3 курс / 2 семестр / Экология ландшафтов / Глазовская_2012

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

почвенного профиля. Изменения заключаются в присутствии в приповерхностных горизонтах (на глубине до 6 см) сцементированных битуминизированных окисленных тяжелых компонентов нефти. Остаточное содержание нефти и нефтепродуктов в таких почвах в карстовом логе превышает 50 000 мг/кг, а в почвах левобережного профиля достигает 6000 мг/кг.

Также в пределах левобережного профиля выделены загрязненные почвы с очень высокими остаточными концентрациями нефти и нефтепродуктов, более чем в тысячу раз превышающими фоновые значения,нобезвидимыхморфологическихпризнаковзагрязнения.Несмотрянавысокиеконцентрациинефти и нефтепродуктов (свыше 180 000 мг/кг), в этих почвах загрязнение не оказывает влияние на морфологию горизонтов, что говорит о том, что поступление загрязняющих веществ на поверхность почвы произошло недавно,икомпонентынефтиинефтепродуктовещенеподверглисьокислениюицементации.Такимобразом, можно говорить о различном времени поступления загрязнителей на разных участках [4].

Выявлена трансформация щелочно-кислотных свойств загрязненных почв, как в пределах карстового лога, так и на склоне. Ее направленность зависит от типа и состава поступившего загрязняющего вещества. Там, где загрязнителем являются нефть и нефтепродукты, наблюдается слабое подщелачивание почвенного профиля, а на участке, где в состав загрязняющего потока входят буровые растворы, содержащие кислоты, наблюдается значительное подкисление почвенного профиля.

Максимальные концентрации нефти и нефтепродуктов в загрязненных почвах приурочены к верхней части профиля. Как на водораздельных и склоновых участках, так и в почвах карстового лога накопление загрязняющихвеществпроисходитнаорганогенно-сорбционныхбарьерахпоповерхностно-аккумулятивному типураспределения.Сглубинойвнизпопочвенномупрофилюсодержаниенефтиинефтепродуктовснижается. Характеррадиальногораспределениязагрязняющихвеществговоритолокальномповерхностномзагрязнении. Латеральное внутрипочвенное перераспределение поллютантов было выявлено только в сопряженном ряду почв карстового лога, где миграция загрязняющих веществ может происходить как путем внутрипочвенного перераспределения, так и по подземным трещинам и каналам миграции. Перераспределение загрязняющих веществ ниже по склону прослеживается на расстоянии до 10м от ядра загрязнения.

Такимобразом,впроцессеисследованиябылсделанвыводотом,чтоособенностью поведениянефтив карстовых ландшафтах на исследуемом участке является низкая доля латеральной миграции в общем объеме перераспределения загрязняющих веществ. Наличие карстовых трещин и каналов миграции способствует преимущественнорадиальномуперераспределениюзагрязняющихвеществ,тогдакакзаметноголатерального перераспределения ореола загрязнения фактически не происходит.

Литература

1.Валуйский С.В. Пещеры Пермской области. Екатеринбург. 2000. 135с.

1.Районирование территории Пермской области по степени риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и природно-техногенного характера с экологическими последствиями. Отчет. Пермский государственный университет (рукопись). Пермь. 2005. 55с.

2.Герасимова М.И. и др. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Учебное пособие. Под редакцией ак. РАН Г.В. Добровольского. Смоленск: Ойкумена. 2003. 268с.

3.Солнцева Н.П. Принципы и методы экспериментального моделирования миграции и закрепления нефти и нефтепродуктов в почвах//Геохимия ландшафтов и география почв, под ред. Н.С. Касимова, М.И. Герасимовой. Смоленск: Ойкумена. 2002. с. 65 – 90.

УДК 550.4

СПЕЦИФИКА ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЕХНОГЕННЫХ АКВАЛЬНЫХ ЛАНДШАФТАХ

А.Ю. Опекунов

Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, e-mail: [e-mail]

Одна из важнейших особенностей техногенных аквальных ландшафтов – формирование механических и физико-химических техногенных барьеров, которые определяют характер миграции вещества. Причина

– высокий градиент физико-химических показателей. На барьерах в донных отложениях формируется определенная ассоциативность элементов, отражающая химическую специфику техногенеза. Проявление техногенных барьеров многообразно и комплексно. Среди основных классов техногенных барьеров необходимо выделить окислительные, восстановительные, кислотные, щелочные и сорбционные. На каждом из них формируется свой тип техногенных илов.

