ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 5497
Скачиваний: 9
Доклады Всероссийской научной конференции
45
Литература
1. Классификация и диагностика почв России. Авторы и составители: Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д.,
Лебедева И.И., Герасимова М.И. Смоленск: Ойкумена, 2004.235с.
2. Прокофьева Т.В., Мартыненко И.А., Иванников Ф.А. Систематика почв и почвообразующих пород
Москвы и возможность их включения в общую классификацию //Почвоведение.2011.№5. С611-624.
УДК 631.416.9
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВ ОСТРОВА КИЖИ
Г.В. Ахметова
ИЛ КарНЦ РАН, Петрозаводск, e-mail akhmetova@krc.karelia.ru
Остров Кижи расположен в Карелии, в северной части акватории Онежского озера, в пределах Кижского
ландшафта Заонежского среднетаежного ландшафтного района [1].
Этот район отличается от сопредельных
территорий практически по всем природным параметрам: климату, геологическому строению, рельефу, почвам,
флоре и фауне. В последнее время данная территория отличается активным рекреационным использованием.
Расположенный на острове Кижи музей-заповедник является главным туристическим направлением на
территории республики Карелия, поэтому почвы острова испытают значительную рекреационную нагрузку.
Наиболее распространенными почвами острова Кижи являются буроземы шунгитовые каменистые. В
их формировании участвуют шунгитовые породы, которые являются уникальными и нигде больше в мире не
встречаются [1]. Данные почвы отличаются высоким содержанием органического вещества и равномерным
распределением его по профилю. Почвы острова давно освоены и имеют хорошо развитый дерновый
горизонт. Несмотря на высокую каменистостью и щебнистость, шунгитовые почвы являются одними из самых
плодородных почв Карелии. Болотные почвы занимают незначительные территории острова в понижениях на
западном и восточном окраинах.
Все тяжелые металлы в малых количествах содержатся в почве, поэтому характер их внутрипрофильного
распределения, тенденции к накоплению или рассеиванию в естественных условиях является необходимыми
сведениями для проведения мониторинга, а также служат основой прогнозных разработок в связи с загрязнением.
В процессе исследований были отобраны почвенные образцы из дернового и гумусово-аккумулятивного
горизонтов буроземов шунгитовых и верхних слоев торфяной почвы в различных урочищах острова.
Химические анализы были выполнены в аналитической лаборатории Института леса КарНЦ РАН.
Определение тяжелых металлов проводилось в соответствии с методикой «Методы выполнения измерений
массовой доли кислоторастворимых форм металлов в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом».
Содержание тяжелых металлов в почвах острова Кижи обусловлено его природными особенностями,
поэтому для изучаемых почв характерна более высокая концентрация металлов, чем в среднем по Карелии
(таблица). Это, прежде всего, связано, с тем, что почвообразующие породы, на которых формируются почвы,
изначально отличаются повышенным фоном химических элементов.
По нашим данным, почвы острова Кижи характеризуются содержанием кадмия от 0,05 до 1,42 мг/кг, среднее
его количество находится на уровне 0,42 мг/кг, таким образом, при сравнении с фоновыми показателями металла, не
выявлено его повышенной концентрации. Наибольшие количественные показатели кадмия выявлены для почв южной
части острова в зоне главных экспозиций – более 1 мг/кг. Остальная территория характеризуется более низкими
показателями значений содержания данного металла. Торфяные почвы также отличаются невысоким содержанием
кадмия – 0,7 мг/кг в верхнем оторфованном слое
T
0 и 0,3 мг/кг в нижележащем Т1. То есть не наблюдается концентрации
металла в органогенных горизонтах почв острова, которые обычно являются аккумуляторами загрязняющих веществ и
служат индикаторами начала процесса загрязнения почвенного покрова.
