Содержание тяжелых металлов в торфе
Обновлено: 19.05.2024
Состав и свойства торфа в значительной мере зависят от ботанического состава растений, участвующих в образовании торфяной почвы. Главным источником минеральных веществ в торфяных почвах верховых болот является атмосферная пыль и осадки. Часть минеральных веществ перехватывается растениями и вовлекается в биологический круговорот, другая (менее растворимая) подвергается постепенному разрушению в профиле торфяной почвы. В зависимости от возраста и условий образования (исходный материал, климатические условия) торф имеет различную степень разложения и цвет от светло-коричневого до коричнево-черного. От этих же условий зависит его структура, кислотность (РН), влагоемкость, содержание макро- и микроэлементов, энергетическая ценность и другие параметры.
Своеобразным индикатором, свидетельствующим об исторических изменениях естественного геохимического фона, являются широко распространенные верховые торфяники. Загрязняющие вещества в них поступают только из атмосферы, а нарастающий торф обладает способностью сорбировать многие вещества, особенно тяжелые металлы.
Верховые торфяники имеют ряд показателей, делающих возможным использовать их в качестве индикаторов выявления исторических тенденций в накоплении элементов-загрязнителей. Так, в них постоянно накапливается материал и синхронно откладываются загрязняющие вещества, незначительно перемещающиеся внутри объекта, что позволяет по напластованию провести датировку слоев, а при незначительном поступлении из аллохтонных источников оценивать степень как локального, так и глобального антропогенного воздействия на окружающую среду. Кроме этого исследование таких объектов позволяет по-новому подойти к проблеме определения фонового содержания загрязняющих веществ на изучаемой территории и, исходя из этого, говорить о современном состоянии или загрязнении окружающей среды.
Целью данной работы являлось изучение динамики изменения содержания ряда тяжелых металлов в атмосфере в голоцене на примере верхового торфяника, расположенного в окрестностях г. Тюмени на 14 км Ялуторовского тракта. Торфяник находится в понижении между древними дюнами, сформировавшимися на песчаных отложениях первой надпойменной террасы р. Пышма. С поверхности болото заросло мелкой березой и сосной. В напочвенном покрове типичные представители верховых болот (багульник, болотный мирт). Абсолютная высота поверхности разреза составляет около 60 метров. С целью определения абсолютного возраста болота из данного разреза были отобраны 8 проб на радиоуглеродный анализ, для геохимического анализа и реконструкции эволюции растительности и климата были отобраны послойно (с интервалом 5 см) 71 проба, а также 7 проб из основных генетических горизонтов.
Возраст торфа (по результатам радиоуглеродного анализа, проведенного в институте геологии СО РАН (г. Новосибирск) с.н.с., к.г.-м.н. Л.А. Орловой) составляет 4670 ± 45 лет, что соответствует суббореальному периоду европейской геохронологической шкалы. Образование болота, очевидно, было связано с увеличением увлажненности в пределах рассматриваемой территории, совпадает с выводами Л.А. Орловой о значительном похолодании и ухудшении климата в суббореале на территории лесостепной зоны Западной Сибири.
В ходе работы были определены основные геохимические показатели (рН, Еh, зольность, потери при прокаливании), содержание некоторых металлов: Ca, Mg, Fe, Mn,
*Работа выполнена по программе грантов РГНФ № 04-06-00387, Губернатора Тюменской области, программы «Университеты России».
Sr, Cu, Cd, Pb, Ni, Zn. Для анализа минеральной части торфа образцы озоляли при температуре 550°С в течение 4 часов. Полученную золу растворяли в 10 мл 10%-ной азотной кислоты. Определение тяжелых металлов проводилось методом атомно-абсорбционной спектроскопии по стандартным методикам. В ходе определения проводился оперативный контроль точности и воспроизводимости анализа, который дал положительные результаты по всем определяемым компонентам.
Общая мощность торфа, измеренная по стенке шурфа - 336 см. Разрез имеет следующее морфологическое строение (сверху вниз):
1. 0-10 см - торфяная дернина
2.10-283 см - торф бурый сфагновый, в верхней части со следами горения, присутствуют включения остатков древесины
3. 283-336 см - торф низинный травяно-осоковый
4. 336-383 см - мелкозернистый песок. Ниже 383 см шурф не пройден.
Проведенные исследования по определению основных геохимических показателей позволяют провести классификацию типов торфа в этих слоях.
