Изучение некоторых аспектов геохимической обстановки ландшафта приенисейской тундры в рамках оценки экологической устойчивости
Автор: Гаврилюк А.И., Ананьева Т.А.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 10, 2016 года.
Бесплатный доступ
Изучение геохимической обстановки явля-ется одним из ключевых моментов общей картины экологической устойчивости ланд-шафта. Цель работы: изучение фоновых гео-химических показателей типично-тундровых ландшафтов Приенисейской Сибири как со-ставной части геосистемного подхода в во-просе исследования экологического потенциа-ла территории. Задачи работы: проведение полевых исследований с отбором проб из раз-личных сред геосистемы, химико-аналитическое исследование полученных об-разцов, камеральная обработка и интерпре-тация данных. Полевые, лабораторные и ка-меральные работы проводились в рамках фо-нового мониторинга окружающей среды на Байкаловском месторождении, Байкаловском, Песчаном, Иркинском, Муксунихском, Приозёр-ном нефтегазовых лицензионных участках. Представлены результаты полевых, химико-аналитических и камеральных работ по изуче-нию геохимического фона окружающей среды в пределах исследуемой территории нефтега-зоносных участков. Установлен локальный фон по почвенному покрову, растительности и воде. Определены коэффициент биологиче-ского поглощения и коэффициент миграции элементов в системе «почва - донные отло-жения». Рассмотрены некоторые особенно-сти пространственного формирования геохи-мических аномалий в окружающей среде. Полу-ченные результаты войдут в общий цикл ис- следований по оценке экологического потен-циала типичных тундровых ландшафтов Приенисейской Сибири.
Геохимический фон, мо-ниторинг окружающей среды, коэффициент биологического поглощения
Короткий адрес: https://sciup.org/14084518
IDR: 14084518
Текст научной статьи Изучение некоторых аспектов геохимической обстановки ландшафта приенисейской тундры в рамках оценки экологической устойчивости
Введение. В основу геоэкологической оценки территории положен геосистемный принцип, т.е. представление исследуемой территории как упорядоченной совокупности систем, выраженной в виде физико-географического или инженерно-геологического районирования. Необходимость геосистемного подхода диктуется не только свойствами систем как генетически однородного природного образования с адекватной реакцией на техногенные и природные воздействия, но и индивидуальностью их природного потенциала [1].
Почва – один из компонентов ландшафта, способных снижать негативные последствия антропогенного и природного загрязнения. В сложной структуре геосистемы почвенный покров, в котором пересекаются все потоки вещества и энергии, в конечном итоге играет роль природного буфера. Поэтому изучение геохимического состояния почвенного покрова является неотъемлемой частью комплексной геоэкологической оценки экологического потенциала изучаемой территории.
Показателем, формирующим экологическую оценку системы «почва – донные отложения», является коэффициент миграции – отношение количества вещества в донных отложениях к почве. Оценка этого показателя позволяет рассуждать о динамике миграции и аккумуляции в донных отложениях различных химических соединений и загрязняющих веществ.
Одним из немаловажных аспектов оценки экологического равновесия геосистемы является изучение геохимической обстановки водных объектов. В процессе обработки химических анализов проб воды в рамках мониторинговых исследований авторами была отмечена дифференциация геохимических значений фоновых данных относительно аккумулятивных ландшафтов [2] . В процессе исследования и повторной камеральной обработки полученные данные были скорректированы и кратко изложены в данной статье.
Состояние конкретных компонентов геосистемы определяется влиянием внутрисистемных и межсистемных связей, которые имеют прямую и обратную взаимосвязь. К таким связям относятся биологическое потребление и накопление потенциально вредных для геосистемы веществ и элементов растительным покровом. В числовом виде эта взаимосвязь выражается в коэффициенте биологического поглощения (КБП).