Средние значения концентрации свинца в буроземах шунгитовых острова составляют 13-18 мг/кг,
диапазон варьирования – 3-32 мг/кг. Уровень содержания металла в задернованной подстилке находятся в
пределах фоновых показателей по почвам Карелии, тогда как в минеральной части почвы этот показатель
незначительно превышает фоновые значения. Выявлены две точки повышенного содержания свинца,
превышающего уровень ПДК металла – 41,8 мг/кг.
Торфяные почвы характеризуют более низкими значениями содержания свинца по сравнению с
буроземами шунгитовыми, его концентрация колеблется от 4 до 20 мг/кг.
Концентрация меди в почвах острова превышает в 2-3 раза фоновые показатели. Среднее количество
металла составляет 50-60 мг/кг как для буроземов шунгитовых, так и для торфяных почв. Выявлена точка
с превышающим уровнем ПДК содержанием меди более чем в два раза– 139 мг/кг, которая расположена на
севере острова. Это может быть связано со строительством объекта в данном месте. В целом, выявлено, что
почвы северной части острова отличаются высокими значениями содержания меди – 70-100 мг/кг. Центральная
и южная части характеризуются более низкими цифрами – 20-50 мг/кг.
Средние значения содержания цинка в почах острова составляют 45-50 мг/кг. Задернованная подстилка
буроземов шунгитовых отличается невысокими показателями данного металла – 48 мг/кг, разброс значений
достаточно узкий – 36-67 м/кг, то есть не наблюдается превышений фоновых показателей. В минеральных
горизонтах буроземов содержание цинка находится на уровне 45 мг/кг в среднем, достигая в отдельных случаях
56 мг/кг. По сравнению с фоном эти данные характеризуют незначительно более высокое содержание металла.
Выявлены две зоны повышенного содержания цинка - в северной части острова и на озовой гряде у деревни
Ямка. Торфяные почвы характеризуются концентрацией металла не превышающем фоновых показателей –
44-45 мг/кг в среднем.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
46
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в почвах о. Кижи, мг/кг
Горизонт
Значения
Cd
Pb
Cu
Zn
Ni
Co
Cr
Mn
Буроземы шунгитовые каменистые
А0
min
0,05 3,4
12,7
36,2 11,7
2,2
6,4
82
max
1,27 29,6 130,0 67,4 96,0
21,4 43,6 1200
среднее
0,42 16,6 53,6
48,0 43,1
10,2 26,1 557
A1
min
0,02 4,7
16,8
23,7 12,5
3,0
5,2
64,6
max
1,42 41,8 136,0 55,8 104,0 22,9 42,7 1520
среднее
0,36 19,7 59,6
44,6 46,9
10,4 26,4 583
Торфяные почвы
T0
min
0,36 13,1 28,7
42,5 28,8
6,4
23,0 429
max
1,12 19,8 70,5
48,7 70,0
16,3 45,4 870
среднее
0,69 16,3 53,5
45,1 55,0
11,8 34,4 688
T1
min
0,16 4,6
41,5
39,4 37,7
8,8
27,3 492
max
0,44 21,2 79,8
48,6 71,8
17,3 44,0 884
среднее
0,3
13,8 62,6
44,2 62,2
13,3 33,3 632
Средние фоновые содержания по Карелии [2,3]
Подстилка
среднее
0,52 23,3 37,9
67,6 7,2
1,8
10
330
Минеральные
горизонты
среднее
1,03 15,5 18,5
37,2 27,5
11,6 47,3 282
Уровень содержания никеля в почвах острова может характеризоваться высокий по сравнению с
фоновыми показателями. Средняя концентрация металла составляет 45 мг/кг в буроземах шунгитовых и
60 мг/кг в торфяных почвах. Отмечается зона повышенного содержания никеля – более 100 мг/кг, которая
совпадает с зоной повышенного содержания меди и цинка.