Верхний слой (0-10 см) является зоной современного почвообразования. Второй слой (10-280 см) - обладает всеми признаками верхового торфа: низкая зольность (около 1-5 %), высокая кислотность (рН водной вытяжки 4,16 ÷ 4,42), слабая степень разложения органического вещества, высокая гигроскопическая влажность. Эти данные подтверждают морфологическое описание данного горизонта как бурого сфагнового торфа.
Низинные торфа отличаются гораздо более высокой зольностью, большой разложенностью органического вещества, слабокислой реакцией. В нашем случае этим показателям соответствует слой 3, имеющий высокие значения зольности (от 5 до 80%), при этом рН водной вытяжки смещается в нейтральную область (4,72- 6,23), существенно снижается величина гигроскопической влажности и увеличивается степень разложения торфа. В соответствии с морфологическим описанием разреза данный слой (283-336 см) представляет собой низинный травяно-осоковый торф.
Ниже 340 см зольность пробы очень велика (96-98%), что свидетельствует о практически полном отсутствии органической составляющей. Кислотность почвы приближается к нейтральной (6,23-6,43), гигроскопическая влага также имеет минимальные значения (1,62-1,46). Анализ механического состава данных горизонтов по Качинскому позволяет сделать вывод об их типе: мелкозернистый песок с примесью иловой фракции.
Состав минеральной части в верховых и переходных торфяных почвах может изменяться вследствие различной устойчивости минеральных веществ к условиям кислой среды почв. Наиболее подвижны при этом щелочные и щелочно-земельные металлы, в меньшей степени - железо и алюминий. В ходе этих процессов состав минеральной части торфяных почв претерпевает значительные изменения по сравнению с составом растений торфообразователей.
Минеральная часть состоит из макро- и микроэлементов. К макроэлементам относятся: кальций, магний, железо, фосфор. К микроэлементам относятся: кадмий, никель, свинец, кобальт, медь, марганец.
При анализе образцов из основных генетических горизонтов (табл.1) было обнаружено, что на глубине 190-200 см наблюдаются максимальные содержания марганца, кадмия и свинца. Максимальное содержание меди наблюдается на глубине 120 см, но также имеется менее выраженный максимум на глубине 190-200 см. Содержание кобальта и никеля не имеет четко выраженных экстремумов, однако в целом их содержание также сначала возрастает с глубиной, а затем уменьшается, но это происходит в более широком интервале глубин.
Однако, изучение распределения металлов по генетическим горизонтам, имеет приближенный характер и не позволяет сделать вывод о распределении металлов по всему разрезу. Для этого необходимо использовать послойный отбор проб, дающий более полную картину.
Таблица 1. Результаты определения содержания микроэлементов
Глубина взятия пробы,см
При послойном анализе торфа на содержание некоторых тяжелых металлов можно отметить ряд общих закономерностей.
Медь. Содержание меди в нижней части разреза остается на одном уровне. В средней части разреза, как отмечалось выше, выделяются два участка с высоким содержанием меди, соотносимыми с хронологическими рубежами около 3195 и 3120 л.н. Верхний участок, представляющий собой хорошо выраженную волну высокого содержания меди, отличается тем, что на фоне общей волны выделяются три менее ярких волны повышенного содержания. Если судить по положению радиоуглеродных датировок в разрезе, то максимальное содержание меди приурочено в этом случае к рубежам 2475, 2270 и 2040 л.н. В приповерхностном слое разреза содержание меди остается на одном уровне (0,02 · 10 -3 %).
Свинец. Распределение содержание свинца в принципе сходно с распределением меди. Коэффициент линейной корреляции между этими кривыми составляет 0,52. На графике содержания свинца отчетливо выделяются три участка. Нижняя часть разреза отличается содержанием свинца на одном уровне (0,01 · 10 -3 %), средняя - повышенным содержанием. Здесь, также как и в случае меди, выделяются две волны с повышенным содержанием металла, с тем отличием, что наибольшее содержание по всему профилю разреза приурочено к нижней волне, а верхняя волна не столь ярко выражена. Хронологическое положение пиков кульминации свинца близко с пиками повышенного содержания меди. Нижняя волна имеет два пика, отвечающих в хронологическом плане рубежам 3243 и 3171 л.н., а верхняя волна около 2540 л.н. Содержание свинца в верхней части разреза распределено равномерно на одном уровне, как и в нижней части разреза, с тем отличием, что абсолютные значения здесь несколько выше и составляют 0,06 · 10 -3 %). Обращает внимание, что самый верхний приповерхностный образец показывает небольшое повышение содержания свинца. Такая тенденция является настораживающей, поскольку может свидетельствовать о наметившемся неблагоприятном экологическом тренде. Если принять в расчет самую верхнюю радиоуглеродную датировку 1500+- 25 лет, то эта тенденция началась около 200-215 л.н.
