Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Источники фтора и его активность 7-21
1.1. Источники фтора 7-8
1 2. Физиологическая роль и токсичность фтора 8-12
1.3 Взаимодействие фтора с почвой 12-18
1.4 Мониторинг состояния экосистемы 18-21
Глава 2. Объекты и методы исследования 21-39
2.1. Объекты и методы исследования 21-31
2.2. Экологические условия почвообразования 31-39
Глава 3 Особенности почв и почвенного покрова в условиях техногенного воздействия
3.1. Из истории изучения почв и почвенного покрова 39-43
3.2. Характеристика современного состояния почв 44-66
Глава 4. Аккумуляция фтора в почвах зоны техногенного воздействия 66-91
4.1. Объективность ПДК токсичного фтора в почвах при оценке загрязнения 66-72
4.2. Фоновое содержание водорастворимого фтора 72-77
4.3. Распределение водорастворимого фтора по профилю почв 77-91
Глава 5. Мониторинг экологического состояния почв 91-117
5.1. Динамика водорастворимого фтора в почвах на пашне 91 -96
5.2. Динамика водорастворимого фтора в почвах на пастбище 96-104
5.3. Техногенное накопление водорастворимого фтора в почвах 105-107
5.4. Особенности локального загрязнения почв и прогноз их экологического состояния 107-118
Выводы 118-119
Практические рекомендации 119-120
Литература 121-138
Приложения 139-152
- Физиологическая роль и токсичность фтора
- Экологические условия почвообразования
- Характеристика современного состояния почв
- Фоновое содержание водорастворимого фтора
Введение к работе
Актуальность. Техническое загрязнение почв - существенный фактор, влияющий на состояние биосферы. В настоящее время особую актуальность приобретает изучение масштаба поступления ряда химических элементов на поверхность почвы и загрязнение ее токсикантами в окрестностях заводов по производству цветных металлов. В ряду таких загрязнителей почв особое место занимает фтор и его соединения, содержащиеся в промышленных отходах предприятий по выпуску алюминия. Через почву и растения фтор оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Высокая токсичность фтора и его соединений неоднократно подчеркивалась многочисленными исследованиями (Илькун, 1978; Гапонюк и др., 1981; Седова и др. 1984; Сергиенко, 1985; Сараев, 1993; Гршпко, 1996; Глазовская, 1997; Литвинович и др., 1999; Ильин, Сысо, 2002; Танделов, 1997, 2004; Помазкина и др., 2000, 2004,2005; Крупкин, Косицина, 2006).
Самым современным и передовым предприятием алюминиевой промышленности России является Саяногорский алюминиевый завод (САЗ). В последние десять лет на заводе усовершенствованы и модернизированы газоочистительные системы, положительно повлиявшие на экологическую обстановку в зоне влияния завода (Мурсалимов, 2004; Чарков, 2006;). Однако передовые технологии по очистке газов только снизили, но не исключили технологического воздействия на естественные и антропогенные системы. По данным мониторинговых наблюдений, фтор продолжает поступать на почвенный покров, и тем самым, может негативно влиять на плодородие почвы. В связи с этим изучение устойчивости почв и почвенного покрова к данному виду загрязнения имеет важное теоретическое и практическое значение.
Цель работы - оценить в режиме мониторинга техногенное воздействие выбросов САЗ на экологическое состояние почв пахотных и пастбищных угодий.
Задачи исследования:
1. Дать оценку морфологическим, химическим и физико-химическим свойствам почв в зоне техногенного воздействия. Выделить признаки устойчивости к техногенным нагрузкам.
2. Установить фоновое содержание фтора в основных почвах зоны техногенного воздействия.
3. Изучить профильное распределение фтора и выявить закономерности изменения его по профилю почв на пашне и пастбище, удаленных на различное расстояние от САЗ.
4. Определить динамику и степень загрязнения почв пахотных и пастбищных угодий в зависимости от удаленности источника загрязнения.
