Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретико-методическое обоснование работы 9
1.1 Современное состояние теории эколого-геохимических исследований 9
1.2 Методика исследований 28
Глава 2 Заповедники "Басеги" и "Вишерский" как объекты исследовании 37
2.1 Естественные факторы 37
2.1.1 Геологическое строение и рельеф 37
2.1.2 Климат 40
2.1.3 Поверхностные воды 43
2.1.4 Растительность 44
2.1.5 Почвы 48
2.2 Антропогенные факторы 52
Глава 3 Тяжелые металлы в выбросах промышленных предприятии па территории, прилегающей к объектам исследовании 55
3.1 Общая характеристика выбросов предприятий 56
3.2 Тяжелометальный спектр выбросов предприятий 61
Глава 4 Геохимические и биогсохимические параметры эколого-геохимического состояния горно таежных ландшафтов 70
4.1 Геохимическое исследование снежного покрова 70
4.1.1 Макрокомпонентный состав 71
4.1.2 Тяжелые металлы 77
4.2 Распределение тяжелых металлов в почвах 94
4.3 Тяжелые металлы в растениях 112
Глава 5 Оценка экологического состояния ландшафтов с использованием фитоипдпкаторов 119
5.1 Филлогенические и фитопатогенные процессы на территории заповедника "Басеги" 119
5.2 Фитошщикационные показатели загрязнения тяжелыми металлами горно-таежных ландшафтов 121
Заключение 127
Список использованной литературы 130
Введение к работе
Актуальность проблемы. Горно-таежные ландшафты, занимающие около 1/5 части Пермской области, являются уникальными экосистемами по видовому разнообразию флоры и фауны, имеют важное ресурсообразующее значение. В целях сохранения эталонов западноуральской тайги здесь созданы два заповедника "Басеги" и "Вишерский".
Интенсивное освоение Урала • и появление крупнейших металлургических, горно-перерабатывающих и химических промышленных предприятий в восточной части Пермской области обусловили загрязнение воздушного бассейна. В результате особенностей регионального воздушного переноса загрязнителей стали отмечаться превышения над нормами ПДК для целого ряда тяжелых металлов (ТМ) не только в непосредственной близости от промышленных предприятий, но и в ландшафтах заповедного режима. Однако комплексных исследований этого явления в заповедниках не проводилось.
Среди загрязнителей в выбросах предприятий ТМ представляют особую опасность, обусловленную длительным периодом токсической активности. Являясь устойчивыми в природной среде, они имеют тевденцию к постепенной концентрации в почвах, растениях, в пищевой цепи с нарастанием к верхним звеньям в сотни тысяч раз. Распространение загрязнения и его опасность вызвали необходимость изучения поведения ТМ в ландшафтах заповедного режима, а так же выявления экологических последствий данного вида загрязнения.
В качестве объектов исследования выбраны горно-таежные ландшафты заповедников "Вишерский" и "Басеги", расположенные в сходных геохимических условиях западного макросклона Уральских гор, но.с различной интенсивностью техногенного воздействия.
Целью исследования является выявление закономерностей распределения ТМ в горно-таежных ландшафтах и оценка экологических последствий его изменения, происходящего под влиянием техногенных факторов. Для достижения поставленной цели предполагалось решение следующих задач:
Изучение природных условии, определяющих фоновое распределение ТМ в горно-таежных ландшафтах.
Выявление видов и роли техногенного воздействия на заповедные горнотаежные ландшафты.
Оценка атмотехногешюй нагрузки на распределения ТМ в ландшафтах.
Выявление деструктивных процессов в ландшафтах и их экологических последствий при повышенном содержании тяжелых металлов с использованием биоиндикаторов.
Методика исследований. Теоретико-методологической основой работы является теория о видах и формах миграции химических элементов в ландшафтно-геохимических системах (по Л.И. Перельману) и методы ландшафтно-геохимических исследований, разработанные М.Л. Глазовской, в которых неоднородность ландшафтной сферы представлена иерархической системой геохимических ландшафтов.