По полученным данным, средняя концентрация кобальта составляет 10-12 мг/кг как в органогенных
горизонтах почв острова, так и в минеральных. По сравнению с фоновыми показателями содержания металла
в почвах Карелии выявлена повышенная концентрация кобальта в задернованных подстилках буроземов
шунгитовых. Также выявлена локальная зона повышенного содержания кобальта, которая совпадает с зоной
максимального уровня содержания меди и никеля. Остальная часть острова характеризуется меньшими
значениями концентрации металла, как в буроземах, так и в торфяных почвах.
Среднее содержание хрома в почвах острова в минеральных почвах составляет 26, в торфяных 33-34
мг/кг. Выявлен широкий диапазон колебания содержания металла в буроземах – от 5 до 44 мг/кг, тогда как
для торфяных почв он намного уже – 23-45 мг/кг. В целом остров Кижи относится к территориям со средним
содержанием хрома, выявлено несколько зон с более высоким содержанием металла, но и там его концентрация
не превышает фоновые показатели. Тогда как задернованные подстилки буроземов характеризуются высокой
концентрацией хрома – 26 мг/кг, с максимальными значениями достигающими 44 мг/кг, что значительно
превышает фоновые данные металла в лесных подстилках почв Карелии.
По сравнению с фоновыми показателями содержания марганца в почвах Карелии выявлен достаточно
высокий уровень концентрации данного металла в почвах острова. Средние значения содержания металла
составляют 550-580 мг/кг в буроземах шунгитовых и 630-670 мг/кг в торфяных почвах. Разброс значений
для минеральных почв очень широкий – от 65 до 1520 мг/кг, тогда как для торфяных обнаружен более узкий
диапазон содержания марганца – 430-880 мг/кг. Также, выявлена локальная зона очень высокой концентрации
марганца, где его содержание достигает уровня ПДК.
Таким образом, выявлено, что концентрация большинства изучаемых металлов не превышает ПДК,
однако выше фоновых показателей. Это связано, в первую очередь, с особенностями почвообразующих пород,
которые отличаются повышенным фоном большинства химических элементов.
Обнаружено локальное загрязнение почв медью, никелем и кобальтом в районе подурочища Босаево,
на севере острова. Источником загрязнения, вероятно, служат строительные материалы и техника, так как в
этом месте велось интенсивное строительство.
Литература
1. 10 лет экологическому мониторингу музея-заповедника «Кижи». Петрозаводск. 2005. 178 с.
2. Федорец Н.Г., Дьяконов В.В., Литинский П.Ю., Шильцова Г.В. Загрязнение лесной территории
Карелии тяжелыми металлами и серой. Петрозаводск. 1998. 50 с.
3. Федорец Н.Г., Бахмет О.Н. и др. Почвы Карелии: геохимический атлас. М. 2008. 47 с.
Доклады Всероссийской научной конференции
47
УДК 631.416
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ С
ПРИМЕНЕНИЕМ РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ
О. В. Бекецкая (1)
, О. В. Чернова (2)
(1) МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, e-mail:
bekeckaya@list.ru; (2)Институт проблем экологии и
эволюции имени А.Н.Северцова РАН, Москва, e-mail: ovcher@mail.ru
Одним из главных последствий загрязнения почвы является тот факт, что даже после прекращения
техногенного воздействия почва может длительное время служить источником вторичного загрязнения
сопредельных сред [1]. Для оценки степени техногенного загрязнения и прогноза самоочищения почвы
необходимы балансовые расчёты, учитывающие фоновое содержание загрязняющего вещества в почве,
скорость его поступления и скорости перехода в сопредельные среды. Установление фоновых концентраций
в почвах методически наиболее сложно для соединений, имеющих как естественное, так и техногенное
происхождение, к которым относятся тяжелые металлы и многие микроэлементы.
Содержание микроэлементов в почвах значительно варьирует даже в пределах одного региона и
классификационного выдела. На уровни их фоновых концентраций оказывают влияние: минералого-
петрографические и геохимические особенности почвообразующих пород, количество органического
вещества, реакция среды, гидрологический режим, однако, по мнению ряда исследователей, главным является
содержание высокодисперсных минералов и органического вещества.
