах - развивается М.А. Глазовской. В ее представлении ведущую позицию в миграции вещества и ландшафтно-геохимических процессах верхней оболочкибиосферызанимаетпочва.Почвенныйпрофильрассматриваетсякаксистемагеохимическихбарьеров [2]. При поступлении химических элементов воздушным или водным путем в геосистемы генетические горизонты выступают в качестве геохимических барьеров, задерживая часть потока веществ, движущихся под действием сил гравитации. М.А. Глазовская выделяет 6 типов почвенно-геохимических барьеров по сочетанию окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий, приводит соответствующие ассоциации химических элементов.

Генетические горизонты почв, как в природных, так и в техногенных условиях, выступают в качестве многослойного фильтра. Каждый слой имеет моноили полифункциональные свойства: сорбционные, седиментационные,кислотные,щелочные,идр.Взависимостиотзональныхфизико-географическихусловий и положения в сопряженном ряду катены почвы имеют различные сочетания геохимических барьеров [1]. Важную роль почвенно-геохимические барьеры выполняют при формировании экологических условий среды обитания человека и животных в условиях загрязнения.

Первичное распределение веществ, поступающих в ландшафты через атмосферу, прежде всего, контролируется рельефом местности. Большое значение при этом имеет механическая задержка минеральных частиц поверхностью почв вершинных поверхностей и наветренных склонов. Вторичная дифференциация поллютантов осуществляется преимущественно в процессе водной миграции. Кроме рельефа, в значительной мере она обусловлена наличием почвенно-геохимических барьеров. При этом с течением времени могут формироваться техногенные аномалии не только в верхних горизонтах почв, но и на различных глубинах. Ярким примером могут служить аномалии фтора в засоленных почвах степей юга Минусинской котловины при поступлении пылегазовых эмиссий от алюминиевых заводов [6].

Классификация ландшафтно-геохимических барьеров является основой для пространственного отображения ландшафтно-геохимических барьеров на карте. Если воспринимать почву как функцию ландшафтообразующих процессов, то в качестве основы картографирования представляется возможным применениекартпочвенногопокрова.Дляустановленияассоциацийэлементов,образующихсянабарьерах

втех или иных условиях миграции, целесообразно использовать матрицу А.И. Перельмана [3]. Зная тип ландшафтно-геохимическогобарьера,реакциюсредыихимическийсоставфильтрующихсявод,спомощью указаннойтаблицыустанавливатьассоциацииэлементов,которыемогутнакапливатьсявданныхусловиях. На указанных принципах для бассейна озера Байкал в пределах Российской Федерации была составлена карта ландшафтно-геохимических барьеров М 1:2500000. Преобразование составительского оригинала на

199