Кобальт. Общее распределение кобальта по профилю разреза аналогично распределению меди и свинца с тем отличием, что имеет более плавный характер, а положение пиков кульминаций выражено менее ярко и на несколько другом хронологическом уровне. Коэффициент линейной корреляции между кривыми кобальта и свинца составляет 0,73, между кривыми кобальта и меди - 0,49. В целом, на кривой содержания кобальта отчетливо просматривается ступенчатое увеличение содержания этого элемента снизу вверх к средней части разреза. В верхней части разреза содержание кобальта плавно уменьшается. Одновременно в этой части разреза просматривается четко выраженный тренд к увеличению содержания кобальта к современности. Пропорциональный расчет по имеющимся радиоуглеродным датам показывает, что начало этого процесса падает на рубеж около 1880-2000 л.н. Начиная от этого временного рубежа, абсолютное содержание кобальта увеличивается от 6 10 -5 % до 8 10 -5 %. Положение кульминаций выражено менее ярко, но здесь также можно выделить два пика. Верхний пик выражен очень слабо, он находится чуть ниже радиоуглеродной даты 2270 +-30 л.н. Положение нижней кульминации еще менее определенно. Вероятно, ее можно определить на глубине около 283 см от поверхности, на границе между двумя стратиграфическими горизонтами разреза. Во всяком случае, в этой части кривой заметен явный рубеж, который хронологически соответствует рубежу около 4280-4300 л.н.
Никель. Кривая содержания никеля в целом имеет сходный рисунок с кривой содержания кобальта. Коэффициент линейной корреляции между этими кривыми составляет 0,69. В то же время на ней более отчетливо просматривается нижний пик кульминации, имеющий двухвершинный рисунок и верхний, слабо выраженный. Две вершины нижнего пика кульминации соответствуют рубежам около 4150 и 4070 л.н. После рубежа около 3450 л.н. и до 2000 л.н. идет направленное понижение содержания никеля. С 2000 л.н. этот процесс приобретает более заметный характер и продолжается до 375 л.н. Верхний пик приурочен к рубежу 2270 +-30 л.н. и несколько выше (возможно порядка 2000 л.н.). В отличие от других металлов в самой верхней части разреза виден резкий скачок в сторону увеличения, а затем в сторону уменьшения. Реперными датами в этом случае выступают 375 л.н. и 214 л.н.
Таким образом, на всех кривых меди, свинца, кобальта и никеля с разной степенью отклонения можно видеть трехступенчатое строение. Весьма важное экологическое значение имеет факт направленного увеличения содержания некоторых тяжелых металлов в приповерхностных слоях торфяника. Если использовать изложенные выше предпосылки, то, очевидно, эти данные могут свидетельствовать о нарастании загрязнения атмосферы этими химическими элементами. Причем этот процесс по отношению к отдельно взятым химическим элементам проявляется неоднозначно. Если содержание меди, начиная с рубежа около 1570 л.н. остается без изменений, то содержание кобальта устойчиво нарастает. Количество свинца увеличивается только в самой верхней части (около 215 л.н.), а содержание никеля, как отмечалось выше, от 2000 л.н. уменьшается до 375 л.н., а затем делает резкий скачок в сторону увеличения, а затем уменьшения.
В ходе изменчивости содержания химических элементов просматривается на наш взгляд две главные закономерности. С одной стороны достаточно хорошо видна ритмическая изменчивость от образца к образцу, условно ее можно назвать изменчивостью первого порядка, с другой стороны на ее фоне просматриваются ритмы более крупного уровня. Они хорошо видны после статистической обработки графиков содержания химических элементов методом вершинного сглаживания.
В своих общих чертах все графики имеют некоторое сходство в количестве всплесков и их хронологической привязке. В обобщенном виде волны повышенного содержания соответствуют следующим возрастным рубежам (снизу вверх): ранее или на рубеже 4670 л.н., около 4290-4360 л.н., около 4100-4150 л.н., около 3250 л.н., около 2000-2300 л.н., около 1200 л.н. и около 450-500 л.н.