Исследовали природную вариабельность валового содержания ряда микроэлементов в фоновых почвах
южной тайги, сформированных под разной растительностью и на различных почвообразующих породах
(хвойный, смешанный, широколиственный лес, травянистая растительность; покровные суглинки, ленточные
глины, древнеаллювиальные отложения различного гранулометрического состава). Вблизи 6 опорных
разрезов с площади в 1 га из 20-и см слоя почвы отбирали по 15 смешанных образцов. В образцах определяли
содержание органического углерода, микроэлементов (Cu,
Zn
, Ni, Co, Pb,
Sr
, Rb, Pb), рН, гранулометрический
состав почв.
Выявлена высокая вариабельность результатов определений концентраций элементов вблизи каждого
разреза (значения могут различаться в 2-6 раз).
Чтобы определить количество образцов, необходимое для адекватной оценки среднего содержания
элементов в почве, проведён статистический анализ полученных данных (рассчитаны среднее, медиана,
доверительные интервалы, рассмотрено квантильное представление). Симметричность распределения
значений в выборках и сопоставимость медианы и среднего свидетельствует о близком к нормальному
распределении значений валовых концентраций микроэлементов.
Проведенное ранжирование почвенных разрезов по гранулометрическому составу показало, что
среднее валовое содержание микроэлементов, разброс значений, а, следовательно, и стандартное отклонение
имеют тенденцию к увеличению при повышении содержания физической глины. Таким образом, утяжеление
гранулометрического состава исследуемых почв приводит к необходимости увеличения количества точек
опробования для корректной характеристики территории. С учётом аналитической погрешности метода и
величины стандартного отклонения, согласно расчетам, для адекватной оценки средних валовых содержаний
микроэлементов в почвах супесчаного и песчаного гранулометрического состава можно ограничиться 4
точками опробования, в суглинистых почвах их количество должно быть увеличено до 6. Следует отметить,
что все исследованные почвы оказались легкого гранулометрического состава (от песка до легкого суглинка),
не исключено, что в более тяжелых почвах для корректной оценки среднего содержания микроэлементов
потребуется более 6 точек опробования.
Полагая, что распределение микроэлементов в почвах фоновых территорий подчиняется нормальному
закону Гаусса, для расчета максимальных природных концентраций элементов в почвах было предложено
воспользоваться известным статистическим приемом [2]. За верхнюю границу среднего содержания
химического элемента в почве принимается величина, которая на три стандартных отклонения превышает
средний региональный фоновый уровень (μ+3*σ), что предполагает охват 99% всех возможных значений
признака. Методически задача состоит в том, чтобы определить региональные естественные уровни
содержания химических элементов в почвах, учесть их природное варьирование и отклонением от нормы
считать значимое превышение верхнего предела возможного содержания этого элемента. По мнению Г.В.
Мотузовой [2] превышение рассчитанного верхнего предела концентрации элемента заведомо обусловлено
антропогенным (техногенным) воздействием. Мы попытались оценить применимость этого статистического
приёма для установления верхнего предела валового фонового содержания некоторых микроэлементов и
тяжёлых металлов в почвах различных
регионов.
Составлена база данных по валовым концентрациям микроэлементов в фоновых почвах Европейской
территории России (по литературным источникам и результатам собственных исследований), в которую
вошли сведения о гранулометрическом составе почв, содержании органического углерода и реакции среды.