Активность геохимических процессов в техногенных аквальных ландшафтах во многом обусловлена отсутствием стадий выветривания и переноса материала, поступающего в составе промышленных и коммунально-бытовыхсбросов,чтоявляетсянеотъемлемойчастьюосадкообразованиявприродныхусловиях. В зону техногенеза химические вещества и элементы (во многом в виде ионов) поступают, имея высокую потенциальную энергию взаимодействия, при этом переменновалентные элементы, как правило, находятся в высших степенях окисления под влиянием сильных окислителей.

В.П. Зверев показал [1], что в ходе осадочного процесса минеральное вещество претерпевает, по меньшей мере, 7-8 переходов из одной гидрогеохимической обстановки в другую. Это приводит к изменению химической энергии в связи с перераспределением в жидкой фазе активных компонентов и с отводом перешедших из твердой в жидкую фазу продуктов реакции при взаимодействии воды и породы. По мере

240

Доклады Всероссийской научной конференции

прохождения этапов седиментогенеза происходит уменьшение массы природных вод, взаимодействующих с минеральным веществом, скорости движения этих вод, и увеличивается время контакта. В этом случае растет содержание элементов в жидкой фазе, и снижается степень неравновесности вод с минералами. Происходит уменьшение кинетических показателей преобразования вещества от этапа мобилизации до этапа диагенеза на несколькопорядков.Вусловияхантропогенногозагрязненияколичествогидрогеохимическихпереходоврезко сокращается (иногда до 1-2), также как и время переноса материала. Это сохраняет химический потенциал веществ, реализующийся непосредственно в зоне техноседиментогенеза. Например, общий алгоритм преобразований высокомолекулярных ОВ сводится к потере функциональных групп, разрушению кратных связей, последовательной ароматизации и возникновению высококонденсированных структур. По мере утратыорганическимвеществомфункциональныхгруппвероятностьучастиявсорбционномвзаимодействии

иобразования устойчивых комплексов снижается. Иными словами, продолжительность переноса сказывается на химической активности ОВ, которая падает с увеличением времени пребывания в зоне гипергенеза и наоборот сохраняется при минимальной длительности миграции в бассейн стока.

Высокий химический потенциал обусловлен и значительной контрастностью кислотно-щелочных и окислительно-восстановительныхусловий,степеньюминерализации,различиямивгидрохимическомсоставе сточных и природных вод.

По этим причинам в зоне техноседиментогенеза увеличивается доля легкоподвижных фаз – явление, называемое антропогенной инверсией форм. В высококонтрастных гидрохимическом и геохимическом полях сбольшимколичествомионовизаряженныхчастицактивноразвиваетсяфизико-химическоевзаимодействие. Проходит коагуляция и флокуляция тонкодисперсных взвешенных частиц. При активной адсорбции микроэлементов возрастает доля поверхностно-сорбированных и обменных форм. Активизируются процессы ионного обмена. Высокие содержания кальция в техногенезе становятся причиной адсорбции и включения в кальцит и другие минералы кальция микроэлементов. Органические вещества вовлекают катионы в органоминеральные комплексы и соединения. В зоне техногенеза имеют довольно широкое распространение комплексоны – хелатообразующие соединения, хорошо растворимые в воде, способные эффективно экстрагировать металлы. Здесь уместно вспомнить слова Ф.И. Тютюновой: «Современная техногенногеохимическая деятельность человечества отличается повышением значимости комплексных соединений…» [2].

Вприродныхусловияхформымикроэлементоввдонныхотложенияхвпорядкеубыванияпредставляют следующий ряд: оксидные (кристаллические) ≈ силикатные > органические > карбонатные > обменные формы [3]. Причем крайние члены этого ряда по содержанию в осадках могут различаться в 10 и более раз. Частообменныеформы,т.е.наиболееподвижныевзонегипергенеза,вфоновыхобстановкахсоставляютдоли или первые проценты от общего содержания. Эти показатели в техногенных аквальных ландшафтах резко меняются. В окисленных техногенных илах аналогичный ряд представлен следующей последовательностью: органические > обменные ≈ карбонатные > силикатные > гидроксидные ≈ кристаллические. В восстановительной глеевой среде: сорбционно-карбонатные ≈ органические > гидроксидные ≈ силикатные > кристаллические. При этом доля легкоподвижных форм может составлять 50-60% и более. В сероводородной обстановке соотношение форм (для халькофилов) отражается следующей последовательностью: сульфидные >> органические ≈ кристаллические и силикатные > сорбционно-карбонатные. Здесь соотношение форм в определенной мере зависит от сродства металлов к сере. К этому следует добавить, что подвижные формы микроэлементов в условиях химического загрязнения имеют высокую положительную корреляционную связь с их валовыми содержаниями [4, 5].