5. Составить карта-схему и прогноз фторидного загрязнения почвенного покрова в зоне влияния САЗ.
Защищаемые положения:
1. Динамика концентрации водорастворимого фтора в почвах зоны техногенного воздействия САЗ имеет флуктуирующий характер. Техногенное накопление фтора (выше фонового содержания но ниже ПДК) прослеживается периодически в 10 км от завода. Почвы на пастбищных угодьях отличаются более заметным накоплением фтора (причем с поверхности), чем на пашне.
2. Миграционная способность техногенного фтора в агропочвах выше, чем в аналогичных почвах на пастбище.
3. Буферность и устойчивость почв к загрязнению водорастворимым фтором в зоне техногенного влияния САЗ определяются признаками: карбо-натность, засоленность, переуплотненность.
Научная новизна заключается в том, чтп на основе многолетнего мониторинга выявлены:
- межгодовая и сезонная изменчивость содержания водорастворимого фтора в почвах различного генезиса, использования и удаленности от источника загрязнения;
- количественные оценки накопления и профильного распределения фтора в почвах на пашне и пастбище;
- массивы с содержанием водорастворимого фтора на уровне 2,5 мг/кг, простирающихся с юго-запада на северо-восток и достигающие 93% всей обследованной территории;
- буферные признаки почв зоны САЗ, определяющие устойчивость к загрязнению техногенным фтором.
Практическая значимость. Полученные материалы являются базовой основой мониторинга экологического состояния почв, находящихся в зоне техногенного влияния САЗ. Они могут использоваться при решении различных вопросов землепользования, охраны и повышения плодородия почв. Результаты исследования используются в учебном процессе по курсам «Почвоведение», «Экологическое почвоведение» и «Агроэкология» в ХГУ им. Н.Ф, Катанова.
Публикация работы. По результатам исследования опубликовано 10 работ 5- статьи (из них две в реферируемых журналах), 4 - материалы конференций, 1 - тезисы конференции.
Апробация работы. Основные материалы доложены и обсуждены: на Республиканской конференции «Катановские чтения» (Абакан, 2004), Всероссийской конференции «Современные проблемы почвоведения и оценки земель» (Томск, 2005), Международной научно-практической школе конференции «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2005), Всероссийской научной конференции «Почвоведение и агрохимия в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2006), Всероссийской научной конференции «Студенческая наука - взгляд в будущее» (Красноярск, 2006), Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенных экосистем» (Иркутск, 2006), научных семинарах кафедры земледелия ХГУ им. Н.Ф. Катанова (Зеленое, 2003-2006 гг.) и кафедры почвоведения и агрохимии КрасГАУ (Красноярск, 2006).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложения. Содержит 30 таблиц и 12 рисунков. Библиографический список включает 277 наименований, в том числе 11 на иностранных языках.
Личный вклад автора. Автор лично участвовала в планировании и проведении полевых исследований, в обработке и интерпретации полученных результатов.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю доктору биологических наук, профессору В.В. Чупро-вой, коллегам кафедры общего земледелия ХГУ им. Н.Ф. Катанова за поддержку в период подготовки диссертации, а также доценту Хакасского филиала КрасГАУ Г.И. Ларионову за консультацию.
Физиологическая роль и токсичность фтора
Вопрос о необходимости фтора для растительных организмов остается слабоизученным. Пока установлено, что в низких концентрациях фтор может оказывать положительное влияние на рост и развитие растений.
Большинство же исследований посвящено изучению высоких концентраций фтора, поскольку он считается одним из наиболее фитотоксичных элементов, оказывающих губительное воздействие на метаболические процессы (Ильин, Сысо, 2002).
Для животных и человека, в отличие от растений, фтор - незаменимый элемент. В основе его биологического действия на животный организм лежит способность фторид-иона замещать ион гидроксила в основном фосфате кальция костной ткани, в неминерализованныл тканях, в активном центре ферментов (Авцин и др., 1991).