Исследуемая территория – участок приени-сейской тундровой зоны, расположенный в Таймырском Долгано-Ненецком районе в 130 км выше по течению р. Енисей от города Дудинка. Среднегодовые температуры здесь относитель- но минимальны, что способствует сокращению скорости геохимических процессов, в том числе и в системе «почва – растительность» [3]. Но так как связь имеет двухстороннюю направленность, то скорость накопления возможного высокого уровня содержания загрязняющих веществ и элементов в золе растений пропорциональна его постепенному понижению. Следовательно, даже в условиях относительно низких температур КБП остаётся приемлемым индикатором оценки территориального экологического равновесия (устойчивости) и уровня загрязнения в целом.
Совокупность изучения вышеизложенных аспектов формирования геохимической обстановки на ментально осваиваемом пространстве является частью общей картины экологической устойчивости типично тундровых ландшафтов Приенисейской Сибири.
Цель работы . Изучение фоновых геохимических показателей в пределах исследуемой территории как составной части геосистемного подхода в вопросе исследования экологического потенциала территории.
Для достижения поставленной цели были проработаны и решены следующие задачи :
-
• проведение полевых работ с отбором проб из различных сред геосистемы;
-
• химико-аналитическое исследование полученных образцов;
-
• камеральная обработка и интерпрета ция данных.
Методика проведения работ . Полевые, лабораторные и камеральные работы в рамках фонового мониторинга окружающей среды проводились на Байкаловском месторождении, Байкаловском [4] , Песчаном [5] , Иркинском, Муксунихском, Приозёрном нефтегазовых лицензионных участках.
Выбор места отбора проб проводился с учётом предположительно разной ландшафтногеохимической обстановки для приближения результатов исследования к усреднённым. Отбор, хранение и транспортировка проб из различных сред осуществлялись в рамках установленных ГОСТов [6–8]. Химико-аналитические исследования проводились в аккредитованной лаборатории Красноярского научноисследовательского института геологии и минерального сырья. Камеральные работы выполнялись в соответствии с требованиями к геоло- го-экологическим исследованиям [9–11].
Математическая обработка аналитических материалов включала в себя статистическую обработку и определение интегрированных показателей состояния природной среды – кларков концентраций относительно установленных значений (Кк) и коэффициентов миграции (Kn). Для определения интенсивности биогеохимической дифференциации определялся коэффициент биологического поглощения (КБП) в пробах мха, который характеризует отношение количества элемента в золе растений к его количеству в почве.
Качество поверхностных вод оценивалось по отношению к ПДК для водных объектов рыбохозяйственного значения [12] . Показатели кларка концентрации рассчитывались относительно установленных средних значений содержания элемента в почвах мира по Ярошевскому [13] . Для растительности расчёт коэффициента концентрации вёлся относительно среднего содержания элемента в золе растений по Добровольскому [14] .
Результаты исследований. Изучение почвенного покрова, растительности и водных объектов проводилось по показателям загрязнителей, характерным для мониторинга окружающей среды нефтегазовых лицензионных участков.
Результаты лабораторных и статистических исследований почвенного покрова представлены в таблице 1.
Реакция водной вытяжки из отобранных проб почвы изменяется от слабокислой (pH=4,3) до нейтральной среды (pH=6,7). В целом на участке исследования формируется слабокислая кислотно-щелочная среда. Содержание водорастворимых солей не велико и находится в следующих пределах: хлориды 3,2–53,7 мг/кг с фоном в 13,2 мг/кг; сульфаты 3,5–73,2 мг/кг с фоном в 13,9 мг/кг.
Отражая местные геохимические особенности почвенного покрова, показатели кларков концентраций (Кк) могут свидетельствовать о накоплении (Кк>1,5) или деградации (Кк<0,7) в почве определённого элемента (табл. 1). Почти все исследуемые элементы, за исключением ртути и алюминия, находятся на стадии накопления. Отмечаются повышенные значения Ккп по свинцу, кадмию и мышьяку, что, вероятно, связано с особенностями подстилающих горных пород.
Таблица 1
Сравнительные показатели геохимического фона почв и донных отложений
|
Показатель |
Min, мг/кг |
Max, мг/кг |
Сп, мг/кг |
Кларк почв (Кп), мг/кг |
Ккп |
Сд, мг/кг |
Ккд |
Kn |
|
pH, ед. |
4,3 |
6,7 |
6,1 |
- |
- |
6,4 |
- |
1,1 |
|
Сl |
3,2 |
53,7 |
13,2 |
- |
- |
10 |
- |
0,8 |
|
SO 4 |
3,5 |
73,2 |
13,9 |
- |
- |
20,39 |
- |
1,5 |
|
Fe |
3327 |
63600 |
31150 |
38000 |
0,8 |
25261 |
0,7 |
0,8 |
|
Al |
6385 |
69860 |
45872 |
71300 |
0,6 |
37439 |
0,5 |
0,8 |
|
Cr |
3,1 |
118 |
71,0 |
60 |
1,2 |
65,2 |
1,1 |
0,9 |
|
Ni |
2,0 |
61,8 |
27,0 |
20 |
1,4 |
37,1 |
1,9 |
1,4 |
|
Mn |
66,0 |
13780 |
2662 |
500 |
5,3 |
565 |
1,1 |
0,2 |
|
Cu |
1,4 |
81,4 |
22,2 |
23 |
0,96 |
18,4 |
0,8 |
0,8 |
|
Zn |
5,7 |
138 |
43,5 |
60 |
0,7 |
38,2 |
0,6 |
0,9 |
|
Pb |
2,2 |
135 |
69,3 |
20 |
3,5 |
61,8 |
3,1 |
0,9 |
|
Cd |
0,1 |
0,7 |
0,4 |
0,16 |
2,5 |
0,2 |
1,6 |
0,6 |
|
As |
1,3 |
24,7 |
17,5 |
6 |
2,9 |
7,3 |
1,2 |
0,4 |
|
V |
27,7 |
151 |
77 |
90 |
0,9 |
80,3 |
0,9 |
1 |
|
НП |
<50,0 |
123 |
190,6 |
- |
- |
110,1 |
- |
0,6 |
|
Hg |
0,01 |
0,12 |
0,02 |
0,1 |
0,2 |
0,02 |
0,2 |
1 |
Примечание: Сп – среднее содержание элемента в почве; Сд – среднее содержание элемента в донных отложениях; Kn – коэффициент миграции элемента из почвы в донные отложения; Ккп и Ккд – кларки концентрации в почве и донных отложениях соответственно; НП – нефтепродукты.
Между тем анализ пространственного распределения максимальных значений марганца и железа показывает, что их повышенные концентрации отмечаются в пробах, отобранных на участках с избыточным увлажнением (болотистые поймы р. Малая Муксуниха, Пимена, Пай-яхамал, оз. без названия и др.). Вследствие переувлажнения и наличия в почве водорастворимых органических веществ интенсивно развивается глеевый процесс, способствующий накоплению в кислой среде почвенного раствора соединений железа и марганца. Этот факт необходимо учитывать при интерпретации результатов дальнейших мониторинговых исследований.
Анализ данных, представленных в таблице 1, указывает, что в целом показатели концентраций элементов в почве и донных отложениях одинаковы. Небольшое среднестатистическое превышение SO4 в последних связано с более нейтральным уровнем pH в пробах, отобранных в крупных реках, где уровень растворённого ки- слорода в среднем выше для изучаемой местности.
Вышесказанное говорит о целостности и идентичности геохимических процессов, протекающих в этих средах. Это подтверждается отсутствием аномалий в связующем их веществе – воде. Исключением является фоновое превышение ПДКвр по меди в 2,2 раза. Повышенные концентрации этого металла зафиксированы в основном в водах опробованных озёр. Это объясняется повышенным содержанием меди в аккумулятивных ландшафтах прибрежных зон водоёмов, что также зафиксировано в работе Д.С. Орлова [15] . Воды обследуемого участка имеют характерный для тундровых ландшафтов гидрокарбонатно-кремнезёмный состав и являются ультрапресными. Сравнительные показатели геохимического состояния и установленный фон (Св) для водных объектов территории представлены в таблице 2.
Сравнительные показатели геохимического фона воды
Таблица 2
|
Показатель |
ПДКвр |
Min, мг/дм3 |
Max, мг/дм3 |
Св, мг/дм3 |
Кпдк |
|
рН, ед. |
6,5-8,5 |
6,1 |
6,41 |
6,3 |
- |
|
Цветность |
- |
1,7 |
158 |
37,9 |
- |
|
Сl |
300 |
<0,50 |
11,6 |
4,7 |
0,02 |
|
SO 4 |
100 |
0,64 |
30,9 |
8,43 |
0,1 |
|
HCO 3 |
- |
<10,0 |
73,2 |
47,3 |
- |
|
NO 3 |
40 |
<0,20 |
1,31 |
0,755 |
0,02 |
|
NO 2 |
0,08 |
<0,20 |
<0,20 |
<0,21 |
- |
|
Нефтепродукты |
0,05 |
<0,020 |
0,1 |
0,03 |
0,7 |
|
Са |
180 |
2,3 |
18,5 |
12,3 |
0,1 |
|
Mg |
40 |
1,1 |
7,5 |
4,1 |
0,1 |
|
Na |
120 |
0,6 |
23,1 |
5,4 |
0,05 |
|
K |
50 |
0,2 |
1,6 |
0,7 |
0,01 |
|
Fe |
0,1 |
<0,050 |
0,3 |
0,13 |
1,3 |
|
АПАВ |
- |
<0,025 |
<0,025 |
<0,025 |
- |
|
Жесткость, ммоль/дм3 |
- |
0,3 |
1,61 |
0,94 |
- |
|
Cu |
0,001 |
<0,0010 |
0,005 |
0,002 |
2,2 |
|
Co |
0,01 |
<0,0010 |
0,002 |
0,001 |
0,1 |
|
Cd |
0,005 |
<0,0010 |
<0,0010 |
<0,0010 |
- |
|
Pb |
0,006 |
<0,0010 |
0,004 |
0,001 |
0,2 |
|
Zn |
0,01 |
<0,0050 |
<0,0050 |
<0,0050 |
- |
|
Ni |
0,01 |
<0,0010 |
0,01 |
0,003 |
0,3 |
|
Mn |
0,01 |
<0,0010 |
0,03 |
0,002 |
0,2 |
|
V |
- |
<0,0010 |
0,01 |
0,006 |
- |
|
Cr |
0,07 |
<0,0010 |
0,002 |
0,002 |
0,02 |
Превышение содержания элементов в растительности (мхе) территории относительно кларка растительности, по Добровольскому, не велико (табл. 3). Этому способствует замедленный биогеохимический круговорот, характерный для всей тундровой зоны полуострова Таймыр. Подробные причины и описание факторов, формирующих низкие скорости движения элементов в системе «почва–растительность», представлены в работе В.П. Чехи [3] .
По интенсивности поглощения к микроэлементам сильного захвата (КБП = 0,7–3) относятся цинк и кадмий; остальные изученные элементы имеют слабый захват (КБП<0,7). Пространственное распределение максимальных значений железа, марганца и меди приурочено к высоким показателям этих элементов в почве на определённых типах ландшафта (см. выше).
Таблица 3
Сравнительные показатели геохимического фона растительности
|
Элемент |
Min, мг/кг |
Max, мг/кг |
Ср, мг/кг |
Кларк растительности (зола), мг/кг |
Ккр |
Сп |
КБП |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Fe |
1736 |
15967 |
5326 |
- |
- |
31149,8 |
0,2 |
|
Al |
2037 |
4215 |
3145 |
10000 |
0,3 |
45872,5 |
0,1 |
|
Cr |
1 |
40 |
8,88 |
35 |
0,3 |
71 |
0,1 |
Окончание табл. 3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Ni |
1,5 |
30 |
11,3 |
40 |
0,3 |
27 |
0,4 |
|
Mn |
50 |
1000 |
483,2 |
4100 |
0,1 |
2662,3 |
0,2 |
|
Cu |
4 |
20 |
9,18 |
160 |
0,1 |
22,2 |
0,4 |
|
Zn |
15 |
100 |
48,3 |
600 |
0,1 |
43,5 |
1,1 |
|
Pb |
0,2 |
40 |
4,32 |
25 |
0,2 |
69,3 |
0,1 |
|
Cd |
0,1 |
0,4 |
0,3 |
0,7 |
0,4 |
0,4 |
0,7 |
|
As |
0,5 |
2,2 |
0,9 |
3 |
0,3 |
17,5 |
0,1 |
|
V |
1 |
52,8 |
8,4 |
30 |
0,3 |
77 |
0,1 |
|
Hg |
0,007 |
0,009 |
0,008 |
0,25 |
0,03 |
0,02 |
0,3 |
Выводы. Исходные данные геохимических показателей геосистемы являются составным элементом общей картины устойчивости местности к антропогенному и природному влиянию на окружающую среду. Результаты работы войдут в общий цикл исследований по оценке экологического потенциала типичных тундровых ландшафтов Приенисейской Сибири.
Список литературы Изучение некоторых аспектов геохимической обстановки ландшафта приенисейской тундры в рамках оценки экологической устойчивости
- Заиканов В.Г., Минакова Т.Б. Геоэкологи-ческая оценка территории. -М.: Наука, 2005. -319 с.
- Гаврилюк А.И., Мартьянова М.В. Оценка геохимического состояния вод озёр тундро-вых ландшафтов//География и геоэколо-гия на службе науки и инновационного об-разования: мат-лы X Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, посвящ. Все-мирному дню Земли и 60-летию каф. эко-номической географии/отв. ред. М.В. Про-хорчук; Краснояр. гос. пед. ун-т им. В.П. Ас-тафьева. -Красноярск, 2015. -Вып. 10. -С. 47-49.
- Чеха В.П., Шапарев Н.Я. Экология. Ланд-шафтная характеристика и природные ре-сурсы Красноярского края. -М.: Наука, 1997. -598 с.
- Мыларщиков А.М. Оценка фонового уровня загрязнения компонентов природной среды в пределах Байкаловского лицензионного участка. -Красноярск, 2011.
- Анциферова О.В., Гаврилюк А.И. Оценка текущего фонового уровня загрязнения ок-ружающей среды на Песчаном лицензион-ном участке. -Красноярск, 2014. -86 с.
- ГОСТ 17.4.3.01-83. Почвы. Общие требования к отбору проб. -М.: Госстандарт, 1983. -5 с.
- ГОСТ 17.1.5.05-85. Охрана природы. Гид-росфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмо-сферных осадков. -М.: Госстандарт, 1985. -5 с.
- ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требова-ния к отбору проб. -М.: Госстандарт, 2000. -45 с.
- Методические рекомендации по геохимиче-ской оценке источников загрязнения окру-жающей среды. -М.: Изд-во ИМГРЭ, 1982. -66 с.
- Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. Утв. Главным государствен-ным санитарным врачом СССР 13.03.87 № 4266-87 (ред. от 07.02.99). -М., 1987. -25 с.
- Требования к оценке геоэкологического со-стояния и мониторингу месторождений уг-леводородов. -М., 2002. -103 с.
- Нормативы качества воды водных объек-тов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного зна-чения: Приказ Федерального агентства по рыболовству № 20 от 18.01.2010 г. -М., 2010.
- Ярошевский А.А. Кларки геосфер//Спра-вочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. -М.: Недра, 1990. -С. 7-14.
- Добровольский В.В. Основы биогеохимии: учеб. пособие для географических, биоло-гических, геологических, сельскохозяйст-венных специальностей вузов. -М.: Высш. шк., 1998. -413 с.
- Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. -М.: Высш. шк., 2002. -333с.