Одна из ведущих природных закономерностей формирования геохимической структуры донных осадков заключается в увеличении содержания большинства микроэлементов в пелитовой фракции донных осадков,чтообусловленопроцессамисорбцииметалловглинистымиминераламииорганическимвеществом. Втехногенныхилахфиксируетсяослаблениеилиотсутствиеположительнойкорреляциимеждусодержаниями металлов и пелитовой фракции. При этом отмеченная особенность усиливается по мере увеличения уровня антропогенного воздействия и роста содержания металлов. В целом это свидетельствует о незавершенности процессов механической дифференциации материала в техноседиментогенезе, где преобладают механизмы химической и физико-химической дифференциации.

Ассоциациихимическихэлементоввтехногенныхаквальныхландшафтахнаследуютэлементныйсостав отходовпроизводства.Этаособенностьнеоднократноотмечаласьвлитературеиподтвержденасовременными исследованиями.Совместноеиспользованиевтехнологическихпроцессаххимическихэлементовнезависимо от их позиции в периодической системе, присутствие в зоне техногенеза разнообразных органоминеральных

иминеральных соединений приводят к формированию техногенных ассоциаций, не имеющих ничего общего с природными парагенезисами. К наиболее принципиальному отличию техногенных ассоциаций можно отнести отсутствие ассоциативности химических элементов по кислотности магматических пород, широкое распространение так называемых «запрещенных ассоциаций», т. е. парагенезисов, которые в природных условиях не образуются.

Характеризуя специфику геохимии техногенных ландшафтов, следует указать на процессы минералообразования,средикоторыхведущеезначениеимеюткристаллизацияираскристаллизация.Впервом случае происходит образование новых минеральных фаз при высоком насыщении воды соответствующими катионами и анионами и изменении pH. Например, при воздействии горнопромышленного производства из кислых вод, насыщенных сульфатами и ионами меди, цинка и кадмия, при повышении pH наблюдается осаждение купоросов меди в виде халькантита и брошантита [2(CuSO4×5H2O) и Cu4(SO4)(OH)6], цинка в виде

241

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

госларита (ZnSO4×7H2O), а также сульфата кадмия (CdSO4) [5]. При раскристаллизация в результате фазовой неустойчивостидисперсныхсистемпроисходитобразованиекристаллическихфазизаморфныхминеральных образований (гидроксидов, сульфидов и т. д.).

При такой активности и направленности геохимических процессов трансформация природных аквальных ландшафтов ведет к постепенному переходу от биогеоценотически разнообразных абразионных, абразионно-аккумулятивных ландшафтов к пустынным аккумулятивным, формирующимся в условиях техноседиментогенеза.

Литература

1.Зверев В.П. Гидрогеохимия осадочного процесса. Тр. Геол. ин-та РАН, вып. 477. Наука, 1993.

2.Тютюнова Ф.И. Гидрогеохимия техногенеза. М., Наука, 1987. 335 с.

3.Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода – взвешенное вещество – донные отложения речных экосистем: аналит. обзор. Новосибирск, 2001. 58 с.

4.Даувальтер В.А. Оценка экологического состояния поверхностных вод по результатам исследования химического состава донных осадков. Учебное пособие. Мурманск, изд-во МГТУК, 2006. 90 с.

5.Опекунов А.Ю., Леонтьева Л.В., Куприна М.С. Геохимические особенности современного осадкообразования в районе разработки Сибайского медноколчеданного месторождения (Южный Урал). // Вест. С.-Петерб. ун-та, 2010, сер. 7, вып. 2 (№ 15). С. 84-98.

УДК 550.4

АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ЛАНДШАФТОВ СЕВЕРА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПОД ВЛИЯНИЕМ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

М.Г. Опекунова, А.Ю. Опекунов, С.Ю. Кукушкин

СПбГУ, Санкт-Петербург, e-mail: [e-mail]

Нефтегазодобыча на севере Западной Сибири сопровождается ландшафтно-деструктивными, фоновопараметрическими и эмиссионными воздействиями на окружающую среду. Масштабы изменения природнотерриториальных комплексов (ПТК) оцениваются специалистами по-разному. Исследования, проведенные авторами в период с 1993 г. по 2011 г. на территории 27 лицензионных участков и 8 производственных объектов ЯНАО, позволяют установить степень трансформации ландшафтов на локальном, территориальном и региональном уровнях.