Большая часть фтора в организмы человека и животных поступает с питьевой водой. Так, поражение зубов «пятнистой эмалью» наступает при содержании фтора в питьевой воде выше ПДК (1,2 мг/л). В тоже время, согласно А.П. Виноградову, эндемический флюороз возникает при количестве фтора в почве не более 0,05%, а в питьевой воде - свыше 0,5 мг/л (Орлов, Малинина, Мотузова и др., 1991). В Российских почвах регламентируется концентрация водорастворимой формы микроэлемента - ПДК равняется 10 мг/кг, а в почвах Западной Европы нормируют его валовое содержание - 200 мг/кг (Eikmann, Kloke, 1991). Отечественные гигиенические нормативы фтора в пищевых продуктах - 2,5 мг/кг при естественной их влажности, а в кормах предложено ограничиваться 20 мг/кг сухого вещества (Боликин, Евстафьева, Снакин и др., 1993).
Обзоры Грота (Croth, 1975) и Вайштейна (Weistein, 1977) показали, что осажденный из атмосферы на почву фтор оказывает небольшое влияние на растения и практически не накапливается в них. В литературных источниках имеются и другие мнения о поглощении газообразного фтора растениями некорневым путем: через устьица, адбсорцией или через кутикулу.
Растворимые формы фтора поглощаются растениями пассивно и легко переносятся в растительные ткани. В растения фтор поступает не только в форме аниона, но и возможно в форме комплексов (Танделов, 2004).
Данные о фитотоксичности фтора при его поглощении корнями растений отсутствуют, хотя суммарные концентрации фтора в поверхностном слое почв, считающиеся предельными в отношении фитотоксичности, по данным различных авторов (Kloke, 1979; Kabata-Pendias, 1979), колеблются от 200 до ЮООмг/кг.
Растения обладают разной устойчивостью к высоким концентрациям фтора. К устойчивым растениям относят спаржу, фасоль, капусту, морковь, иву, а к чувствительным - ячмень, кукурузу, гладиолус, абрикос, сосну, лиственницу. Существует разнообразие на накопление фтора между сортами и генотипами некоторых видов (Танделов, 1997).
Как биологически активный элемент, фтор может накапливаться отдельными органами растений. Максимальное его содержание наблюдается в зелёной массе культурных растений, в ветвях и коре деревьев. Отрицательное влияние фтора на сельскохозяйственные культуры и дикорастущую флору, по данным Е.В. Седовой (1984), проявлялось при содержании его в почве от 1 до 18 мг/кг. Еще доказано, что избыточное содержание фтора на 5 - 25 % снижает физиологические показатели - содержание хлорофилла, влаги, массу свежего и сухого вещества, что в конечном итоге приводит к снижению урожайности. При хорошем обеспечении растений питательными элементами их устойчивость к воздействию фтора возрастает (Ballantyne, 1972). Фтор проявляет антагонистические свойства в растениях к кальцию, магнию, калию, азоту. Выявлен синергический эффект по отношению к фосфору. Реакция растений на загрязнения фтором даже до появления каких-либо симптомов токсичности проявляется в ослаблении темпов роста растений (Танделов, 2004). Установлено, что в растениях абрикоса, ели, сосны, растущих вблизи алюминиевого завода, содержание фтора в тканях коррелирует с более значительной активностью пероксидазы (Артамонов, 1986).
Самым опасным последствием фторидного загрязнения является накопление полютанта в кормовых растениях и растительной продукции, используемой человеком (Miller, 1973). Растения превращают усвоенные ими соединения фтора в вещества, ядовитые или вредные для людей. Например, органические соединения фтора, экстрагированные из сои, в 500 раз токсичнее неорганических соединений, находящихся в воде и воздухе (Александрович, Гумовска, 1991).
Примерная концентрация фтора в листьях для многолетних видов трав составляет 5-30 и токсичная 50-500 мг/кг сухой массы (Devis, Bekett, Vollan, 1978; Cough, Shacklette, Case, 1979; Mengel, Kirkby, 1978).