Проведенные исследования по определению химического состава верхового торфяника показали, что геохимический состав торфяных почв по глубине неоднороден. Наблюдаются существенные изменения всех основных химических показателей с изменением глубины залегания торфа - содержание органических веществ, макро- и микрокомпонентов, кислотно-основных свойств почв. Причем наиболее полная информация получается при послойном отборе почв.
Анализ зольности торфов, потерь при прокаливании, гигроскопической влажности, а также кислотно-основных свойств позволило выделить 4 основных горизонта, различающихся по морфологическим и физико-химическим свойствам. Результаты послойного определения макро- и микрокомпонентов, наличие ярко выраженного максимума в их содержании на глубине 190-200 см от поверхности, при практически постоянной величине зольности, позволили предположить возможность изменения климатических условий данной местности в этот период. Проведенный параллельно радиоуглеродный анализ по определению абсолютного возраста образцов торфа из данного разреза и определение скорости торфонакопления в данный период, позволяют утверждать, что в период с 3450 ± 55 до 3115 ± 30 л.н. характеризуется улучшением условий торфообразования, скорее всего уменьшением влажности и потеплением. Наличие древесных остатков в этих горизонтах также подтверждает этот вывод.
Для более точных палеоэкологических исследований и экологических прогнозов на будущее необходимо проведение большого количества комплексных исследований различных регионов, в том числе и с использованием химических методов анализа.
Работа представлена на II научную конференцию «Природопользование и охрана окружающей среды», 3-10 октября, 2004 г., о. Крит, Греция
Содержание тяжелых металлов в торфе
2 ФГБУН Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова УрО РАН
Поступление антропогенных примесей в торфяные отложения связано с деятельностью промышленных объектов, добычей полезных ископаемых, автотранспортом и свалками бытовых отходов. На территории Архангельской области в значительной степени распространены верховые болота, обладающие высокой способностью накапливать загрязняющие вещества. Болота области не находятся под прямым антропогенным воздействием, однако металлы могут попадать на их поверхность путем атмосферного переноса. В работе были изучены торфяные отложения трех верховых болот, расположенных в Архангельской области – Иласский болотный массив (Приморский район), Трофимовское болото (Мезенский район) и болото Большой Мох (Онежский район). Цель работы заключалась в оценке содержания металлов (Cr, Co, Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Hg) и As в торфяных профилях болот региона и их сравнение между собой. Торфяные отложения Иласского и Трофимовского болот, а также верхний горизонт болота Большой Мох относятся к малозольным типам торфа с сильнокислой реакцией среды, что характерно для верховых торфов. Нижние горизонты торфа болота Большой Мох относятся к переходному типу. Основным поллютантом для всех болот является Ni, что особенно характерно для Трофимовского болота – его концентрация в торфяном профиле на порядок превышает его содержание в торфе двух других болот, а также концентрации других элементов. Это может быть вызвано антропогенным воздействием или быть следствием геохимической аномалии. Для подтверждения этого результата необходимы дополнительные исследования. Помимо Ni отмечается значительное содержание в торфе Zn, Cu и Cr. Для болот Приморского и Онежского районов характерно увеличение концентрации металлов с глубиной залегания торфа, а для болота Мезенского района – наоборот. Концентрации Co, Pb, Cd, Hg и As относительно невысоки и сопоставимы для трех болот.
1. Водяницкий Ю.Н. Современные тенденции загрязнения почв тяжелыми металлами // Агрохимия. 2013. № 9. С. 88–96.
2. Сафронова И.Н., Юрковская Т.К. Зональные закономерности растительности покрова равнин Европейской России и их отображение на карте // Ботанический журнал. 2015. № 11. С. 1121–1142. DOI: 10.1134/S0006813615110010.
3. Татаринцева В.Г., Котова Е.И. Аэротехногенное загрязнение водно-болотных объектов водосбора Белого моря (на примере Архангельской области) // Географический вестник. 2021. № 2 (57). С. 135–150. DOI: 10.17072/2079-7877-2021-2-135-150.
4. Зыкова Е.Н., Зыков С.Б., Яковлев Е.Ю., Ларионов Н.С. Сравнительно-временной анализ содержания тяжелых металлов в аномальных зонах почв Северодвинского промышленного района // Успехи современного естествознания. 2018. № 8. С. 130–135.
5. Яковлев Е.Ю., Дружинина А.С., Дружинин С.В., Бедрина Д.Д., Орлов А.С., Спиров Р.К., Мищенко Е.В., Жуковская Е.В. Оценка физико-химических параметров и распределения металлов в верховом болоте Архангельской области // Успехи современного естествознания. 2020. № 5. С. 115–120. DOI: 10.17513/use.37401.
