Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема мониторинга экологического состояния почв и почвенного покрова лесных экосистем 8
1.1. Сущность и виды мониторинга 8
1.2. Организация и проведение мониторинга экологического состояния почв лесных экосистем 10
Глава 2. Объекты и методы исследований 21
Глава 3. Экологические условия почвообразования 29
3.1. Климат 29
3.2. Геоморфологическое строение, рельеф и почвообразующие породы 31
3.3. Растительность 35
Глава 4 Современное экологическое состояние почв и почвенного покрова зоны техногенного воздействия БГРЭС-1 39
Глава 5. Аккумуляция тяжелых металлов и мышьяка в почвах района исследований 56
5.1. Современные представления об аккумуляции и поведении тяжелых металлов и мышьяка в почвах (обзор литературы) 56
5.2. Биогенная аккумуляция и распределение тяжелых металлов и мышьяка в процессе почвообразования 67
5.2.1. Фоновое распределение тяжелых металлов и мышьяка в серых почвах 67
5.2.2. Биогенная аккумуляция и распределение тяжелых металлов и мышьяка в профиле серых почв 72
5.3. Техногенное накопление тяжелых металлов в почвах 96
Глава 6. Влияние техногенных выбросов на биологическую активность почв лесных экосистем 109
6.1. Интенсивность продуцирования СОг и целлюлозоразлагающая способность серых почв 109
6.2. Азотный фонд и трансформация органических азотсодержащих соединений серых почв лесных экосистем 116
6.2.1. Структура азотного фонда 116
6.2.2. Аммонифицирующая и нитрифицирующая способность почв 129
6.3. Энзиматическая активность почв 134
Глава 7. Прогноз экологического состояния и трансформации почв под влиянием техногенеза 144
Выводы 150
Литература 153
Приложение 177
- Организация и проведение мониторинга экологического состояния почв лесных экосистем
- Геоморфологическое строение, рельеф и почвообразующие породы
- Современное экологическое состояние почв и почвенного покрова зоны техногенного воздействия БГРЭС-1
- Биогенная аккумуляция и распределение тяжелых металлов и мышьяка в процессе почвообразования
Введение к работе
Актуальность темы. Создание Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса (КАТЭКа) на базе крупнейшего в стране и мире месторождения бурых углей привело к возникновению ряда экологических проблем: отчуждение земель под строительство угольных разрезов и ГРЭС, сопутствующих промышленных предприятий, интенсивное рекреационное использование лесных экосистем, загрязнение их техногенными выбросами и промышленными отходами. Разработка научно-обоснованных рекомендаций по охране окружающей среды региона, системы экологической оптимизации ландшафтов и рационального природопользования проводилась научными коллективами Сибирского отделения Российской академии наук и других ведомств (Географические условия..., 1979; Природные и экономические факторы ..., 1980; Защитная роль лесов...,1980; Почвы зоны КАТЭКа. 1981; Леса КАТЭКа..., 1983; Природа..., 1983; Трансформация..., 1984; Экспериментальные основы..., 1984; Волкова В.Г., Давыдова Н.Д., 1987; Снытко В.А. и др., 1987; Человек и окружающая среда..., 1988; Современное состояние..., 1990; ШугалейЛ.С, 1991 и др.).
Функционирование первенца КАТЭКа - самой мощной (6,4 млн. кВт) Березовской ГРЭС-1 (БГРЭС-1) ведет - к загрязнению окружающих ландшафтов продуктами сжигания бурых углей - макро- и микроэлементами (тяжелыми металлами). Возможная необратимая деградация почв и почвенного покрова под влиянием техногенеза выдвигает на первый план разработку объективных критериев оценки и прогноза экологического состояния одного из основных компонентов биосферы, обеспечивающего устойчивость к антропогенным (техногенным) воздействиям лесных экосистем в целом. Предупреждение неблагоприятных последствий воздействия техногенеза на почвы и почвенный покров возможно только на основе периодических наблюдений - мониторинга почв. Все это определяет актуальность наших исследований.
Цель работы - разработать базовую основу мониторинга почвенного покрова региона и оценить воздействие техногенных выбросов БГРЭС-1 на экологическое состояние почв лесных экосистем.