Предельно допустимыми концентрациями фтора в кормах, принятыми в ряде зарубежных стран, называют (Петрухин, 1989) следующие: трава - 1,5 мг/кг; корнеплоды - 2,3; сено - 30,0; солома - 15,0; зерновые корма - 3,0 мг/кг. В России же (Танделов, 2004) утверждены другие максимально допустимые уровни: зерно и зернофураж, грубые и сочные корма, корнеклубнеплоды - 20 мг/кг. У М.Р. Турбиной и А.К. Махнева (1997) отмечено, что высокая токсичность фтористых соединений для живых организмов неоднократно подчеркивалась многими авторами и подтверждена многочисленными исследованиями. Большая часть работ, как продолжают авторы, касается реакции на загрязнение фтором древесных видов или сельскохозяйственных культур. Феменология трансформации лесных фитоценозов под воздействием хронического загрязнения изучена достаточно хорошо, но отсутствуют сведения об уровнях нагрузки, при которых происходят существенные преобразования в сообществах.
Попадая в почву, фтор ингибирует многие ферментативные процессы в системе почва - растение. Исследованиями, выполненными в Индии, показано, что растения в районе алюминиевого завода имели ярко выраженные симптомы негативного действия фторидов (Rao, Pal, 1978).
Симптомы повреждений растений от форм фтора проявляются в виде краевого и верхушечного некрозов листьев. При сильном токсикозе лист окрашивается в красновато-коричневый цвет (Черников и др., 2000).
Экологические условия почвообразования
Саяногорский алюминиевый завод и территория его влияния находятся на юге Минусинской впадины (Южно-Минусинской котловине), окружённой со всех сторон горами Кузнецкого Алатау, Западного и Восточного Саян. С юга на север протекает река Енисей, разделяющая Минусинскую впадину на левобережную и правобережную части. А в административном отношении объект исследования расположен в границах Республики Хакасия, занимающей площадь левобережных участков Минусинской впадины, и в части земельного пространства Шушенского района Красноярского края с правобережной стороны Енисея в наиболее пониженных элементах рельефа. Рельеф. Современная морфология Минусинской впадины сформировалась под влиянием появившегося в конце первичного альпийского орогенеза и последовавших за ним менее энергичных неотектонических фаз, которые чередовались с непродолжительными периодами относительного покоя (Тан-зыбаев, 1993). Современный рельеф и тесно связанные с ним четвертичные отложения Минусинской впадины неодинаковы в различных геоморфологических подразделениях. В пределах левобережной части хорошо выделяются две группы типов рельефа: структурно-денудационный и эрозийно-аккумулятивный (Геологическая карта СССР, 1963).
Доминирующими типами рельефа, в пределах хозяйственной освоенности, являются: древняя долина реки Енисей, терраса древней долины, первая надпойменная терраса, плоскоравнинный рельеф приозерных котловин и пойм рек, а также куэстово-грядовый рельеф.
Древняя долина реки Енисей распространяется в северо-западном направлении. Ширина древней долины реки Енисей 25 км, у озера Чёрное она сужается до 8 км и далее снова расширяется. Рельеф здесь слабоволнистый с невысокими пологими холмами, которые разделены ложбинами. Холмы имеют вытянутую вдоль долины форму и образованы галечниковыми валами. Озёра, развитые в северной части долины, являются остатками стариц и русла (Оптимизация.., 1991)
Терраса древней долины реки Енисей четко выделяется на северо-востоке в районе озера Чёрное. Высота её составляет 7-Ю метров. Терраса имеет хорошо выраженный уступ и небольшую площадь с неровной поверхностью. Первая надпойменная терраса реки Енисей имеет очень ограниченное распространение. Терраса - аккумулятивная с четким уступом и ровной поверхностью. Ее высота 5-9 метров. Плоскоравнинный рельеф приозёрных котловин выделяется вокруг озёр. Равнины очень полого наклонены в сторону озёр. Поймы рек приурочены к бессточным понижениям. Пойма реки Енисей наиболее заметно выделяется только в пределах островной части реки.