6. Сыпалов С.А., Кожевников А.Ю., Иванченко Н.Л., Попова Ю.А., Соболев Н.А. Оценка загрязнения торфа некоторыми тяжелыми металлами в зависимости от глубины залегания // Химия твердого топлива. 2020. № 1. С. 38–42. DOI: 10.31857/S0023117720010107.
7. Методические указания по определению мышьяка в почвах фотометрическим методом. М.: ЦИНАО, 1993. 13 с.
8. ФР.1.31.2012.13573 «Методика измерений массовых долей токсичных металлов в пробах почв атомно-абсорбционным методом». ОАО «Союзцветметавтоматика», Свидетельство об аттестации № 222.0195/01.00258/2012.
10. ГОСТ 11306-2013. Торф и продукты его переработки. Методы определения зольности. М.: Росстандарт, 2015. 8 с.
11. ГОСТ 11623-89. Торф и продукты его переработки для сельского хозяйства. Методы определения обменной и активной кислотности. М.: Изд-во стандартов, 1990. 6 с.
12. Федоров Ю.А., Минкина Т.М., Шипкова Г.В. Тяжелые металлы в ландшафтах верховых болот Псковской области // География и природные ресурсы. 2017. № 2. С. 46–55. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2017-2(46-55).
13. Касимов Н.С., Власов Д.В. Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2015. № 2. С. 7–17.
Несмотря на общемировую тенденцию снижения выбросов загрязнений в окружающую среду [1], металлы (в том числе элементы 1 и 2 классов опасности) остаются в числе наиболее распространенных поллютантов. Основные источники загрязнения торфяных залежей опасными элементами – атмосферные выпадения из стационарных источников (промышленных объектов черной и цветной металлургии, энергетики и производства минеральных удобрений), гидрогенное загрязнение промышленными сточными водами, разливы нефти и солевых растворов, отвалы золы, шлака, руд, шламов, свалки бытовых отходов и автотранспорт.
На территории Архангельской области (АО) распространены преимущественно верховые болота [2], торфяные отложения которых обладают высокой способностью аккумулировать загрязняющие вещества из окружающей среды. Большая часть торфяных болот региона не подвергается прямому антропогенному воздействию. Однако в АО расположены предприятия лесопромышленного и топливно-энергетического комплексов, космодром и ядерный полигон, которые оказывают свое влияние на экологическую обстановку в регионе. Кроме того, через эту территорию проходят воздушные массы, способные приносить с собой антропогенные примеси [3] с различных направлений, включая мощные промышленные регионы (Мурманскую и Свердловскую области, Красноярский край и др.), а также страны Европы.
Таким образом, для территории Архангельской области изучение содержания металлов в торфяных отложениях болот – актуальная задача. Это необходимо не только для мониторинга состояния болотных экосистем и контроля атмосферных выпадений примесей, но и для оценки качества и чистоты торфа как сырья для последующей переработки. Ранее авторами было изучено поступление металлов на поверхность болот Архангельской области вследствие атмосферного переноса [3]. Следует отметить, что для территории Архангельской области имеются отдельные исследования, посвященные содержанию металлов в торфяных почвах [4–6]. Наиболее изучен в этом отношении Иласский болотный массив, который является базой для многолетних исследований широкого круга специалистов. Что касается болот Онежского и Мезенского районов области, то публикации по данной тематике отсутствуют.
Цель данной работы заключается в изучении и оценке содержания металлов (Cr, Co, Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Hg) и As в торфяных отложениях трех верховых болот региона и их сравнение между собой.
Материалы и методы исследования
Для исследования выбраны три верховых болотных массива, расположенных на территории Архангельской области – Иласский болотный массив (64°19’43" N, 40°36’45" E), Трофимовское болото (65°52,099’ N, 44°15,172’ E) и болото Большой Мох (63°49’20.8" N, 38°29’48.5" E). Все точки отбора находятся в отдалении от промышленных объектов, автотранспортных магистралей, свалок и прочих источников загрязнения металлами.