Проанализированы массивы данных, условно разделенные на Нечерноземный и Черноземный регионы,
на тяжелые и легкие почвы (граница - легкий суглинок), а также весь полученный массив данных. Оценена
применимость формулы (μ+3*σ) для определения максимального уровня природного содержания микроэлементов
в почвах разного гранулометрического состава. При достаточно большом объеме выборки по концентрациям
микроэлементов (
n
≥ 25-30) распределение получается нормальным, следовательно, формула применима для
легких и тяжелых почв, как для всего массива данных, так и для каждого из рассмотренных регионов.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
48
Для всей Европейской территории России, а также раздельно для Нечерноземного и Черноземного
регионов выявлено, что среднее содержание и максимальный уровень природных концентраций ряда
микроэлементов (μ+3*σ) в легких почвах заметно ниже, чем в тяжелых (например, среднее содержание меди
в легких и тяжелых почвах Нечерноземного региона 8 и16 мг/кг, а в почвах Черноземного региона - 12 и 26
мг/кг; для цинка эти показатели составляют 33 и 47 мг/кг; 26 и 62 мг/кг, соответственно). Концентрации,
характеризующие почвы сходного гранулометрического состава разных регионов различаются меньше, чем
соответствующие показатели для тяжелых и легких почв одного региона. Отмечено также, что значения,
характеризующие генетически близкие почвы с разным гранулометрическим составом, различаются больше,
чем классификационно-различные почвы сходного гранулометрического состава.
Показано, что верхние пределы фонового содержания ряда элементов (Ni, Cu,
Zn
, Co, Cr), рассчитанные
без учета гранулометрического состава значительно превышают такие пределы для «легких» почв, что
может повлечь за собой неверную оценку степени загрязнения при экологическом мониторинге. Поэтому
ориентировочные показатели фоновых концентраций микроэлементов следует рассчитывать с учетом
гранулометрического состава почв.
В некоторых странах Европы предельные уровни содержания загрязняющих веществ в почвах
рассчитывают с помощью уравнения регрессии, в котором учитывается гранулометрический состав и
содержание органического вещества. В уравнение входят также значения максимальных фоновых концентраций
микроэлементов в стандартной почве, полученные для каждого элемента математическим методом на основе
анализа характеристик условно фоновых почв страны [3].
а – цинк
0
50
100
150
200
250
Образцы, располож енные по возрастанию содерж ания фракций
<0,002 мм
Ко
нц
ен
тр
ац
ия
Z
n, м
г/к
г п
оч
вы
1
2
3
б – цинк
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Образцы, располож енные по возрастанию
содерж ания фракций <0,002мм
Ко
нц
ен
тр
ац
ия
C
u, м
г/к
г п
оч
вы
1
2
3
Рис.1 Валовое содержание микроэлементов в фоновых почвах нечерноземного региона: а – цинк, б – медь (1
– экспериментальные определения, 2 – расчеты по формуле (Нидерланды), 3 – расчёты по формуле (Бельгия)
При многообразии почв, почвообразующих пород и географических условий в нашей стране трудно
надеяться на создание аналогичного единого регрессионного уравнения. Однако мы попытались опробовать эту
методику расчета максимальных фоновых концентраций тяжелых металлов на почвах Нечерноземья - региона
приближающегося к странам северо-западной Европы по своим физико-географическим характеристикам.
По характеристикам почв из нашей базы данных рассчитаны максимальные фоновые концентрации
микроэлементов в почвах с использованием констант и коэффициентов, используемых в Нидерландах и
Бельгии (рис.1). Сравнение полученных показателей с экспериментальными данными по содержанию этих
элементов в почвах нечерноземной части Европейской территории России позволяет предполагать, что на
Доклады Всероссийской научной конференции
49
основе регрессионных уравнений, учитывающих содержание органического вещества и гранулометрический
состав почв, возможен ориентировочный расчет максимальных фоновых концентраций микроэлементов для
крупных физико-географических регионов страны.
Литература
1. Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к
техногенным воздействиям. Москва: Изд-во МГУ, 1997. 102 с.
2. Мотузова Г.В. Почвенно-химический экологический мониторинг. М.: МГУ, 2001. 86с.
3. Carlon, C. (Ed.). 2007. Derivation methods of soil screening values in Europe. A review and evaluation
of national procedures towards harmonization. European Commission Joint Research Centre, Ispra, EUR
22805-EN, 306 pp.