Куэстово-грядовый рельеф наиболее развит в окрестностях озера Чёрное, где протяжённость куэст и гряд может составлять несколько километров. Пологие склоны куэст слабо всхолмлены, крупные - имеют карнизы из коренных пород. Гряды, как правило, пологие, сглаженные, почти без выходов коренных пород (Инж. геол. очерк, 1975).
На территориях сельскохозяйственного использования редко встречаются неглубокие овраги, но довольно широко распространены сети мелких промоин с более длительным сохранением последних на кормовых угодьях, которые расположены вдоль дорог, идущих параллельно склону или в логах (Техн.отчет, 1995).
В результате эрозионных процессов в пределах левобережья Минусинской впадины, как наиболее приподнятой, интенсивно шли процессы смыва и препарирования рельефа (Градобоев, 1954). В правобережной части на территории исследования распространяется лесостепная зона с наиболее низкими и чаще равнинными формами рельефа. Самые низкие отметки зафиксированы в пойме реки Енисей.
Подстилающие и почвообразующие породы. В геологическом строении территории исследования принимают участие породы четвертичной и каменноугольной системы. Коренные породы, начиная от ультракислых и кончая ультраосновными, имеют место в рассматриваемом регионе. Магматические породы представлены гранитами, гранодиоритами, габбросиенита-ми (щелочно-земельными, щелочными и др.) (Танзыбаев, 1993).
Почвообразующие породы относятся к четвертичной системе. Максимально распространёнными среди них являются нерасчленённые средне и верхнечетвертичные отложения. Они представлены аллювиальными, пролю-виально-делювиальными и озёрно-аллювиальными отложениями древней долины реки Енисей (Градобоев, 1954). Отложения древней долины реки Енисей выражены галечниками, песками, суглинками и глинами. В приенисейской части долины количество крупнообломочного материала уменьшается, появляются слои красно-бурых и бурых песчанистых глин с плоскоокатанной галькой. Мощность этих отложений у реки Енисей более 40 м., но по мере удаления в сторону реки Абакан снижается до 5-15 м.
Пролювиально-делювиальные отложения развиты вдоль склонов в зоне влияния временных водотоков. Они представлены отложениями бурых и красноцветных суглинков с включениями щебня и гальки. Выше залегают палево-жёлтые тонкие суглинки. Озёрно-аллювиальные отложения служат почвообразующими породами в приозёрных понижениях и слагаются из зеленовато-серых песков, глин и ила мощностью 5-8 метров (Техн. отчёт. 1995)
Гидрогеологические и гидрографические условия. Отложения четвертичного и каменноугольного возраста характеризуются значительной водо-обильностью и в пределах древней долины реки Енисей хорошо изучены (Инж.геол.очерк, 1975). Направление грунтового потока - северо-западное. Мощность водоносного горизонта от 1 до 20 м., глубина залегания от 0,5 до 16 м. Главными источниками питания являются: река Енисей, атмосферные осадки и фильтрационные потери из Койбальского магистрального канала и хозяйственной сети. В террасовых отложениях воды залегают приблизительно на уровне уреза воды в реке.
Воды четвертичных отложений пресные. Минерализация их низкая. Дебет источников от 1 до 5 л/сек. Химический состав вод гидрокарбонатный натриевый и гидрокарбонатный кальциевый, очень редко сульфатный натриевый и сульфатный магниевый. Подземные воды каменноугольных отложений имеют трещинный вид и трещинно-пластовые типы. Глубина залегания таких вод в пределах 30-90 м. Их дебет колеблется от 1,3 до 4 л/сек. По химическому составу воды различные: от пресных до солончаковатых. Минерализация чаще всего до 1 г/л (Отчёт, 1985).