Иласский болотный массив (ИБМ) – типичное плосковыпуклое олиготрофное болото, расположено в 30 км на юго-юго-западе от г. Архангельска в заболоченной части зоны таежных лесов на водоразделе рек Брусовица, Шухта и Бабья, входящих в бассейн Северной Двины. Болото относится к Прибеломорской болотной провинции. Торфяная залежь сложена в основном сфагновыми мхами с примесью древесины сосны в нижних горизонтах. Степень разложения, оцененная в полевых условиях, не превышает 30 % – верхние горизонты отличаются слабым разложением растительных остатков (5–10 %), с увеличением по глубине залегания до 25–30 %. Подстилающие породы – моренные суглинки и глины. Уровень грунтовых вод в течение полевого сезона изменяется от 0 до -30 см.
Трофимовское болото (ТБ) находится на правом берегу р. Мезень, в Мезенском районе Архангельской области, и представляет собой мелкобугристое олиготрофное болото. Торфяная залежь характеризуется высокой однородностью ботанического состава. Доминируют сфагновые мхи и кустарнички. Степень разложения по всей глубине залежи равномерно увеличивается от 0–5 % до 10–15 %. Подстилающие породы – озерно-ледниковые и ледниковые пески и супеси. Грунтовые воды выходят на поверхность.
Болото Большой Мох (БМ) расположено вблизи с. Порог в Онежском районе Архангельской области, относится к провинции северо-восточноевропейских сфагновых верховых болот (онежско-печорский тип). На данной стадии развития болотный массив представляет собой плосковыпуклое олиготрофное болото. Профиль торфяной залежи имеет характерное для болот данной провинции строение. Верхний слой (примерно до 1 м) однородный, сложенный сфагновым верховым торфом со степенью разложения не более 10 %. В слоях торфа ниже 1 м резко повышается степень разложения до 25–30 %, торф переходный с заметным присутствием осоковых и древесных остатков. Далее вниз по профилю он остается переходным однородным по ботсоставу, степень разложения увеличивается до 40–50 %. Подстилающие породы – озерно-ледниковые и ледниковые супеси и суглинки. Уровень грунтовых вод близок к дневной поверхности.
Физико-химические показатели торфяных отложений трех болотных массивов Архангельской области
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СЕРЫВ ФОНОВОМ И ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОМ БОЛОТАХ[3] Л. В. Карпенко
Приводится сравнительный анализ содержания тяжелых металлов и серы в торфах фонового и техногенно загрязненного болот.
Исследования проводились в районе сильного воздействия аэротехногенных выбросов ОАО ГМК «Норильский никель», который относится к третьей зоне нарушенности [1].
В геоморфологическом отношении территория исследований представляет собой низменную аккумулятивную равнину водно-ледникового генезиса, подверженную устойчивым неотектоническим опусканиям (так называемая Норильская котловина), по которой протекает р. Рыбная. Фоновые высоты составляют 60-100 м и последовательно нарастают к югу. Поверхность в целом плосковолнистая, с преобладающими уклонами 0-1°.
Почвы преимущественно легкосуглинистого или супесчаного гранулометрического состава. Повсеместно распространена мерзлота, которая залегает на глубине в среднем 0,5-0,6 м и играет роль водоупора. По этой причине, несмотря на облегченный состав почвообразующих пород, равнинные участки поверхности с малыми уклонами дренируются недостаточно и почти сплошь заболочены.
В ботанико-географическом отношении - это подзона равнинных лесотундр. Соответственно, главные зональные компоненты растительности здесь - низкопродуктивные леса северотаежного облика и мохово-лишайниковые тундры. По причине ослабленной дренированности территории характерными элементами ландшафта являются также мерзлые мохово-лишайниковые болота, образующие обширные комплексы с тундрами и лесными рединами.
Объектом наших исследований являлось низинное травяно-моховое болото, залегающее в неглубокой водораздельной депрессии на первой надпойменной террасе р. Рыбной. Его обследование в полевых условиях проводилось традиционными методами. Для установления уровня загрязнения болотной экосистемы тяжелыми металлами и серой в различных элементах микрорельефа болота были взяты образцы торфа на глубине 0-5 и 5-10 см.
Химический анализ торфа выполнен в сертифицированной лаборатории Института биофизики СО РАН (г. Красноярск) с использованием метода атомноабсорбционной спектрометрии.
Микрорельеф болота образуют плоские торфяные бугры с мерзлым минеральным ядром, мочажины различной степени увлажнения, микроповышения (остатки деградированных сфагновых гряд, состоящие из собственно бугра, валиков и пятен «выливания»), пятна торфа, почти лишенные растительного покрова («голый» торф) и многочисленные озера. Приводим краткое описание растительности болотных комплексов.