УДК 550.7
ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЕЩЕСТВА ЗОЛООТВОЛОВ
КАЗАНСКОЙ ТЭЦ В ПРОЦЕССЕ НАЧАЛЬНОГО ПЕДОГЕНЕЗА
Э.Р. Бариева (1), Э.А. Королев (2)
(1). Казанский государственный энергетический университет, Казань; (2) Институт геологии и
нефтегазовых технологий, Казань, e-mail: Edik.Korolev@ksu.ru
Золошлаковые отходы Казанской ТЭЦ, подвергшиеся высокотемпературному воздействию, на момент
образования являются относительно стерильной средой. Однако, попав на золоотвал, они начинают уже
постепенно включаться в глобальный круговорот вещества, первый этап которого заключается в биологическом
заселении искусственно созданной пустующей экологической ниши и активизации процессов педогенеза.
В результате ветрового заноса спор здесь формируются первичные экосистемы, состоящие из
примитивных физиологических групп микроорганизмов. С течением времени сообщества усложняются, в
них появляются новые представители, между которыми усиливается борьба за существование. В процессе
жизнедеятельности колонии микроорганизмов напрямую или косвенно способствуют преобразованию
структурных компонентов золотвалов, формируя почвенный слой. Таким образом, в пределах техногенного
ландшафта постепенно развивается питательный субстрат для травостоя.
В рамках данной статьи было проведено изучение микробиальных сообществ, населяющих золоотвалы,
и их участие в геохимических преобразованиях минерального вещества.
Микробиологические исследования показали, что большая часть обитающих на золоотвалах
микроорганизмов относится к аммонификаторам – микромицеты, актиномицеты, бациллы и
аммонифицирующие бактерии. В основе их жизнедеятельности лежит способность разлагать органические
вещества с образованием аммонийного азота (NH
3
). К нитрификаторам относятся лишь одна выявленная
группа – бактерии, использующие минеральные формы азота. Их присутствие свидетельствует о высокой
продуктивности аммонификаторов, обеспечивающих питательными веществами бактерий, окисляющих NH
3
до нитрита (NO
2
-
) и нитрата (NO
3
-
).
Химический анализ водных вытяжек из золовых отвалов полностью согласуется с доминированием
двух основных групп выявленных организмов. Во всех них отмечается относительно высокое содержание
различных по составу азотистых соединений (табл. 1).
Таблица 1
Химический состав водной вытяжки из золошлаковых отходов Кировского золоотвала
Место отбора
Форма
выражения
Содержание
соединений азота
Fe
общ
SiO
2
рН
Общая
жесткость
NO
2
2-
NH
4
+
Кировский
золотвал
мг/л
1,2
3,1
12,24 138,6
7,4-7,5
1,4
Таким образом, в пределах золоотвала сформировался своеобразный микробиоценоз, осуществляющий
круговорот азота. В основе цикла, очевидно, лежат органические вещества, содержащиеся в золовых частичках
(недожег), и углеводородные компоненты нефтепродуктов, сбрасываемые в систему гидрозолоудаления.
Большая часть несгоревшего углерода сконцентрирована внутри кремнеземистых сфер золы-уноса [1]. Для
его извлечения микроорганизмам необходимо растворить существенный объем поверхности силикатных и
алюмосиликатных частиц. Однако, не имея в резерве других питательных веществ, микробиальные сообщества
активно включаются в процесс разложения относительно инертных к растворению кремнеземистых
минеральных фаз.
Биохимическое извлечение несгоревшего С
орг.
из золы сопровождается переводом относительно части
кремнезема в подвижную форму, что и обусловливает относительно высокое содержание SiO
2
в водных
вытяжках. Для сравнения, растворимость кристаллического кремнезема в приповерхностных условиях
составляет 7,0-16,0 мг/л, аморфного – 83,0 мг/л [2], а в вытяжках из золошлаковых отходов его содержится
138,6 мг/л. В природных средах достижение таких концентраций инертного вещества возможно лишь при
участии микроорганизмов, образующих органоминеральные кремнеземистые комплексы. При отсутствии