Характеристика современного состояния почв
Характер почвенного покрова Южно-Минусинской котловины обусловлен жесткими условиями выветривания горных пород, кратковременностью почвообразования в годичном цикле, неглубоким проникновением внутри-почвенного выветривания в осадочную породу (Градобоев, 1954; Танзыбаев, 1993). Главными отличительными особенностями почв исследуемой территории являются легкий гранулометрический состав, частая щебнистость, неоднородность и маломощность профиля, высокая карбонатность, признаки засоленности.
Серая переуплотненная почва на МП-38 относится к стволу постлито-генных, отделу текстурно-дифференцированных почв. Профиль разделяется на горизонты AYd-AY-AEL-BEL-BT-C (прил. 1,2). Важной морфологической особенностью следует назвать наличие специфического гумусово-элювиального горизонта AEL с непрочной плитчато-комковатой структурой и более светлой, чем в горизонте AY, окраской. Горизонт BEL отличается сочетанием светло-бурых и темно-бурых пятен с непрочно-комковатой структурой. Иногда в нем встречаются элементы ореховатои структуры. Горизонт ВТ плотный с ореховатои или ореховато-призмовиднои структурой, по граням которой наблюдается глянцевая лакировка, сформировавшаяся за счет иллювирования органо-минеральных соединений. Этот горизонт постепенно переходит в почвообразующую породу, являющуюся по генезису элювиально-делювиальной.
Серая почва на пастбище относится к подтипу переуплотненная, виду -мелкая, среднегумусированная, разновидности - супесчаная (табл.7). Среди фракций гранулометрического состава преобладают мелкопесчаные и круп-нопылеватые частицы. Она нарушена процессами дефляции, водной эрозии и выпаса скота. Тенденция этих процессов продолжается, что ведет к сокращению количества гумуса, уменьшению мощности гумусового горизонта и его сильному уплотнению. Плотность сложения в верхней части горизонта AYd достигает 1,35-1,42 г/см , что определяет низкую пористость (45-48%). Полевыми наблюдениями отмечены кое-где промоины или выбоины до 30-40 см, дефляционно-намытые наносы высотой до 35 см и сильная изреженность травяного покрова. Степень деградации - средняя. Содержание гумуса в верхнем 5-15 сантиметровом слое серой почвы равняется 3,28%, что соответствует низкому содержанию. Запасы гумуса в этом слое почвы не превышают 68 т/га. В исследованиях Л.С. Шугалей (2006) сказано, что снижение содержания гумуса может быть связано с эрозионным выносом и повышенной минерализацией органического вещества в поверхностном слое. Профильное распределение гумуса - резко убывающее. Реакция почвенного раствора слабокислая. Емкость катионного обмена (ЕКО) невысокая в связи с низким содержанием гумуса и легким гранулометрическим составом. Степень насыщенности основаниями составляет 86% в слое 5-15 см и 77% в слое 20-30 см. Обеспеченность подвижными формами фосфора изменяется от низкой до высокой, калия - от средней до низкой.
Пахотные аналоги почв рассматриваются как агроестественные и наименование их строится путем присоединения слова «агро» к названиям соответствующих естественных типов почв. Агросерая типичная мелкопахотная малогумусированная почва на РП-179 отличается гомогенным серого цвета агрогоризонтом P-(AY), переходящим в гумусово-элювиальный горизонт AEL. Ниже этого горизонта выделяется белесовато-бурый в виде языков и пятен, неоднородный по структуре (бесструктурные и ореховатые элементы) горизонт BEL. Этот горизонт постепенно сменяется горизонтом ВТ с коричнево-бурой окраской, ореховато-призматической структурой и обильными глянцевыми плёнками на гранях структурных отдельностей. Почвообразующая порода С - элювиально-делювиального происхождения. Агрогоризонт почвы характеризуется легкосуглинистым гранулометрическим составом с преобладанием частиц среднего и мелкого песка, слабокислым рН, очень низким содержанием гумуса, не высокой ёмкостью катионного обмена и низкой обеспеченностью подвижными формами фосфора и калия.