Задачи исследования:
-
Определить морфогенетические свойства, физические, физико-химические и химические параметры почв лесных экосистем зоны техногенного влияния БГРЭС-1.
-
Установить размеры биогенной аккумуляции и перераспределение в профиле почв тяжелых металлов и мышьяка в процессе почвообразования.
-
Выявить влияние техногенных выбросов БГРЭС-1 на аккумуляцию тяжелых металлов в почвах лесных экосистем различной удаленности от источника загрязнения.
-
Оценить влияние аккумулированных тяжелых металлов на биологическую активность почв.
5. Сделать прогноз возможного загрязнения почв лесных экосистем в будущем.
Защищаемые положения:
-
Почвенный покров лесных экосистем зоны техногенного воздействия БГРЭС-1 представлен серыми почвами, основные физические, химические и физико-химические свойства которых свидетельствуют об их высокой буферности, а, следовательно, и устойчивости к антропогенным (техногенным) нагрузкам.
-
За 10-летний период функционирования БГРЭС-1 в почвах лесных экосистем отмечено техногенное накопление тяжелАїХрОД^гаддідаІВОДЛ'ІіЯСЯЬ.іМі, Си, Zn).
і ИБЛИ6ТЕКА j
3. Аккумуляция тяжелых металлов техногенного происхождения почвами лесных экосистем не оказала значительного влияния на основные параметры биологической активности почв.
Научная новизна:
собран новый фактический материал по запасам и профильному
распределению тяжелых металлов и мышьяка в почвах наиболее ценных лесных
массивов, подверженных техногенному влиянию БГРЭС-1;
установлен объем техногенного накопления тяжелых металлов в почвах
лесных экосистем в эпицентре влияния БГРЭС-1;
оценено влияние аккумулированных металлов техногенного происхождения на
интегральные показатели жизнедеятельности биоты почв: продуцирование СОг,
целлюлозоразлагающую и аммонифицирующую способность, активность
окислительно-восстановительных процессов и ферментов азотного метаболизма.
Практическое значение работы заключается в возможности использования установленных параметров основных свойств почв, материалы по накоплению и распределению в них тяжелых металлов и мышьяка, показатели биологической активности почв для организации и последующего проведения экологического мониторинга лесных экосистем в зоне техногенного влияния ГРЭС, работающих на бурых углях КАТЭКа.
Апробация работы: основные положения работы докладывались на VIII Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2001" (Москва, 2001), Второй Республиканской школе - конференции "Молодежь и пути России к устойчивому развитию" (Красноярск, 2001), Второй Всероссийской конференции "Экологический риск" (Иркутск, 2001), Международной конференции "Средообразующая роль бореальных лесов: локальный, региональный и глобальный уровни" (Красноярск, 2002), заседании Красноярского отделения Докучаевского общества почвоведов РАН (2003), конференции молодых ученых "Исследования компонентов лесных экосистем Сибири" (Красноярск, 2003).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 11 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 207 страниц, содержит 32 таблицы и 20 рисунков. Список литературы включает 256 наименований, в том числе 37 на иностранных языках.
Проведенные исследования поддерживались РФФИ-ККФН (грант № 99-04-96016) и индивидуальными грантами молодых ученых ККФН в 2001 и 2002 гг.
Организация и проведение мониторинга экологического состояния почв лесных экосистем
Из всех геофизических сред особое место в биосфере занимает почва, в наибольшей степени обеспечивающая ее биологическую продуктивность и в то же время, подвергающаяся наибольшему антропогенному воздействию (Гапонюк, Малахов, 1985; Хрусталева, Кореневская, 1989).
Одну из приоритетных групп загрязняющих веществ образуют тяжелые металлы, основная масса которых поступает с выбросами индустриальных предприятий в нижние слои тропосферы, вовлекается в аэральную миграцию и осаждается на поверхность почвы. Распределение металлов-загрязнителей в пространстве весьма сложно и зависит от многих факторов, но в любом случае именно почва является главным приемником техногенных масс тяжелых металлов и одновременно стартовым звеном в их перемещении в сопредельные среды - воздух и воду, а также по трофическим цепочкам (Кизилыитейн и др., 1988; Добровольский, 1999 и др.). В.И. Вернадский определяет роль почвы в жизни биосферы: "не только как субстрата, на котором живет растительный и животный мир, но и как области биосферы, где наиболее интенсивно идут разнообразные химические реакции, связанные с живым веществом". Эта важнейшая экологическая роль почвы в биосфере определяет необходимость специальной организации почвенного мониторинга, как весьма значительной части общего мониторинга окружающей природной среды (цит. по Добровольскому и др., 1983).