Химическое загрязнение компонентов ПТК контролировалось по комплексу ингредиентов:

-тяжелые металлы (ТМ – Cr, Ni, Pb, Co, Fe, Hg, Mn, Zn, Cu),As, металлы-индикаторы загрязнения при нефтегазодобыче (Ba, V) – во всех изученных компонентах ПТК (в почвах, снеге, воде, донных осадках и растениях);

-нефтяные углеводороды (НУ) – в почвах, снеге, воде и донных осадках;

-полихлорбифенилы (ПХБ) и полиароматические углеводороды (ПАУ) – в почвах и донных осадках;

-анионно-катионный состав, нитриты, нитраты, аммоний, фосфаты – в воде;

-радионуклиды – в почве и донных осадках.

Сопряженный анализ ландшафтно-геохимической ситуации и содержания ТМ в почвах естественных ПТК свидетельствует о том, что особенности их аккумуляции меняются при переходе от полигональных к типичным тундрам и лесотундрам (табл.). Наблюдается снижение концентрации Mn, Zn, Cu, Ni, Hg и Co в органогенных горизонтах почв от полигональных к плоскобугристым и крупнобугристым торфяникам. КонцентрацияPb,Cd иAsвторфеостаетсяпрактическипостоянной,аваловоесодержаниеCr иVсущественно увеличивается в полигональных торфяниках. Противоположной закономерностью отличается широтное распределение Ba, концентрации которого в крупнобугристых торфяниках соответственно в 2 и 3 раза выше, чем в плоскобугристых и полигональных. Накопление ТМ в иллювиальных горизонтах почв увеличивается от полигональных тундр к лесотундрам. Наряду с естественной геохимической дифференциацией ПТК, определенный вклад вносит загрязнение окружающей среды при обустройстве месторождений.

Локальныйуровеньотражаетрезультатыхозяйственнойдеятельностинаконкретныхпроизводственных объектах (скважины, УКПГ, карьеры, линейные объекты и др). Максимальным уровнем техногенных нагрузок характеризуются ПТК в радиусе 1 км от источников воздействия. Здесь наблюдаются химическое и тепловоезагрязнение,ландшафтно-деструктивныенарушения.Наиболеераспространенныйвидхимического воздействия – загрязнение воды, донных осадков и почв НУ, вызванное разливами нефти и газоконденсата, а также складированием бурового шлама и сбросом межпластовых вод.

Концентрации НУ в загрязненной воде озер составляют, как правило, 0,020-0,025 мг/л и в большинстве случаев не достигают значений ПДК. Лишь в отдельных аквасистемах концентрации НУ могут превышать ПДК для рыбохозяйственных водоемов (до 0,160 мг/л). По данным метода инфракрасной спектроскопии содержание НУ в почвах зависит от генетического горизонта и обусловлено присутствием углеводородов как антропогенного, так и природного происхождения. В поверхностном слое почв концентрация НУ достигает 318-598 мг/кг, в иллювиальном горизонте – 16-161 мг/кг. В единичных пробах максимальное значение НУ (1088-4115 мг/кг) превышает нормативный показатель (1000 мг/кг).

Применение флуориметрического метода позволяет удалить влияние природных углеводородов на количество НУ в почвах. Результаты исследований показывают, что при этом содержания НУ в торфянистых горизонтах снижаются до 30-130 мг/кг, в иллювиальных горизонтах – до 5-20 мг/кг. В загрязненных почвах

242

Доклады Всероссийской научной конференции

вблизи скважин обнаружены высокие концентрации ПАУ (нафталина, флуорантена, бенз/a/антрацена и др.). На территории месторождения выделяются участки локального загрязнения почв ТМ, концентрации которых превышают ОДК. Минеральные почвы преимущественно загрязнены Ni (>20 мг/кг) и Cd (>0,52 мг/ кг). Почвы вблизи разведочных скважин обогащены Ва, что обусловлено загрязнением буровыми растворами. В поверхностных горизонтах почв вблизи скважин и дорог отмечено превышение ПДК для Pb (до 50 мг/ кг). Расчет показателя суммарного загрязнения почв свидетельствует о среднем и сильном загрязнении ТМ (Zc=17-36) вблизи старых разведочных скважин. Слабое загрязнение почв обычно связано со строительством

объектов инфраструктуры промыслов, ВЖК, УКПГ, разработкой карьеров и влиянием автотранспорта. ЛокальноезагрязнениеПТКприпроведениибуровыхработотражаетсявповышеннойаккумуляцииCu,Ni

и Cd в лишайнике Cladonia alpestris, а также Ba, Cd, Zn и Pb в бруснике Vaccinium vitis-idaea, голубике Vaccinium uliginosum и багульнике Ledum decumbens. Их высокие концентрации отмечаются в растениях, произрастающих вблизи карьеров, скважин, перекрестков дорог и указывают на преимущественно аэротехногенное поступление.

На территориальном уровне в пределах лицензионных участков химическое загрязнение проявлено слабо. В целом в компонентах ПТК отмечаются фоновые концентрации химических веществ. Солевой состав природных вод соответствует сульфатно-натриевому или гидрокарбонатно-натриевому типам. Концентрация большинства ТМ в почвах ниже кларковых в 3-9 раз. Исключение составляют близкие к кларку количества Cu и Ni, обусловленные геохимическими особенностями почвообразующих пород. Химический состав индикаторныхвидоввыделяетсязначительнойстабильностью.Уровеньактивностирадионуклидовивеличина β-излучения в почвах и донных осадках на локальном и региональном уровнях находятся в пределах фона и обусловлены естественной радиоактивностью. Даже на Яро-Яхинском лицензионном участке, где в 1988 г. проведен подземный ядерный взрыв, увеличения γ-активности, показателя β-излучения, а также активности искусственных радионуклидов в почвах, воде и донных осадках не установлено.

Однако при отсутствии должного экологического контроля химическое воздействие проявляется и на территориальном уровне. Примером служит лицензионный участок Юрхарово, где даже на удалении от действующихпромысловиразведочныхскважинзафиксированозагрязнениеНУиустановленыповышенные содержания Cu, Ba и Zn в компонентах ПТК.

Региональный уровень воздействия оценивается по состоянию рек первого и второго порядка, загрязнению почв и растительного покрова в регионе, устойчивости границ природных зон и подзон.

ИсследованиякрупныхрекпоказалиповышенныйфонсодержанияНУ,нонепревышающийнормативов для водоемов рыбохозяйственного назначения (0,05 мг/л): Обская губа – 0,009-0,021; р. Таз – 0,006-0,025; р. Надым – 0,002; р. Пур – 0,027-0,035 мг/л. Содержания ТМ и биогенных веществ находятся в пределах фона. ВысокиеконцентрацииFe,Mn иCuобусловленыприроднымифакторамиформированияхимическогосостава вод и типичны для всех поверхностных вод территории ЯНАО.

Таблица 1

Среднее содержание ТМ в почвах севера Западной Сибири, мг/кг

	ПТК	Месторождение	Генетический	n	Mn	Zn	Cu	Ni	Co	Pb	Cr
			горизонт
	и	Северо-Парусовое	Ат, Т	39	291	30	4,5	11,6	9,0	6,2	20
		ГКМ	В	43	145	32	11,4	12,6	4,4	6,4	17
	Полигональные тундры торфяники
		Парусовое ГКМ	Ат, Т	26	204	32	5,0	9,5	5,0	4,4	16
			В	32	113	23	6,2	9,6	3,9	5,9	13
		Южно-Парусовое	Ат, Т	22	282	29	5,4	10,8	6,5	5,9	19
		ГКМ	В	23	134	72	6,1	9,7	3,2	6,0	13
		Юрхаровское ГКМ	Ат, Т	35	179	29	24,0	14,4	5,6	4,8	5,8
			В	36	117	26	21,6	14,9	5,2	5,0	5,6
		Тазовско-Заполярное	Ат, Т	43	328	30	4,2	10,4	5,1	4,6	18
		НГКМ	В	40	160	30	6,6	10,9	3,8	5,4	15
		Северо-Самбургское	Ат, Т	33	313	31	4,6	12,4	4,3	5,0	9,0
	Типичные тундры и плоскобугристые торфяники	НГКМ	В	21	104	28	7,6	10,2	3,7	5,4	13
		Западно-Песцовое	Ат, Т	60	227	35	8,3	13,6	5,8	9,2	26
		ГКМ	В	47	342	37	10,9	16,3	7,4	11,5	58
		Самбургское НГКМ	Ат, Т	75	200	28	7,2	8,8	3,5	10,3	23
			В	57	96	18	4,7	6,0	2,6	5,9	25
		Северо-Пуровское	Ат, Т	41	37	16	4,5	5,9	1,8	4,8	2,4
		ГКМ	В	41	49	9,4	2,1	6,0	3,0	2,0	12
		Западно-Ярояхинское	Ат, Т	99	61	22	9,4	7,1	2,7	7,3	12
		ГКМ	В	21	164	20	5,6	8,1	4,0	8,3	28
		Надымское НМ	Ат, Т	25	90	21	4,6	4,3	2,0	7,0	3,6
			В	30	38	7,4	2,1	3,7	1,8	1,8	4,2

243

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

		крупнобугристыеторфяники	Яро-Яхинское ГКМ	Ат, Т	99	91	27	9,3	6,9	1,8	6,3	3,1
	ЛесотундровыеПТК и			В	96	164	16	4,3	4,4	1,8	3,5	6,5
			Северо-Часельское	Ат, Т	38	82	24	10,0	13,3	4,3	8,3	21
			ГКМ	В	28	435	40	9,7	20,1	8,5	10,4	72
			Береговое ГКМ	Ат, Т	44	471	43	6,8	9,4	4,4	20,4	25
				В	35	225	37	10,3	11,8	6,4	10,2	37
			Пырейное ГКМ	Ат, Т	35	142	26	4,6	5,9	2,1	11,7	13
				В	24	199	27	7,4	9,1	4,7	10,6	30
			Кынско-Часельский	Ат, Т	64	50	14	7,8	7,6	2,4	10,5	5,6
			участок	В	27	105	20	9,4	10,3	4,2	11,9	20

НарегиональномуровнепрослеживаетсялишьзагрязнениепочвидонныхосадковПХБ,обусловленное глобальным трансграничным переносом.

Региональный кларк растений значительно ниже средних показателей для растительности суши по В.В. Добровольскому, что указывает на отсутствие загрязнения в региональном масштабе. Смещения границ ландшафтных зон и подзон под влиянием техногенеза не наблюдается.

Таким образом, проведенные исследования указывают на локальное загрязнение ПТК вблизи объектов промысла и отсутствие значимой геохимической трансформации на территориальном и региональном уровнях.Результатынегативноговоздействиянефтегазодобычиотражаются,впервуюочередь,вландшафтнодеструктивном нарушении, вызванном развитием инфраструктуры промыслов и населенных пунктов.

УДК 631.417:631.46:631.42

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИМИ ПОЛЛЮТАНТАМИ КАК ФАКТОР ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ДЕГУМИФИКАЦИИ ПОЧВ

Е.Е. Орлова (1, 2), Н.Е. Орлова (1), Д.А. Самуленков (2), А.Д. Кирсанов (1)

(1)СПбГУ, Санкт-Петербург, e-mail: [e-mail];

(2)СПбНИЦЭБ РАН, Санкт-Петербург, e-mail: [e-mail]

Углерод является основным элементом гумуса почв – одного из главных компонентов почвы. Он является основой плодородия и экологической устойчивости почв, служит резервом питательных веществ необходимых растениям, источником энергии для микроорганизмов, от активности которых зависит скорость очищения и самовосстановления почв, при загрязнении их различными поллютантами. В современных условиях, характеризующихся постоянно увеличивающейся антропогенной нагрузкой на почвы, особую актуальность приобретает изучение факторов, обеспечивающих их сохранение, устойчивость и стабильность биогеоценотических функций [1, 2 и др.]. В почве устойчивость к деградации под влиянием различных воздействий в значительной степени обеспечивает органическое вещество, и в первую очередь, специфические гумусовыевещества.Практическивсеосновныепроцессы,характеризующиеэкологическуюустойчивостьпочв

– адаптация, рассеивание воздействия и регенерация – непосредственно зависят от содержания, реакционной способности,миграционныхиседиментационныхсвойствгумусовыхвеществиихсобственнойэкологической устойчивости. Последняя определяется как способность гумусовых веществ сохранять неизменными свой состав, химическую структуру и функциональные свойства при воздействии различных факторов [3].

Целью данной работы явилось изучение влияния нефтепродуктов (НП) и полиароматических углеводородов (ПАУ) на устойчивость и подвижность гумуса дерново-подзолистых почв.