Чернозёмы региона по современной классификации относятся к стволу постлитогенных, отделу аккумулятивно-гумусовых почв. Они имеют ряд сходных черт с аналогичными почвами межгорных котловин Алтая, Забайкалья и Тувы (Носин, 1963; Хмелёв, 1977, Волковинцер, 1978). Содержание и запасы гумуса в них варьируют в широких пределах в зависимости от местоположения по рельефу, режима увлажнения количества растительных остатков, скорости минерализации и гумификации, продолжительности периода биологической активности и гранулометрического состава. Гумус концентрируется, как правило, в верхнем слое небольшой мощности, что позволяет подчеркнуть аккумулятивный характер распределения его по профилю.
Генетический профиль почвы на РП-256, вскрытый на пастбище, диагностируется на уровне типа - чернозём глинисто-иллювиальный, подтипа типичный, вида среднемощный сильногумусированный (по прежней клсси-фикации соответствует чернозёму выщелоченному). Эти почвы формируются на элювиально-делювиальных жёлто-бурых суглинках и глинах, относятся к самым плодородным почвам в регионе. В профиле почвы выделяются следующие генетические горизонты (прил. 1,2): AUI - AU2 - ВП - BI2 - Сса. Тёмно-гумусовый горизонт определяет весь облик почвы, имеет рыхлое сложение - 1,02-1,04 г/см3 (табл.8), отличную пористость (58-60%), зернисто-комковатую структуру и густо пронизан корнями. Таким образом, переуплотнения поверхностного горизонта почвы на данной пастбищной РП не наблюдается. Глинисто-иллювиальный горизонт - уплотнённый (1,24-1,26 г/см3), призмовидно-ореховатый, местами непрочно комковатый. Пористость в этом горизонте снижается до 50%. Линия вскипания от 10% HCI находится в нижней части горизонта BI2. Максимальное скопление карбонатов в форме мицелия наблюдается в почвообразующей породе.
Фоновое содержание водорастворимого фтора
По Д. С. Орлову и В. Д. Васильевской (1994) основные принципы и методы почвенного фонового мониторинга опираются на принципы и методы ландшафтно-геохимических и почвенно-химических исследований. При решении практических вопросов охраны окружающей среды от антропогенного загрязнения важное место занимают сведения о содержании токсичных инградиентов в почвах конкретного региона. При наличии таких данных повышается объективность оценки складывающейся экологической обстановки, повышается возможность рассчитывать темп загрязнения (Ильин, 1992).
По мнению В.Д. Мухи, А.Ф. Сулимы, Т.В. Карпинец и др. (1998), достаточно надёжных данных о фоновом содержании многих тяжёлых металлов нет. Уровни фоновых содержаний в одних и тех же почвах могут значительно различаться. Как утверждают Д.С. Орлов, М.С. Малинина, Г.В. Мотузова и др. (1991), наиболее часто о фоновом содержании химических веществ судят по составу почв фоновых территорий, удалённых от локальных источников загрязнений на 50-100 км. Ю.П. Танделов (1997) считает, что для оценки загрязнения почв фтором необходимо знать естественное, т.е. фоновое содержание его в исследуемом регионе. Агрохимический центр «Красноярский» в 1989-1995 г.г. для решения данного вопроса отобрал более 2 тыс. смешанных образцов почв в разных районах края на пашне, сенокосах, пастбищах и под лесом, удалённых от источника загрязнения не менее чем на 15км. По результатам анализов фоновое содержание водорастворимого фтора в почвах Красноярского края составило 1,5мг/кг. В.П. Савкова (2002) заявляет, что влияние агрогенных выбросов на территориях, удалённых от САЗ на расстояние 15-25 км, отсутствует. За фоновое содержание водорастворимого фтора по Хакасии В.П. Савкова (2002) предлагает принимать 2,0-2,5мг/кг.