Если система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, поверхностных и морских вод основывается в настоящее время на достаточно широкой сети пунктов слежения и аналитических лабораторий, то сеть систематического контроля за состоянием и загрязнением почв ограничена и еще в должной мере не организована (Добровольский и др., 1983).
Мониторинг лесных почв следует рассматривать как подсистему мониторинга состояния лесных экосистем в целом. Мониторинг предполагает организацию и проведение контроля за состоянием почв для обнаружения неблагоприятных изменений их состава и свойств (Добровольский и др., 1985; Добровольский, Гришина, 1986). Без данных об изменениях, происходящих в почвах, невозможна обоснованная оценка причин и масштабов деградации лесных экосистем (Гришина и др., 1991).
Почва является устойчивым компонентом биосферы, находящимся в состоянии равновесия с окружающей средой, но и она выдерживает только определенные размеры антропогенных нагрузок. Изменения отдельных свойств почв под влиянием антропогенеза могут быть мало заметными, но способны вызвать серьезные последствия - утрату основного свойства почв - плодородия (Гапонюк, Малахов, 1985; Добровольский и др., 1985). Разрушение и особенно загрязнение почвы проявляется не столь быстро и очевидно, как загрязнение воздуха и воды или гибель животных и растений. От химического загрязнения почва может восстановиться за десятки лет, если еще не произошли необратимые изменения ее свойств, после которых даже при прекращении отрицательных внешних воздействий почвенная экосистема не сможет восстановить свои свойства только за счет внутренних резервов (Добровольский, 1986; Гапонюк, Малахов, 1989).
По чувствительности к антропогенным воздействиям свойства почв образуют широкий спектр от лабильных (биохимическая активность, температура, влажность, "дыхание", кислотность, щелочность и др.) до очень медленных и консервативных (минералогический состав, содержание и запасы гумуса, тип гумуса и др.). Характерное время формирования тех или иных свойств, а также чувствительность к внешним воздействиям будут определять частоту измерений тех или иных параметров во времени. Различные типы почв обладают разной устойчивостью к внешним воздействиям, но можно сказать, что почвенный покров чувствителен к ним. Из всех оболочек Земли почвенный покров - самая тонкая оболочка. Мощность гумусированного слоя даже в черноземах, как правило, не превышает 100 см, а в большинстве почв составляет всего лишь 15 - 20 см (Добровольский, Гришина, 1986).
Мониторинг экологического состояния почв предусматривает комплексное решение вопросов, связанных с определением уровней загрязнения почв, прогнозом возможного загрязнения в будущем, оценкой имеющихся и прогностических последствий этого загрязнения. Из этих трех задач наиболее полно решается первая и менее всего изучены пути решения третьей. Для почв не определены даже четкие критерии, которые можно было бы положить в основу нормативов антропогенного воздействия (Гапонюк, Малахов, 1989).
При оценке локального загрязнения почв тяжелыми металлами проводят сравнение их содержания с местным почвенно-геохимических фоном (Ильин, 1987; Методические рекомендации..., 1987; Евдокимова, 1994; Критерии оценки..., 1992 и др.), к которому на протяжении длительного времени адаптированы растительные и животные организмы или с кларковым содержанием элементов по А.П. Виноградову. Изучение содержания тяжелых металлов в незагрязненных почвах имеет большое практическое значение. Фоновое количество тяжелых металлов служит точкой отсчета при исследовании загрязненных почв, позволяет определить темпы и степень загрязнения (Ильин, 1991 а). В.В. Добровольский (1999) отмечает, что при определении почвенно-геохимического фона важное значение имеют показатели, статистически характеризующие концентрацию тяжелых металлов в почве.