При исследовании использовался метод ключевых площадок, выбранных после первичного полевого обследования в наиболее типичных горно-таежных природных комплексах с учетом экспозиционного фактора и обладающих относительной однородностью ночвообразующих пород, почв и растительного покрова. По условиям миграции они относятся к трансэлювиальным элементарным ландшафтам. На каждой площадке определялось содержание ТМ в почвообразующих породах, почве, растительности, в снежном покрове. Проводилось изучение основных физико-химических свойств почв, определяющих поведение ТМ. Ландшафтно-геохимические методы дополнены биоиндикационными в рамках которых изучены фитопатогенное и морфологическое состояние древесных растений.
Валовое содержание микроэлементов определялось в Центральной Уральской лаборатории атомно-эмиссионным анализом для определения широкого круга элементов (36 элементов). После выявления приоритетных загрязнителей проводилось определение подвижных форм тяжелых металлов в лаборатории атомно-абсорбционной спектроскопии географического факультета МГУ.
В диссертационном исследовании применялись следующие методы полевые, химико-аналитические, анализа, синтеза, статистические, картографические. Статистические показатели рассчитаны с помощью программы Statistic 6.0. Сравнение средних и дисперсий осуществлялось с помощью критериев Фишера и критерия Стыодента.
Научная новизна работы.
• выявлены и проанализированы естественные и техногенные факторы, определяющие содержания тяжелых металлов в горно-таежных ландшафтах заповедников "Басеги" и "Вишерский";
• изучены особенности распределения ТМ в компонентах ландшафтов при различном уровне атмотехногенного загрязнения;
• предложена методика исследования, представляющая собой одновременные наблюдения влияния атмотехногенного загрязнения тяжелыми металлами на геохимические особенности почв и растений и на связанные с этим изменения состояния растительности.
Фактический материал. В основу работы положены результаты проведенных автором полевых работ, включающих отбор и подготовка более 200 проб за период с 1998 по 2003 гг. на территории заповедников "Басеги" и "Вишерский". При написании работы были использованы фондовые материалы лаборатории Экологии леса и лаборатории Геологии техногенных процессов Естественнонаучного института при Пермском государственном университете, Летописи природы заповедников "Басеги" и "Вишерский". Анализ валового объема и спектра выбросов промышленных предприятий на прилегающей к объектам исследования территории проведен на основе данных ГУПР по Пермской области (форма 2ТП-воздух) и литературных данных. Исследования проводились при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, проект ЛЬ 02-05-96402-р2002урал, научной программы
Министерства образования и науки «Университеты России - фундаментальные исследования», проекте 8.3.10, Федеральная целевая нрофамма "Интефация науки и высшего образования России на 2002-2006 годы", проект №33075/1604.
Практическая значимость работы состоит в определении ряда геохимических, биогеохимических парамефов и фитоиндикационных показателей естественных горно-таежных ландшафтов Урала, которые могут быть использованы как эталоны при проведении экологической оценки зафязнения ТМ и разработки ирофаммы мониторинга.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены в на Всероссийском молодежном симпозиуме "Безопасность биосферы" (Екатеринбург, 1998), Межвузовских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Экология: проблемы и пути решения" (Пермь, 1998, 1999, 2000), 2-ой Межрегиональной научно - практической конференции "Природное наследие и геофафическое краеведение Прикамья" (Пермь 2000), Международной научной конференции "Перспективы развития естественных наук в высшей школе" (Пермь, 2001), Международной научно - практической конференции "Геофафия и регион" (Пермь, 2002), четвертой Российской биогеохимической школе "Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы" (Москва, 2003), Международной школе "Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды" (Новороссийск, 2003) на семинаре кафедры геохимии ландшафтов и геофафии почв геофафического факультета Московского государственного университета. Результаты исследований были использованы в Летописях природы заповедников за 1998-2003 гг. и позволили провести экологическую оценку ландшафтов заповедников и выявить степень техногенного воздействия.
По теме диссертации автором опубликовано 17 работ, которые частично вошли в учебное пособие "Основы ландшафтной хемоэкологии".
Структура и объем работы. Диссертация объемом 158 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, 8 приложений, списка литературы, включающего 137 наименований, содержит 35 рисунков, 21 таблицы.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.г.н., проф. Б.А. Чазову и к.г.н. Е.А. Ворончихиной за постоянное внимание и помощь в написании диссертации. Особую благодарность автор выражает сотрудникам кафедры геохимии ландшафтов и географии почв МГУ, в особенности чл.-кор. РАН Н.С. Касимову и с.н.с. Е.М. Никифоровой за консультации по теме диссертации, коллективу кафедры физической географии и ландшафтной экологии географического факультета ЛГУ, сотрудникам лаборатории атомно-абсорбционной спектроскопии географического факультета МГУ, сотрудникам лаборатории Экологии леса и коллективу лаборатории Геологии техногенных процессов Естественнонаучного института при Пермском государственном университете, чья поддержка и участие оказали большую помощь в работе над диссертацией.
Методика исследований
Теоретико-методологической основой работы является теория о видах и формах миграции химических элементов в ландшафтно-геохимических системах (по Л.И. Перельману) и методы ландшафтно-геохимических исследований, разработанные М.Л. Глазовской, в которых неоднородность ландшафтной сферы представлена иерархической системой геохимических ландшафтов.
При исследовании использовался метод ключевых площадок, выбранных после первичного полевого обследования в наиболее типичных горно-таежных природных комплексах с учетом экспозиционного фактора и обладающих относительной однородностью ночвообразующих пород, почв и растительного покрова. По условиям миграции они относятся к трансэлювиальным элементарным ландшафтам. На каждой площадке определялось содержание ТМ в почвообразующих породах, почве, растительности, в снежном покрове. Проводилось изучение основных физико-химических свойств почв, определяющих поведение ТМ. Ландшафтно-геохимические методы дополнены биоиндикационными в рамках которых изучены фитопатогенное и морфологическое состояние древесных растений.
Валовое содержание микроэлементов определялось в Центральной Уральской лаборатории атомно-эмиссионным анализом для определения широкого круга элементов (36 элементов). После выявления приоритетных загрязнителей проводилось определение подвижных форм тяжелых металлов в лаборатории атомно-абсорбционной спектроскопии географического факультета МГУ.
В диссертационном исследовании применялись следующие методы полевые, химико-аналитические, анализа, синтеза, статистические, картографические. Статистические показатели рассчитаны с помощью программы Statistic 6.0. Сравнение средних и дисперсий осуществлялось с помощью критериев Фишера и критерия Стыодента.
Научная новизна работы. выявлены и проанализированы естественные и техногенные факторы, определяющие содержания тяжелых металлов в горно-таежных ландшафтах заповедников "Басеги" и "Вишерский"; изучены особенности распределения ТМ в компонентах ландшафтов при различном уровне атмотехногенного загрязнения; предложена методика исследования, представляющая собой одновременные наблюдения влияния атмотехногенного загрязнения тяжелыми металлами на геохимические особенности почв и растений и на связанные с этим изменения состояния растительности. Фактический материал. В основу работы положены результаты проведенных автором полевых работ, включающих отбор и подготовка более 200 проб за период с 1998 по 2003 гг. на территории заповедников "Басеги" и "Вишерский". При написании работы были использованы фондовые материалы лаборатории Экологии леса и лаборатории Геологии техногенных процессов Естественнонаучного института при Пермском государственном университете, Летописи природы заповедников "Басеги" и "Вишерский". Анализ валового объема и спектра выбросов промышленных предприятий на прилегающей к объектам исследования территории проведен на основе данных ГУПР по Пермской области (форма 2ТП-воздух) и литературных данных. Исследования проводились при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, проект ЛЬ 02-05-96402-р2002урал, научной программы Министерства образования и науки «Университеты России - фундаментальные исследования», проекте 8.3.10, Федеральная целевая нрофамма "Интефация науки и высшего образования России на 2002-2006 годы", проект №33075/1604.
Практическая значимость работы состоит в определении ряда геохимических, биогеохимических парамефов и фитоиндикационных показателей естественных горно-таежных ландшафтов Урала, которые могут быть использованы как эталоны при проведении экологической оценки зафязнения ТМ и разработки ирофаммы мониторинга.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены в на Всероссийском молодежном симпозиуме "Безопасность биосферы" (Екатеринбург, 1998), Межвузовских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Экология: проблемы и пути решения" (Пермь, 1998, 1999, 2000), 2-ой Межрегиональной научно - практической конференции "Природное наследие и геофафическое краеведение Прикамья" (Пермь 2000), Международной научной конференции "Перспективы развития естественных наук в высшей школе" (Пермь, 2001), Международной научно - практической конференции "Геофафия и регион" (Пермь, 2002), четвертой Российской биогеохимической школе "Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы" (Москва, 2003), Международной школе "Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды" (Новороссийск, 2003) на семинаре кафедры геохимии ландшафтов и геофафии почв геофафического факультета Московского государственного университета. Результаты исследований были использованы в Летописях природы заповедников за 1998-2003 гг. и позволили провести экологическую оценку ландшафтов заповедников и выявить степень техногенного воздействия.
По теме диссертации автором опубликовано 17 работ, которые частично вошли в учебное пособие "Основы ландшафтной хемоэкологии". Структура и объем работы. Диссертация объемом 158 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, 8 приложений, списка литературы, включающего 137 наименований, содержит 35 рисунков, 21 таблицы.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.г.н., проф. Б.А. Чазову и к.г.н. Е.А. Ворончихиной за постоянное внимание и помощь в написании диссертации. Особую благодарность автор выражает сотрудникам кафедры геохимии ландшафтов и географии почв МГУ, в особенности чл.-кор. РАН Н.С. Касимову и с.н.с. Е.М. Никифоровой за консультации по теме диссертации, коллективу кафедры физической географии и ландшафтной экологии географического факультета ЛГУ, сотрудникам лаборатории атомно-абсорбционной спектроскопии географического факультета МГУ, сотрудникам лаборатории Экологии леса и коллективу лаборатории Геологии техногенных процессов Естественнонаучного института при Пермском государственном университете, чья поддержка и участие оказали большую помощь в работе над диссертацией
Геологическое строение и рельеф
В тектоническом отношении территории заповедников целиком входят в состав складчатого Урала, расположенного в пределах структур герцинского складчатого сооружения, в котором выделяются три яруса: докембрийский, нижнепалеозойский и девоно-нижнеиермский. В геолого-геоморфологическом районировании, но Г.Л.Максимовичу (1960), заповедник "Вишерский" расположен на юге среднегорной области Северного Урала с вершинами: г. Ишерим - 1331 м, г. Мартай - 1351 м и хребет Тулымский камень с высотой 1469 м, а заповедник "Басеги" относится к низкогорной области Среднего Урала с наивысшей точкой 993 м - Средний Басег.
Оба заповедника относятся к Вишерско-Чусовскому краевому поднятию. Сложен район метаморфическими горными породами - кварцитами, слюдистыми и хлоритовыми сланцами и нижнепалеозойскими отложениями (Максимович, I960; Алексеев, Морозов, 1993).39
Так как объектами исследования являются трансэлювиальные ландшафты, возрастает роль литогеохимического фона в формировании геохимической ситуации. На геохимической карте СССР (ВСЕГЕИ, 1985) территория исследования заповедника "Вишерскии" располагается в пределах предгорного и низкогорного грядово-увалистого геохимического ландшафта с повышенным содержанием в отложениях цинка, стронция, циркония. Территория заповедника "Басеги" в геохимическом отношении представляет собой провинцию, обогащенную по сравнению с региональным Уральским фоном такими элементами как: никель, хром, кадмий и молибден. Анализ химического состава горных пород в заповеднике "Басеги" выявил превышения над фоном для никеля, хрома, бария (табл. 6). В целом ряд накопления микроэлементов для подстилающих пород заповедника "Басеги" выглядят следующим образом Основные формы рельефа на территории заповедников — хребты -представляют собой гряды гор, вытянутых в меридиональном направлении. Отдельные горные полосы складываются из гряд и увалов с обнаженными вершинами, часто острыми гребневидными и крутыми каменистыми склонами. Большие гряды, отдельные горы и осыпи разделяются ложбинами. Крутые каменистые склоны покрыты беспорядочными нагромождениями камней и каменистых глыб, диаметром их от 0,5 м до 1 м, а иногда до 3,5 м (Максимович, I960). На вершинах каменистые выходы горных пород разрушены и имеют40 разнообразные причудливые формы (останцы). Морозно-солифлюкционное выветривание приводит к образованию каменных "рек" и каменных "морей". Речные долины разработаны слабо в связи с твердыми подстилающими породами, но впадины между водоразделами значительны но ширине. Сами водоразделы широкие, сильно и глубоко расчленены густой сетью узких речных долин. В настоящее время основными процессами рельефообразования являются эрозия рек и склоновые процессы. В заповеднике "Вишерский" к ним добавляются в большей степени гляциальные процессы (Максимович, I960).
Своеобразный горный рельеф заповедников, выступая как распределитель тепла и влаги, вносит серьезные коррективы в строении ландшафта рассматриваемой территории: определяет высокую интенсивность таких процессов, как сток и эрозия, повышает механическую миграцию химических элементов, обусловливает высотную поясность.
Оба заповедника лежат в умеренном климатическом поясе, в Атлантико-континентальной европейской климатической области (Алисов, 1974). Положение на 60-ых широтах определяет количество поступающей солнечной радиации (80 - 90 ккал/см ). Из-за большого альбедо территории радиационный баланс зимой отрицательный. Поскольку оба заповедника лежат в умеренном климатическом поясе, над территорией господствует западный воздушный перенос, приносящий с Атлантики осадки, неустойчивую погоду. При преобладании ветров западного направления (рис. 4), значительную долю составляют ветры с восточной и южной составляющей. Зимой и весной на погоду оказывает влияние отрог Монгольского максимума, формирующий ветры с южной и восточной составляющей, которые приносят очень холодный воздух без осадков (рис. 5). Весной, когда Монгольский максимум разрушается, прорываются арктические воздушные массы, характеризующиеся низкими температурами и малой влажностью.
Характерной чертой климата данной территории является его континенталыюсть, что находит свое подтверждение в значительных годовых и суточных колебаниях почти всех метеорологических величин. Континенталыюсть климата обусловлена значительной удаленность от морей и океанов. Особенно резкие колебания иритерпевает температура воздуха, абсолютная амплитуда колебания которой достигает 88С, а летом колебания дневной и ночной температур достигают 15-29 С.
Средняя годовая температура воздуха ниже 0. Зима продолжительная и суровая, со средней температурой воздуха в январе - 18 и ниже. Такие температуры обеспечивают устойчивый снежный покров, который достигает 1,5-2 м. Лето умеренно-теплое, средняя температура воздуха в июле 15-17. Лето короткое: безморозный период длится в среднем 70-80 дней.
Немаловажным фактором в распределении температур, осадков и других метеорологических величин играет горный рельеф. Находясь на пути западного переноса воздушных масс хребты заповедников, как и Урала в целом, препятствуют проникновению западных влажных воздушных масс на восток. Поэтому для этих территорий характерны максимальные количества осадков для Пермской области ("Басеги" -700 мм, "Вишерский" -до 1000 мм). На теплый период приходится 60 % годового количества осадков. Уральские горы оказывают влияние на повторяемость числа дней с осадками. Так среднегодовое число дней с осадками колеблется с севера на юг от 220 до 120 дней (Шкляев, 1963).
Температуры также находятся в большой зависимости от высоты местности, каждые 100 м температура понижается на 0,5. Зимой наблюдается обратное явление: с высотой температура повышается на 1-3, т.к. в низинах застаивается холодный воздух (Шкляев, Балков, 1963).
Растительность
Оба заповедника расположены в подзоне средней тайги бореально-лесной зоны в пределах западных отрогов Уральской горной страны (Горчаковский, 1959) и полностью отражают особенности растительного и животного мира Западно-Уральской физико-географической провинции.
В системе ботанико-географического районирования Пермской области (Овеснов, 2000) заповедник "Вишерский" полностью входит в район северо- и среднетаежных кедрово-еловых горных лесов. Заповедник "Басеги" хотя и расположен в районе средне- и южнотаежных предгорных пихтово-еловых лесов и пихтово-еловых лесов растительный покров характерен для северо- и среднетаежных горных лесов. Особенностью горных лесов является разреженность их древесного яруса, постоянная естественная примесь березы 46
(Betula pubescens), наличие кедра (Pinus sibirica). Подлесок редкий и обеднен видами. В травяно-кустарничковом ярусе преобладают гиноарктические и бореальные виды, встречаются аркто-альпийские растения, характерно господство кустарничков; видовое разнообразие невелико. Моховой покров мощный, местами прерывается куртинами кустистых лишайников. Па высоких вершинах гор располагаются острова горных тундр с повышенным участием аркто-алышйских видов в сочетании с сообществами накипных и листоватых лишайников, а также еловые и березовые криволесья в сочетании с высокотравными и мелкотравными субальпийскими лугами.