Нами также предпринята попытка установить фоновые концентрации фтора. Для получения фоновых значений были проанализированы мониторинговые данные пунктов, удалённых на 30 км от завода, и данные с содержанием водорастворимого фтора вне зоны влияния на расстоянии 100 км от локального источника загрязнения (Отчет, 2003). Известно (Танделов, 1996) что на степень загрязнения фтором большое влияние оказывает вид сельскохозяйственных угодий. В непахотных почвах фтор, в основном, концентрируется в верхнем горизонте почв. В пахотных почвах в результате систематической обработки, верхние слои перемешиваются, и фтор, вследствие взаимодействия с почвой, быстрее переходит в неактивные формы за счёт процессов адсорбции и минералообразования. Поэтому нами для определения фона выбраны участки на пашне, пастбище и сенокосе. Статистической обработке подвергались аналитические данные за шестилетний период наблюдений (табл. 18).
Как видим, на окраине зоны влияния (30 км) в слое 0-5 см пахотного массива отлагается минимальное количество фтора, равное 0,7 мг/кг, а максимальное достигает здесь 1,58 мг/кг. Минимальная концентрация фтора
Показатели статистической обработки данных на пастбищах имеют несколько другие значения. Максимальное содержание фтора в слое 0-5см составляет 1,85 мг/кг, минимальное - 0,28 мг/кг. Оценки концентрации фтора в слое 5- 15 см остаются почти такими же. На сенокосах, также как и на пастбищных территориях, фтора содержится больше в самом поверхностном слое. Среднее количество фтора в слое 0-5см - 0,89 мг/кг, в слое 5-15см -0,47 мг/кг. Вариабельность изменяется от 56% в первом слое до 27% во втором слое.
Используя классификацию по степени варьирования (Савич, 1971), скажем, что на пашне обнаружено среднее варьирование содержания водорастворимого фтора, на пастбище - повышенное и на сенокосе - высокое. Дисперсия S , как показатель абсолютного варьирования, не всегда согласуется со значениями относительного варьирования (V). Видно, что дисперсия может снижаться, как в случае увеличения коэффициента вариации, так и увеличиваться в случае снижения этого коэффициента. Вероятно, необходимо изучение более высоких моментов статистического рассуждения (Михеева, 2001). Тем не менее, отмеченная изменчивость уравнений концентрации водорастворимого фтора вызвана повышением влажности почвы за счет осадков, выпавших за последние 2001-2003 годы. Придерживаясь мнения Л. В. Помазкиной, Л. Г. Котовой, Е. В. Лубниной и др. (2004), заметная вариабельность на пашне может быть связана с постоянной перепашкой и рыхлением пахотного слоя.
За пределами зоны влияния завода, на расстоянии 100 км и более от локального загрязнения, максимальные концентрации фтора на пашне составляют в слое 0-5 см - 2,85 мг/кг, в слое 5-20 см - 2,98 мг/кг (см. табл.18). Минимальные количества водорастворимого фтора варьируют в пределах 0,54 - 1,22 мг/кг. На пастбищах и сенокосах просматривается подобная картина. Максимальное количество фтора на пастбище достигает 3,61 мг/кг в слое почвы 0-5 см, 5,88 мг/кг - в слое 5-15 см Минимальные значения колеблются в диапазоне от 1,37 мг/кг до 1,53 мг/кг. Максимальные и минимальные концентрации фтора в почвах на сенокосах имеют меньшие количественные значения, чем на пастбищах. Наибольшее содержание водорастворимого фтора в слоях 0-5 см и 5-15 см составляет 3,53 мг/кг, минимальное 0,48 мг/кг. Среднее содержание токсиканта на окраине зоны влияния завода (30 км) на пашне не превышает 1,53 мг/кг, на пастбищах и сенокосе - 1,34 мг/кг. На массивах, удаленных 100 км от завода, среднее содержание фтора на пашне не более 2,19 мг/кг, на кормовых угодьях - 2,50 мг/кг. Таким образом, за фон принимаем значения концентрации фтора 2,5 мг/кг в почве на расстоянии 100 км от загрязнителя.
Похожие диссертации на Мониторинг экологического состояния почв в зоне техногенного воздействия Саяногорского алюминиевого завода