В условиях, когда поиск фоновой почвы для оценки техногенного загрязнения территории затруднен или нет достаточно надежных данных о фоновом содержании тяжелых металлов, ряд исследователей предлагают следующие подходы. В.Б. Ильин и др. (2000) полагают, что роль геохимического фона может выполнять местная почвообразующая порода, если, конечно, загрязненная почва сформировалась на однородной толще субстрата, а изучаемые техногенные тяжелые металлы не способны к нисходящей миграции. Авторы указывают на нежелательность использования в практических целях усредненных данных для большого региона, поскольку установлены внутри региональные различия в содержании элементов в одинаковых по гранулометрическому составу почвообразующих породах, и целесообразности применения данных об их местном (районном) фоне, полнее учитывающим состав и свойства почв и пород изучаемой территории. Согласно методическим указаниям Минздрава и Госкомприроды (Методические указания..., 1987; О выполнении работ..., 1990), степень загрязнения опасными веществами предлагается оценивать по отношению к предельно допустимому количеству загрязняющего почву химического вещества (ПДК) (цит. по Граковскому и др., 1997). Однако здесь следует отметить, что методология разработки ПДК для почв несовершенна.
Геоморфологическое строение, рельеф и почвообразующие породы
Назаровская котловина является самой северной и наиболее опущенной в системе Минусинского межгорного понижения и представляет собой предгорную равнину с куэстово-грядовым и холмисто-увалистым рельефом, окруженную невысокими горами (400 - 500 м над ур. м.). Она вытянута в субширотном направлении на 180 км и в меридиальном - до 70 км.
Морфологически котловина делится на три части: южную куэстово-грядовую, центральную холмистую и северную равнинную (Природа..., 1983).
Для южной части котловины типичен мозаичный рельеф с цепями куэст и гряд, протягивающихся в северо-западном и северо-восточном направлениях. На севере впадины преобладает выровненный рельеф с плоскими широкими, часто заболоченными, водоразделами и хорошо развитой речной и балочной сетью (Природа..., 1983). Горное обрамление Назаровской котловины образовано на западе невысокими отрогами Кузнецкого Алатау, на юге и востоке - Солгонским кряжем, на севере - отрогами хребта Арга (Шугалей, 1991).
Главным стержнем речной сети и базисом эрозии в пределах котловины служит р. Чулым с притоками Сереж, Береш и Урюп. По химическому составу поверхностные воды района принадлежат к гидрокарбонатному классу, группе кальция с минерализацией для реки Урюп - 150 - 300, реки Чулым - 90 - 350 мг/л. Подземные воды района принадлежат к Саяно- Алтайской гидрогеологической складчатой области. Глубина их залегания 5 - 100 м. Химический состав преимущественно гидрокарбонатный кальциевый или кальциево-магниевый, реже сульфатный, с минерализацией 200 - 800 мг/л (Природа..., 1983).
Назаровская котловина имеет сложное геологическое строение. Она как структура второго порядка в системе Минусинского межгорного прогиба наследует структуру герцинского наложенного прогиба, сформировавшегося на нижнепалеозойском основании складчатых сооружений Кузнецкого Алатау и Восточного Саяна (Зятькова, 1977).
Назаровская котловина сложена преимущественно палеозойскими породами (девона, карбона, юры и мела), которые перекрываются четвертичными отложениями небольшой мощности. Отложения девона и карбона метаморфизированы, довольно сильно дислоцированы. Эти отложения представлены пестроцветными песчаниками, алевролитами, аргиллитами, известняками, туфами и туфоконгломератами. Отложения юры и мела представлены слабо метаморфизированными пологозалегающими песками, песчаниками, алевролитами, глинами и бурыми углями (Природа..., 1983).
Четвертичные отложения распространены широко и довольно разнообразны по генезису, но больших мощностей не достигают. Элювиальные, делювиальные и аллювиальные отложения верхнеплиоценового нижнечетвертичного возраста сильно размыты и имеют небольшое аспространение и представлены аллювиальными серыми и желтыми пластинчатыми глинами и пачками бурых галечников с песком (Природа...,1983). Нижечетвертичные - верхнечетвертичные суглинисто-щебнистые и лессовидные покровные (склоновые) отложения распространены по всей территории впадины. Состав и мощность их меняются в зависимости от характера подстилающего эти отложения субстрата, крутизны склонов и их ориентировки в пространстве.
Горное обрамление Назаровской котловины образовано остатками складчатых ветвей, сохранившимся с каледонского времени, которые в результате позднейших тектонических поднятий были трансформированы в горстовые поднятия или ступени. Для них характерно вытянутость с запада на восток и наличие девонского вулканизма. Четвертичные отложения в пределах горного обрамления распространены фрагментарно и отсутствуют на больших площадях. На плоских водоразделах отмечается дресвяно-щебнистый элювий мощностью несколько десятков сантиметров. Склоны перекрыты мощным супесчано-щебнисто-глинистым чехлом. У подножия склонов мощность четвертичных отложений достигает 2,5 -4,0 м (Природа..., 1983).
Плоскоравнинный рельеф Шарыповской депрессии шириной до 20 км сложен субгоризонтально залегающими известняками, песчаниками, алевролитами и аргиллитами верхнедевонского возраста. Равнина вытянута и наклонена к северо-востоку, слабо расчленена современной гидросетью. Глубина долин, прорезающих равнину, не превышает нескольких метров. Склоны долин, обычно длинные и пологие, прикрыты однородными по составу рыхлыми отложениями, которые представлены легким и средним суглинком. Склоны подвергаются плоскостному смыву и дефляции. Интенсивность эоловых процессов сокращается летом и резко активизируется весной.
Рельеф Назаровской котловины полностью отражает ее геологическое строение. Наиболее высокие части территории - антиклинали - сложены устойчивыми коренными породами. Депрессии - сравнительно легко размываемыми породами и представляют собой участки аккумуляции. Развитие экзогенных геоморфологических процессов контролируется рельефом и в значительной степени - литологией. Морфоструктуры определяют не только распределение процессов на территории котловины, но и степень напряженности протекания процесса и стадию его развития (Природа..., 1983). Сложность геологического строения и рельефа, неоднократные поднятия и опускания суши, снос и переотложение кар выветривания привели к большому разнообразию почвообразующих пород. Наиболее распространенными почвообразующими породами являются коричнево - бурые, коричнево -желтые, желто-бурые суглинки и глины, палевые лессовидные карбонатные средние суглинки и легкие глины, элювиально-делювиальные, делювиально-элювиальные и делювиальные карбонатные красноцветы девона (Бугаков, 1981; Шугалей, 1991). Гранулометрический состав почвообразующих пород довольно разнообразен и изменяется от супеси до тяжелых глин. Элюво-делювий красноцветных пород отличается более легким гранулометрическим составом (преобладают песчаные и крупнопылеватые фракции).
Главными источниками образования покровных толщ древних долин междуречий являются не свежие продукты выветривания магматических и метаморфических пород смежных горных областей, а сильно выветрелые рыхлые образования, которые слагали переотложенную аккумулятивную кору выветривания былого пенеплена, состоящего из каолиновых и латеритных кор выветривания мелового и палеогенового возраста и более молодых продуктов сиаллитного типа. Минералогический состав покровных желто-палевых лессовидных средних суглинков и глин близок к составу коричнево-бурых глин.
Большинство материнских пород относится к щелочному и нейтральному рядам, слабокислая реакция отмечается в редких случаях в элювиально-делювиальных отложениях (Шугалей, 1991).
Современное экологическое состояние почв и почвенного покрова зоны техногенного воздействия БГРЭС-1
Почвенный покров зоны техногенного воздействия БГРЭС-1 представлен автоморфными серыми почвами лесостепи и южной тайги горного обрамления Назаровской котловины. На их долю в лесостепи приходится 10 - 13 %, в южной тайге 10-27 % почвенного покрова (Шугалей, 1991). Таксономическая принадлежность почв устанавливалась по разработкам Почвенного института им. В.В. Докучаева (Классификация почв..., 2000). Исследованные почвы разделяются на три группы по расположению на различных элементах рельефа и формируются на различных почвообразующих породах: элювиально-делювиальных отложениях продуктов выветривания красноцветных девонских пород и желто-бурых суглинках и глинах. I группа почв (п.п. Дубинино I, Дубинино II, Дубинино III и березняк у оз. Большое) сформировались элюво-делювии красноцветов девона. Дубинино II и Дубинино III находятся на плакоре возвышенности, Дубинино I и п.п. у оз. Большое занимают середину покатого склона. II группа почв (п.п. березняк у пос. Родники и культуры сосны) расположены на равнинной части территории предгорий Кузнецкого Алатау. Почвообразующими породами здесь также являются элювиально-делювиальные отложения красноцветов девона. III группа почв находится в центральной части Назаровской котловины. Почвы Ново-Николаевского березняка сформировались на желто-бурых суглинках, Захаринского бора - на двучленных отложения останцев древних террас р. Чулым. В березняках на п.п. I группы (Дубинино I, II, III и Большое озеро) запасы подстилки составляют 13,8 - 19,0 т/га (табл. 4), при пространственной изменчивости 19 - 58 %. Основные запасы органического вещества приходятся на подгоризонты 02 и ОЗ, доля которых составляет соответственно 39,1 - 56,8 и 13,2 - 20,8 % от общих запасов подстилки (табл. 5, приложение).
Затем следуют листья березы 8,7 - 14,1 %, мелкие ветки 3,7 - 9,4 %, трава и кустарнички 2,0 - 12,0, кора 0,5 - 2,7 %. В березняках, испытывающих существенные (III стадия дигрессии) рекреационные нагрузки (Дубинино II), в составе подстилки увеличивается до 23,2 % доля мелких и до 11,5 % - крупных веток и уменьшается в 3 - 6 раз доля опада травяно-кустарничкового яруса (Шапченкова, 2001 а). Подстилки характеризуются высоким содержанием органического вещества фульватно-гуматного и гуматно-фульватного типа (Сгк:СфК 0,9 - 1,0), широким (37 - 66) отношением C:N, нейтральной или слабокислой (6,8 - 7,0) реакцией среды, высоким содержанием обменного Са - 69,8 - 85,4 и Mg 18,2 -22,8 мг-экв на 100 г почвы. Гранулометрический состав серых почв разнотравных березняков пологих склонов (п.п. у озера Большое и у пос. Дубинино I) и возвышенных плакоров (Дубинино II и /Дубинино III) представлен средними и тяжелыми суглинками. Преобладающими фракциями здесь являются мелкий песок, крупная пыль и ил. Имеет место дифференциация профиля по илу (табл. 6). Степень развитости профиля почвы определяется местом формирования: в почвах плакоров средний и легкий суглинок на глубинах 36 и 72 см переходит в супесь. В серых почвах склонов тяжелый гранулометрический состав аккумулятивной толщи сменяется средним суглинком и щебнем (Шапченкова, 2001 б). Валовой химический состав серых почв также указывает на слабую дифференциацию профиля по элювиально-иллювиальному типу. Отношение SiCV-R Cb, Sio2:Fe203, Si02:Al203, как правило, более широкое в гумусово-аккумулятивном горизонте. Дифференциация профиля серых почв этой группы больше выражена по железу, чем алюминию. Наметилась некоторая дифференциация по распределению в почвах щелочных земель: вынос кальция и магния из верхней части профиля в процессе почвообразования компенсировался в гумусово-аккумулятивной части профиля биогенным накоплением, в средней части профиля валовое содержание их, в некоторых случаях, немного ниже, чем в почвообразующей породе (табл. 7, приложение). Гумусово-аккумулятивный горизонт (AY) в этой группе почв имеет мощность от 11 до 23 см, характеризуется высоким содержанием гумуса в верхней части 5,7 - 9,7 % гуматно-фульватного (Сгк:СфК 0,9 - 0,8) типа (Орлов, Гришина, 1981). Гумус обеднен азотом, отношение C:N 22 - 10. Реакция среды изменяется от слабокислой до близкой к нейтральной (6,1 - 7,1), гидролитическая кислотность низкая (1,4 - 4,5 мг-экв на 100 г почвы), почвенный поглощающий комплекс насыщен обменными основаниями (83 - 95 %) (Шапченкова, 2001 б). Содержание гумуса с глубиной снижается, но также как и в гумусово-аккумулятивном горизонте, в элювиально-иллювиальной толще гумус имеет гуматно-фульватный состав. Отношение Сгк:СфК (0,7 - 0,6) свидетельствует об уменьшении фракции гумусовых кислот и увеличении доли фульвокислот. Содержание азота в этих горизонтах относительно углерода заметно увеличивается (C:N 11 - 6). Гидролитическая кислотность с глубиной также уменьшается. Степень насыщенности основаниями составляет 85 - 100 % (табл. 8).