На территории заповедника "Басеги" по А.С. Ярошенко и др. (1998) выделяются несколько ОСНОВЕІЬІХ типов растительности: СА 1. Елово-нихтовые леса предгорий хребта Басеги. Это исходный тип растительности для большей части территории заповедника. Массив этих лесов, занимающий немногим менее половины площади заповедника, образует "фон" в который вкраплены участки производных лесов и вырубок, лугов, растительных сообществ горных вершин. В пределах широкого интервала физико-географических условий состав и структура елово-нихтовых лесов достаточно однородны. 2. Небольшую часть территории заповедника занимают низкогорные ,. луга, расположенные в лесном поясе. Эти луга сохраняются за счет периодического сенокошения; заброшенные сенокосы постепенно зарастают сначала чемерицей, а затем ивой и древесными видами. В качестве особенности этих лугов следует отметить их сильное сходство по флористическому составу с прилегающими лесами и относительно малое разнообразие типично луговых видов растений.
3. Верхняя граница лесов предгорного пояса проходит на высоте около 600-680 метров; она весьма расплывчата. Леса верхних частей горных склонов (этот высотный пояс иногда именуется поясом "парковых" лесов за редкостоиность и относительно малую сомкнутость подлеска и крупнотравья) несколько выделяется из общего фона лесной растительности. Большинством авторов они относятся к типу леса ельник нагорный. Деревья здесь часто с обломанной верхушкой. Высота древостоя в среднем 4-8, редко до 16 метров. Сомкнутость древостоя существенно ниже, чем в лесах предгорий. Значительно у возрастает доля березы в составе верхнего яруса; возрастает доля кедра.
В травяно-кустарничковом покрове этих лесов значительно уменьшается доля крупнотравья. С увеличением высоты, возрастает доля кустарничков (черники, а местами - брусники), мелких папоротников (Phegopteris connectilis (Michx.)Watt и Gymnocarpium dryopteris (L)Newm.) и щучки извилистой (Lerchenfeldia flexuosa (L)Schar.). Здесь начинают заметно сказываться роль эдафического и температурного факторов в распределении растительных группировок: на местах выхода погребенных курумов или при близком ,J% залегании скального основания, а также на верхних частях гребней, подверженных влиянию сильных ветров, доля мелкотравья существенно возрастает. 4. Пояс "парковых" лесов с высотой довольно плавно переходит в криволесье на высоте около 810 метров. Деревья в поясе криволесья представлены извилистыми и карликовыми формами, пихта и можжевельник стелются по высоте не более метра. Травяно-кустарничковой ярус в основном представлен кустарничками, щучкой извилистой, мелкими папоротниками,/С горцом альпийским (Polygonum alpinum ЛИ.); велика площадь покрытия обнаженных камней, осыпей и курумов. Не вызывает сомнения значительная роль пожаров в формировании сообществ криволесья (и их нижней и верхней границ), но общая площадь недавних горельников в заповеднике невелика. 5. На высоте 870-900 м криволесье переходит в горные тундры в которых фоновыми видами являются шикша (Empetrum nigrum L), щучка извилистая, черника, брусника, морошка. 6. В заповеднике также представлены скальная и голцовая растительность- вершины Среднего, Северного и Южного Басегов, останцы и 7 скалы на верхнем плато и на склонах, скальные гребни Басежата, крутые склоны речных долин и др. 7. На восточном склоне скального гребня Басежата имеется висячее верховое болото, в нижней части которого обнажается вертикальный уступ торфа высотой 1,7 м; очень небольшие участки безлесных болот имеются и в других местах территории заповедника. 8. Весьма небольшую долю территории заповедника занимают пойменные растительные сообщества в долинах реки Усьвы и малых рек, протекающих по территории заповедника. Растительный покров является определяющим для однотипных орографических условий и играет важнейшую роль среди природных факторов почвообразования.