Естественный растительный покров плоских торфяных бугров сильно нарушен. Куртинами встречаются низкорослый багульник (Ledum decumbens) и кассандра (Chamaedaphne calyculata). На отдельных кочках и бугорках растут злаки: вейник (Cala- magrostis langsdorffii, C. neglecta), овсяница овечья (Festuca ovina) и алтайская (F. altaica), мятлик (Poa palustris), зубровка (Hierochloe spp.). В микропонижениях встречаются морошка (Rubus chamaemorus), водяника (Empetrum nigrum), звездчатка (Stellaria spp.), хвощ
полевой (Equisetum arvense). Степень покрытия плоского торфяного бугра травянистой растительностью - sp.-sol. Мохово-лишайниковый покров на поверхности бугров отсутствует.
Растительность мочажин с открытой водной поверхностью образована мощными зарослями пушиц: многоколосковой (Eriophorum polystachyon L.), Шейхцера (E. scheuchzeri) и рыжеватой (E. russeolum). Рыхлый моховый ковер, имеющий характер сплавин, на 100 % переплетенных талломами Cephalozia connivens.
В растительном покрове сухих мочажинах доминируют осоки кругловатая (Carex rotundata) и прямостоячая (C. stans). Редко встречаются пушица, вейник, хвощ, морошка, багульник. Степень покрытия мочажин растительностью не более sol.-sp.
Древесный ярус деградированных моховых гряд представлен единичными сухими мертвыми лиственницами. Поверхность гряд устлана отбеленными отмершими остатками ив и кустарничковой березы. Здесь изредка произрастают низкорослая морошка и багульник, имеющие красно-фиолетовые и оранжевые листья.
Живой моховый покров отсутствует. Кое-где на поверхности деградированного торфа заметны пятна от кладоний, но морфология их сильно нарушена и таллом вместо кустисто-разветвленного приобретает вид щетинистой накипной корки [1].
На валиках, окаймляющих пятна выливания, доминируют низкорослые ивы. Из травянистой растительности редко произрастают пушицы, вейник, хвощ, осоки, мытник болотный (Pedicularis palustris) и нардосмия (Nardosmia frigida). На пятнах «выливания» встречаются хвощ, пушица, вейник, осоки, мытник, соссюрея (Saussurea parvifolia), кипрей (Epilobium palustre). Степень покрытия растениями не превышает sp.-sol.
Пятна «голого» торфа заняты редко растущей пушицей рыжеватой и Шейхцера, осоками вздутой, плетевидной и прямостоячей и сильно деградированными зелеными мхами. По краям пятен имеются валики из торфа, на которых растут вейник незамечаемый, овсяница овечья, мятлик арктический. Болотные кустарнички достигают в высоту не более 3-5 см, степень проективного покрытия - sol. Они имеют распластанную форму кустов, листья пожухлые, красно-фиолетового цвета. Деградированный моховый покров по окрайкам пятен образован Drepanocladus aduncus, D. lycopodioides, Meesia triquetra.
Таким образом, геоботаническое обследование болота свидетельствует, что из растительного покрова полностью выпали лиственница, кустарничковая береза, ивы, сфагновые мхи и лишайники, значительно поражен листовой аппарат морошки. Токсический эффект проявился и в изменении структуры растительного покрова мерзлых бугров пучения - здесь широкое развитие получили несвойственные гидроморфным ландшафтам злаковые группировки.
Характеристика торфяной залежи. Торф на грядах и буграх, лишенный естественной растительности, сильно минерализован, засорен древесными остатками отмерших болотных кустарничков и лиственницы. Он сухой, имеет слоистую структуру, слабо связан с нижележащим слоем. Происходит интенсивное разрушение торфа в мочажинах, о чем свидетельствуют пятна «голого» торфа.
Торфяная залежь маломощная, не превышает 0,5 м. Верхние и средние слои сложены низинными гипновым и осоковым видами торфа, в основании залежи залегают древесно-травяной и древесно-осоковый торфа. Влажность торфа варьирует слабо - 78,5 %, увеличиваясь с глубиной залежи. Степень разложения торфа низкая и колеблется по слоям от 3,0 до 17,0 %. Торф отличается повышенной зольностью - от 12,5 до 36,5 %, а, следовательно, и высоким объемным весом - 0,45-0,90 г/см3. На отдельных участках болота он сильно минерализован, о чем отмечалось выше и его зольность аномальна для торфов - 46,0-62,0 %.