Биогенная аккумуляция и распределение тяжелых металлов и мышьяка в процессе почвообразования
Исследование почв лесных экосистем показало, что распределение тяжелых металлов и мышьяка в почвообразующих и подстилающих породах характеризуется различной пространственной изменчивостью. Более высокая вариабельность (7-33 %) содержания элементов отмечена для элювиально-делювиальных отложений продуктов выветривания красноцветных девонских пород, в желто-бурых суглинках и глинах тяжелые металлы распределены более равномерно (табл. 12).
Красноцветы девона, гранулометрический состав которых преимущественно легко- и среднесуглинистыи, а в некоторых случаях супесчаный, и желто-бурые суглинки и глины по среднему содержанию большинства тяжелых металлов (Ni, Со, Си, Zn, Pb, Hg, Cd) и As близки. Различия наблюдаются в концентрации бария, марганца и хрома. Красноцветы содержат больше Ва и Мп, а желто-бурые суглинки и глины - Сг. Несмотря на различие в гранулометрическом составе, вероятно, обогащенность почвообразующих и подстилающих пород более легкого гранулометрического состава барием и марганцем обусловлена различиями в минералогическом составе.
Кларки концентрации тяжелых металлов и мышьяка в почвообразующих и подстилающих породах района исследований, рассчитанные относительно кларка химических элементов в земной коре (Виноградов, 1962), почти для всех тяжелых металлов меньше 1, что указывает на некоторую обедненность пород этими металлами (табл. 13).
Исключение составляют As и Ва. Кларк концентрации As для желто-бурых суглинков и глин составляет 2,35, для красноцветов - 1,76, а кларк концентрации Ва незначительно выше 1 и только для красноцветов, что свидетельствует о повышенном содержании данных элементов (главным образом As) в почвообразующих и подстилающих породах.
Распределение элементов в почвенном покрове зависит от ряда факторов. Определяющую роль среди них, наряду со свойствами элементов, играют гранулометрический и химический состав почвообразующих пород, возраст и эволюция рельефа территории, определившие направление геохимического стока, характер почвообразования. Среднее содержание тяжелых металлов и мышьяка в лесных подстиках и почвах контрольных п.п. представлено в таблице 14.
Сравнение концентраций тяжелых металлов в исследуемых почвах с фоном (табл. 15), установленным ОАО "Красноярская горно-геологическая компания" (Отчет..., 1999), показало, что среднее содержание почти всех металлов в серых почвах контроля не превышает фоновых значений. Исключение составляет барий, среднее содержание которого в 2 раза выше. Однако, показатели по содержанию тяжелых металлов в почвах, установленные геоэкологической экспедицией, для локального мониторинга лесных экосистем могут использоваться лишь в качестве ориентировки из-за включения в выборку почв лесных и сельскохозяйственных массивов, отсутствия разделения на органогенный и минеральный горизонты.
Сравнение содержания изучаемых тяжелых металлов и мышьяка в почвах контрольных п.п. с кларком элементов в почвах по А.П. Виноградову (цит. по Малюга, 1963) выявило превышение содержания Zn (1,2 раза), Hg (в 3 раза) и также Ва (в 1,5 - 1,6 раза). Вероятной причиной этого служит исходное содержание тяжелых металлов в почвообразующих породах, суглинистый гранулометрический состав почв и высокое содержание гумуса. При проведении сравнения содержания с ПДК (табл. 16, приложение) выявлено незначительное превышение ПДК по барию в 1,1 раза (на п.п. Захаринский бор), также по мышьяку в 1,5 раза.
Похожие диссертации на Мониторинг экологического состояния почв лесных экосистем зоны техногенного воздействия Березовской ГРЭС-1 КАТЭКа