Основные особенности климата территории исследования - суровость, сезонные и суточные колебания температур, большое количество осадков, инверсии при относительно низкой теилообеспеченности, таежная растительность и почвообразующие породы определяют своеобразие почвообразования и господствующее распространение подзолистых типов почв. Согласно почвенной карте Пермской области (1992) почвы заповедников относятся к Уральской горной области. Заповедник "Вишерский" принадлежит Северо-Уральской горно-тундровой-таежной провинции, заповедник "Басеги"-Средне-Уральской горно-таежной и горно- луговой провинции. На территории заповедников преобладают горно-лесные бурые и горные подзолистые почвы тяжелосуглинистые на плотных глинах.
Макрокомпонентный состав
Выбросы пыли, оксидов серы, азота, углерода приводят к трансформации химического состава снеговых вод. При поступлении больших количеств пыли в окружающую среду (цементная, строительная промышленность, теплоэнергетика, черная металлургия) наблюдается подщелачивание снеговых вод и увеличение содержания кальция, магния, кидрокарбонат-ионов за счет растворения техногенных карбонатов, содержащихся в пыли. Поставка оксидов серы (тепловые станции на угле, цветная металлургия, коксо- и нефтехимия) ведет, наоборот, к подкислению снеговых вод (Касимов, 1995). Макрокомпоненты влияют на условия выноса и миграционной способности многих поллютантов и прежде всего ТМ. Повышенное содержания ряда соединений макроэлементов оказывает негативное влияние и на состояние растительности, особенно, хвойной, вызывая хлорозы, некрозы и другие заболевания (Мэннинг, 1985; Журавлев, Соколов, 1969).
С целью изучения макрокомпонентного состава снежного покрова в марте 2002 и 2003 гг. был проведен отбор снеговых проб на лесных и луговых площадках биогеохимического мониторинга в заповеднике "Басеги". Методика отбора и аналитической обработки проб изложена в главе 2 данной работы. Результаты общего химического анализа талых вод (14 проб) приведены в табл. 12. Из представленных в ней данных видно, что в целом по макрокомпонентному составу талые воды заповедника "Басеги" преимущественно гидрокарбонатные, с относительно низкой общей минерализацией, удовлетворяющей нормам содержания химических веществ в природных водах, предусмотренным СанПиН 2.1.4.599-96 (табл. 12). На фоне этих средних показателей наблюдается значительная неоднородность насыщения снежного покрова заповедника "Басеги" макрокомпонентами и различия в значении рН. Ниже более подробно рассмотрены соединения, которые в большей степени оказывают влияние на миграционные условия ТМ при поступлении в период снеготаяния в почвы.
Содержание гидрокарбонатов (НСОз") в снежном покрове лесных комплексов за период наблюдения варьировало в пределах 2,93 — 8,79 мг/л: максимальное значение соответствует восточному склону г. Южный Басег (2002 г). Несмотря на то, что среднее содержание гидрокарбонатов по территории заповедника во второй год исследования практически не изменилось (соответственно - 4,25 и 4,02 мг/л), в 2003 г. максимальные содержания характерны для западного склона г Северный Басег (6,83 мг/л) и восточного склона г. Южный Басег (6,10 мг/л).
Концентрации сульфатов (SO4") колеблется от 1,59 до 4,51 мг/л. Максимальное значение соответствует восточному склону г. Южный Басег (2003 г.). В 2003 г. произошло увеличение в содержании сульфатов на всех площадках исследования: средние содержания по территории заповедника изменились с 2,11 (2002 г) до 3,69 мг/л (2003 г.), кроме того, на площадке восточного склона г. Южный Басег данный показатель увеличился в 3 раза.