Сравнительный анализ содержания в торфе тяжелых металлов и серы. Как следует из таблицы 1, максимальная аккумуляция всех исследованных химических элементов отмечается в поверхностном (0-5 см) слое торфа, причем их концентрация, в зависимости от микрорельефа, сильно варьирует: по меди - от 121,9 до 869,5; по никелю - от 181,0 до 1641,0; по кобальту - от 14,7 до 48,7; по свинцу - от 8,8 до 26,6. В нижележащем слое торфа (5-10 см) концентрация почти всех химических элементов значительно уменьшается.
Максимальное количество всех элементов содержится в образцах торфа, отобранных из пятна «голого» деградированного торфа: меди - 869,5, никеля - 1365,9, кобальта - 48,7 и свинца 26,6 мг/кг. Немного менее загрязненными являются образцы торфа, отобранные из сухой мочажины, где концентрации меди, никеля, кобальта и свинца равны, соответственно, 705,3; 1641,0; 38,2 и 18,6 мг/кг. Третье место по содержанию техногенных поллютантов занимает мочажина с открытой водной поверхностью, где в торфе содержится меди - 610,9; никеля - 1286,9; кобальта - 26,8; свинца - 23,7 мг/кг.
Степень техногенного загрязнения образцов торфа, отобранных из сухой деградированной моховой гряды и плокобугристого комплекса, намного ниже по сравнению с вышеперечисленными элементами микрорельефа болота. Так, в торфе из деградированной моховой гряды концентрация меди составляет 193,5; никеля - 309,6; кобальта - 15,6; свинца - 8,8 мг/кг.
Меньше всего тяжелых металлов содержится в образцах, отобранных из плоского торфяного бугра: меди - 121,9; никеля - 181,0; кобальта - 14,7; свинца - мг/кг.
Коэффициент рассчитывался по формуле: Кс = Ci / Сф, где Ci - концентрация i-го химического элемента в исследуемом объекте, Сф - фоновое содержание элемента.
Так как на данный момент нет сведений о ПДК тяжелых металлов и серы в торфах исследованной территории, для анализа загрязнений мы применили коэффициент техногенной концентрации химического элемента - Кс, который характеризует степень его концентрирования в техногенно загрязненном болоте (долина р. Рыбная) относительно фонового содержания. В качестве фона приняли содержание исследуемых элементов в торфе болота, расположенного в долине р. Горбиачин, территории, значительно удаленной от источника выбросов (см. табл. 1).
Как следует из табл. 1, варьирование коэффициента концентраций по меди в поверхностных слоях торфа (0-5 см) на различных элементах микрорельефа болота составляет от 13,1 до 93,5 раз, а в слое 5-10 см величины превышений намного меньше - 0,7-14,8 раз. Превышения коэффициентов концентрации по никелю в поверхностном слое торфа варьируют от 24,8 до 224, 8 раз; в слое 5-10 см - от 2,6 до 75,5 раз. Коэффициент техногенной концентрации по кобальту показывает, что содержание элемента в слое торфа 0-5 см превышает фон в 6,1-20,3 раза, а в слое 5-10 см - в 1,1-9,2 раза. На двух элементах микрорельефа болота коэффициент концентрации свинца ниже фона - в торфе из плоскобугристого комплекса и из сухой деградированной моховой гряды - 0,4-0,5 раз. На остальных микрокомплексах превышение над фоном составляет 1,9-4,8 раз.
В загрязнении болот, как и всей природы северной тайги и лесотундры Красноярского севера, большую роль играют выбросы НГМК оксидов и диоксидов серы. Диоксид серы составляет около 95 % отходящих газов предприятий комбината [2].
Далее рассмотрим уровень концентрации техногенного загрязнения торфяных почв валовой серой, сравнивая его с фоном (содержанием серы в торфе болота «Горбиачин»).
Расчеты показали, что коэффициент техногенной концентрации химического элемента в поверхностных образцах торфа (0-5 см), отобранных из мочажины с открытой водной поверхностью, сухой мочажины и пятна «голого» торфа равен 4,1, 4,8 и 1,9 раз, соответственно (табл. 2).
В слоях торфа, расположенных на глубине 5-10 см, содержание серы и коэффициент концентрации значительно меньше. В образцах торфа, отобранных из плоского торфяного бугра и сухой деградированной моховой гряды содержание валовой серы ниже фона и коэффициент техногенной концентрации ниже единицы. Это можно объяснить тем, что торф этих элементов микрорельефа подвергся значительной деградации с глубоким разрушением органического вещества, что привело к снижению его способности поглощать серу.
Читайте также: