Введение к работе
Актуальность исследований. Кольским полуостров является одним из самых индустриально развитых субарктических регионов в мире. Мощные горнодобывающие и рудно-перерабатывающие предприятия, среди которых медно-ннкелевые комбинаты "Северониксль" и "Печенганикель" гавестны как одни кз самых крупных в мире источников выбросов SO; и тяжелых металлов, на протяжении нескольких десятилетий оказывают интенсивное воздействие на субарктическую природу региона, загрязняя и разрушая экосистемы (Крючков, Макарова, 1989; Влияние промышленного..., 1990; Лесные экосистемы.,., 1990; Чертов и др., 1990; Лукина, Никонов, 1996; Кислые осадки..., 1999; Экологический атлас..., 1999; Kozlov et al., 1993; Aamlid et al., 1995; Tikkanen, Niemela, 1995; Reimann et al., 1998a; Ruhling, Steinnes, 199S). По данным комплексного крупномасштабного обследования в окружающей среде региона были обнаружены повышенные концентрации более чем 50 элементов (Reimann et al., 1998а). Благодаря большим объемам выбросов и достаточно большой длительности жизни в атмосфере многие загрязняющие вещества переносятся атмосферными потоками на сотни и тысячи километров от источников выбросов, создавая экологические проблемы на огромной территории (Tuovinen et al, 1993; Sivcrtsen, 1996; Arctic pollution..., 1997). Практически вся западная часть Кольского полуострова, Финская Лапландия и соседняя территория Норвегии находится под воздействием выбросов загрязняющих веществ от промышленных предприятий, расположенных на Кольском полуострове. Деградация почв, в том числе в результате аэротехногенного загрязнения, является одной из острейших экологических проблем в міфе (Добровольский, Гришина, 1985; Добровольский и др., 1985; Soil survey..., 1991). Учитывая особо важную роль почв в функционировании экосистем и ландшафтов (Добровольский, Никитин, 1990; Карпачевский, 1993). комплексная оценка степени и масштабов аэротехногенной трансформации почв под воздействием промышленных предприятий Кольского полуострова является очень актуальной теоретической и практической задачей.
Цели и задачи исследований Главной целью работы является комплексная оценка характера, степени и масштабов аэротехногенной трансформации свойств почв крупного индустриального субарктического региона, с учетом всех возможных последствий как прямого, так и косвенного воздействия выбросов большого спектра (более 30) элементов на фоне геологической, геоморфологической и биоклиматической неоднородности территории.
В процессе исследований были поставлены следующие задачи:
ЦНБ МСХА фонд научной литературы
-
Выявить основные природные факторы, оказывающие влияние на поведение и географическое распространение 27 элементов в почвах и ландшафтах региона в естественных условиях.
-
Охарактеризовать факторы как прямого, так и косвенного воздействия аэротехяогенных выбросов на почвы в регионе. '
3. Сформулировать основные принципы определения фоновых
концентраций элементов для крупного индустриального региона,
характеризующегося значительным пространственным варьированием
природных условий (типа коренных пород, четвертичных отложении,
геоморфологии, климата, растительности и химического состава атмосферных
осадков).
-
Разработать критерии оценки токсичного или дефицитного уровня содержания элементов в почве для конкретного региона и для всего спектра определенных элементов.
-
Оценить степень и масштабы изменения свойств почв в регионе под воздействием аэротехногенного загрязнения по следующим параметрам: фундаментальным свойствам почв (морфологии, содержания и состава гумуса, а также емкости катион но го обмена); контрастности и размерам аэротехногенных геохимических аномалий для всех загрязняющих элементов; кислотному состоянию почв (рН, подвижные Са, Mg, Na, К, АІ); токсичному уровню элементов; питательному статусу почв.
-
Оценить состояние наземных экосистем в регионе и выявить роль аэротехногенно обусловленных изменений свойств почв в разрушении наземных экосистем.
Научная новизна работы. Разработана концепция комплексной оценки состояния почв крупного индустриально развитого региона, учитывающая все основные последствия как прямого, так и косвенного воздействия выбросов большого спектра элементов (более 30) на фоне геологической, геоморфологической,, и биоклиматической неоднородности территории. Выявлены особенности поведения 27 редких - и микроэлементов в процессе подзолообразования в естественных условиях. Описано явление частичного гомеостаза химического состава основных горизонтов почв. Выявлена зависимость фоновых концентраций большого спектра элементов в верхнем органогенном горизонте почв от географического положения местности. Оценены контрастность и масштабы аэротехногенных аномалий в почвах. Показано, что окружающая среда региона находится под влиянием перекрывающегося воздействия всех промышленных предприятий. Показано, что уровень поступления основных' катионов в индустриальной части территории достаточен для поддержания кислотного статуса почв на уровне, даже превосходящем фоновые условия, несмотря на присутствие одних из
4.
самых крупных в мире.-источников закисляющих веществ. Оценен вклад аэротехногенного преобразования почв на состояние экосистем в регионе и предложен механизм разрушения наземных экосистем. Основные положения, выносимые на зашиту:
-
Поведение большинства элементов в профиле подзолов в естественных условиях зависит от их содержания в почвообразующем материале (явление частичного гомеостаза химического состава почв).
-
Содержание многих химических элементов в верхнем органогенном горизонте подзолов в естественных условиях зависит от географического положения местности и определяется совокупным воздействием прямого и косвенного воздействия биоклиматического и морского факторов.
-
За исключением локальной зоны комбината "Североникель" выпадения основных катионов {антропогенного и природного морского происхождения) превышают выпадения анионов сильных минеральных кислот, вызывая снижение кислотности верхнего органогенного горизонта подзолов на территории, находящейся под воздействием индустриальных выбросов по сравнению с фоновой территорией.
-
Только главные металлы-загрязнители (Ni и Си) могут участвовать в повреждении фитоценоза через их накопление в почвах во всем спектре повреждения экосистем (от полного до скрытого). Все другие элементы, могут участвовать только на более поздних стадиях разрушения экосистем, причем совместно с косвенным воздействием загрязнеїшя за счет разрушения мохово-лишайникового покрова и нарушения более жизненно важных параметров -водного н температурного режимов.
Практическая значимость. Разработана методика унифицированной качественной оценки состояния экосистем при проведении исследований достаточно крупных регионов, в пределах которых происходит смена зон растительности в результате большой широтной протяженности территории и наличия крупных горных массивов. Сформулированы принципы определения фоновых значений для выделения антропогенного вклада в уровни концентрации элемента в почве для исследования крупных регионов, соизмеримых с масштабами распределения выбросов. Оценены степень и масштабы аэротехногеяно обусловленных изменении свойств почв. Учитывая перекрывание выбросов от различных геохимически разнородных предприятий между собой и с морскими аэрозолями, решение экологических проблем в регионе необходимо проводить' на комплексной региональной основе. Данные диссертации широко использовались в лекционном курсе по экологическому почвоведению для студентов геоэкологов МЕТУ, а также при выполнении курсовых работ студентами.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на следующих научных конференциях: Научно-техническая конференция "Мелиорация, использование и охрана почв Нечерноземной зоны СССР" (Москва, ВДНХ, 1990); 2nd International Symposium on Environmental Geochemistry (Uppsala, Sweden, 1991); Symposium on the State of the Environment and Environmental Monitoring in Northern Fennoskandia and the Kola Peninsula. (Rovaniemi, Finland, 1992); Contaminated Soils - Third International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements (Paris, France, 1995); 5th Internationa] Conference on Acidic Deposition (Gothenburg, Sweden, 1995); First International Conference on Contaminants and the Soil Environment (Adelaide, Australia, 1996); Third International Barents Symposium "Environment in the Barents Region" (Kirkenes, Norway, 1996); б National Seminar on Hydrogeology and Etogcochemistry (Trondheim, Norway, 1996); 22 Nordic Geological Winter Meeting (Turku, Finland, 1996); Environmental and legislative uses of regional geochemical baseline data for sustainable development, A BGS-AEG Regional Geochemistry Workshop (Keyworth, 19%); Environmental pollution in the Arctic. The AMAP International Symposium (Tromso, Norway, 1997); Nitrogen, The confer-N-s (The Netherlands, 1998); Всероссийское совещание и выездная научная сессия "Антропогенное воздействие на природу Севера н его экологические последствия" (Апатиты, 1998); 9 National Seminar on Hydrogeology and Ecogeochemistry (Trondheim, Norway, 2000); Six International Nickel Conference {Murmansk, Russia, 2002).
Публикации. Основные результаты исследования по теме диссертации опубликованы в 78 работах, в том числе в 2 монографиях и в 22 статьях в зарубежных цитируемых журналах.
Личный вклад автора в разработку проблемы. Диссертация является самостоятельной, законченной научно-исследовательской работой, опирающейся на полученные лично автором или с ее участием результаты, а также на обобщение литературных данных. Основой диссертации являются материалы, собранные в ходе работ по плановым тематикам НИР Лаборатории охраны природы (1978-1989 гг.), Института проблем промышленной экологии Севера (1989-2000 гг.) и Полярно-альпийского ботанического сада-института (с 2000 г.) Кольского научного центра РАН, а также по международному проекту "Экогеохимия Кольского полуострова" (1994-1996 гг.).
Структура н объем работы. Диссертация представлена в виде опубликованной монографии. Монография состоит из введения, 8 глав, заключения и списка литературы. В конце каждой главы сформулированы основные теоретически и практически значимые положения выполненной работы. В заключение всей работы приводится авторская концепция комплексной оценки состояния почв крупного индустриально-развитого
региона. Список цитированной литературы включает 34S наименований, в том числе 200 на иностранных языках. Общий объем монографии 392 страниц, в том числе 125 рисунков и 27 таблиц.