Колебания содержания натрия и калия весьма значительны (0,97 — 4,23 мг/л): в 2002 г. высокие значения отмечены в южной части заповедника, в 2003 г.- в северной части. Существенное увеличение хлоридов в 2003 г. произошло на площадках г. Северный Басег, например, на западном склоне в 3 раза. Незначительно изменяется концентрация в талых водах нитратов, магния, иона аммония, кальция. На рис. 11 и рис. 12 отражены соотношения макрокомпонентов на площадках исследования и динамика их изменения в 2002 и 2003 гг. По содержанию макрокомпонентов в снеге выделяются природные комплексы восточного склона г. Южный Басег и западного склона г. Северный Басег (рис. 11 и рис. 12). Важное значение для рассматриваемой проблемы имеют кислотно-щелочные характеристики талых вод, поскольку кислые воды, поступающие в почву, усиливает миграцию и выщелачивание различных элементов из почвенной толщи, в то время как воды с высоким значением рН способствуют изменению буферности почв, увеличению поглотительной способности, уменьшению возможности выноса и миграционной способности ТМ (Касимов, 1995). В результате исследования установлено, что в заповеднике "Басеги" показатель рН талых вод варьирует в пределах от 5,8 (юго-восточный склон г. Северный Басег) до 6,6 (восточный склон г. Южный Басег) при среднем значении - 6,1 (2002 г.). В 2003 г. - от 5,2 на восточном склоне г. Южный Басег и до 5,9 на западном склоне г. Северный Басег при среднем значении — 5,5 (табл. 12). Увеличение рН до 6 отмечается на Южном Басеге и в 2001г. Для данных площадках отмечено наибольшее колебание значений рН (6,6 - 5,4). В целом, согласно опробованию снежного покрова в 2002 и 2003 гг., ионный ряд выглядит следующим образом (в мг/л): НСОз SQ4 Na+K Cl NQ3 Са Mg NH4 4,13 2,9 2,27 1,63 1,02 0,9 0,32 0,28 Из приведенных количественных показателей ряда видно, что в ионном составе снежных вод преобладают гидрокарбонаты, сульфаты, соединения натрия. Снеговые воды, таким образом, относятся к гидрокарбонатно натриевому типу (среди анионов преобладают гидрокарбонаты, среди катионов — натрий) со слабокислой рН (5,8). В 2003 г. относительно 2002 г. произошло увеличение общего содержания химических веществ в снежном покрове заповедника: средняя минерализация в 2002 г. составила 12,1, а в 2003 г. -15,06 (табл. 12). Показатель общей минерализации на разных площадках мониторинга имеет пределы колебания от 8,69 до 21,06. В 2002 г. максимальная минерализация приходится на восточный склон г. Южный Басег (18,08 мг/л) за счет максимальных значений гидрокарбонатов, хлоридов, кальция. В 2003 г. на этой территории увеличение произошло не значительное (19,51 мг/л), а максимальное значение минерализации отмечено на западном склоне г. Северный Басег - 21,06 мг/л, причем, увеличение произошло в 2 раза по сравнению с предыдущим годом. Максимальные концентрации имеют гидрокарбонаты, сульфаты, суммарное значение натрия и калия и хлориды. При анализе полученных данных о химическом составе снега предпринята попытка проследить их связь с направлениями воздушных потоков. Для этого использована информация о ветровом режиме зимних периодов (ноябрь-март) 2002 и 2003 гг. В ходе анализа установлено, что в 2002 г. преобладали ветры южного направления, 2003 г. - западные (рис. 13).
Это позволяет предположить, что изменение соотношений макрокомпонентов и суммарной нагрузки в значительной степени вызваны атмотехногенным воздействием на природные комплексы заповедника "Басеги". Как отмечают многие авторы (Глазовский, 1987; Павленко, 1981 и др.), высокие значения рН в промышленных зонах можно объяснить растворением накопившейся в снежном покрове минеральной пыли, в составе которой преобладают карбонаты, а подкисление снеговых вод, в свою очередь, происходит за счет оксидов серы. Уменьшение кислотности среды и увеличение карбонатов в талых снежных водах южной части заповедника вероятнее всего является результатом деятельности мощного цементного завода (АО "Горнозаводскцемент") находящегося на расстоянии около 40 км от южной границы охраняемой территории, который является источником мощных пылевых выбросов (см. в главе 3). Увеличение доли ветров западного и юго-западного направлений повышает степень воздействия предприятий расположенных к западу от границы охраняемой территории, что приводит к общему увеличению минерализации снежных талых вод в западной части заповедника.