Вполевых и лабораторных экспериментах изучено влияние загрязнения сырой нефтью (0,5-10%)

исистемой из 10 различных ПАУ (1-50 ПДК) на состав и свойства гумуса дерново-подзолистых легко- и среднесуглинистых почв различной степени окультуренности (Ленинградская обл.).

Показано, что, несмотря на различные уровень гумуссированности и гранулометрический состав исследуемых почв, нефть, попадая в них, оказывает на гумусовое состояние однотипное воздействие. Наблюдаетсядостоверноеувеличениесодержаниявсехгруппифракцийгумусовыхвеществ,сопровождающееся закономерным снижением степени их химической «зрелости», что проявляется в уменьшении доли ароматического ядра и увеличении алифатических цепей в молекулах. Падает реакционная способность гуминовых кислот, что связано с относительным уменьшением содержания кислых функциональных групп. Вследствие этого, нарушается способность прочно связывать и, тем самым, выводить из биологического круговорота различные загрязняющие вещества, в том числе тяжелые металлы [4].

Изменения, которые претерпевает гумус почв при загрязнении их нефтью, являются деградационными. То есть, резко ухудшается качество собственно почвенного органического вещества, снижается его устойчивость и нарушаются важнейшие экологические функции гумуса и почв в целом.

Наряду с изменением состава и структуры гумуса, установлено, что нефтяное загрязнение вызывает изменение важнейшего функционального свойства гуминовых кислот – их миграционной способности. Это свойство представляется весьма важным, поскольку от миграционной способности может, в том числе, зависеть такой опасный процесс как дегумификация почв.

Установлено,чтосростомуровнязагрязнениянефтьюпептизируемостьгуминовыхкислотисследуемых дерново-подзолистых почв в воде значительно возрастает. Так, степень пептизируемости гуминовых кислот

244

Доклады Всероссийской научной конференции

изученных в модельном эксперименте почв возрастает от 4% до 10-16%. При этом, чем больше нефти попадает в почву, тем выше становится и уровень пептизируемости гуминовых кислот исследуемых почв. Следует отметить, что все гуминовые кислоты дерново-подзолистых почв относятся к группе бурых и характеризуются слабой миграционной способностью. Степень пептизируемости их в воде, как правило, не превышает 10-12% [5]. Наблюдаемое повышение пептизируемости может негативно отразится на свойствах гумуса–онстановитсяболееподвижнымиуязвимым.Можновысказатьпредположение,чтовследствиеэтого качество гумуса при нефтяном загрязнении дерново-подзолистых почв снижается. Так, в природных условиях гуминовые кислоты, характеризующиеся повышенной пептизируемостью в воде, могут мигрировать по почвенному профилю. В климатических условиях таежно-лесной зоны с высоким уровнем увлажнения это может вызвать дегумификацию почв, а также снижение экологической устойчивости не только гумуса, но и почвы в целом.

Помимо нефтезагрязнений одной из наиболее острых экологических проблем является загрязнение окружающей среды, в том числе и почв, полициклическими ароматическими углеводородами. Они обладают токсичными, мутагенными и канцерогенными свойствами, отличаются высокой мобильностью и способностью к рассеиванию в биосфере. Попадая в почву, большая часть ПАУ необратимо связывается с почвенными компонентами.

Установлено, что при загрязнении дерново-подзолистых почв ПАУ резко возрастает миграционная способностьгумусовыхвеществ–более,чемв5раз,увеличиваетсясодержаниеводорастворимыхорганических веществ. Это в свою очередь, также может приводить к дегумификации почв. Необходимо подчеркнуть, что процессы, приводящие к увеличению содержания водорастворимого углерода, при невысоких и высоких дозах загрязнения почв ПАУ однонаправленны, хотя и различны по своей природе. Высокая биологическая активность почвы в вариантах опыта со слабым загрязнением почвы (1 и 5 ПДК) приводит к увеличению содержания лабильных форм органического вещества. В вариантах с высокими дозами загрязнения (более 10 ПДК) увеличение содержания водорастворимого углерода, происходящее на фоне подавленного функционирования почвенной биоты, по-видимому, может быть вызвано химическим взаимодействием ПАУ и почвенного органического вещества [6].

Таким образом, загрязнение дерново-подзолистых почв как нефтью, так и полиароматическими углеводородаминегативновлияетнагумусовоесостояние,втомчисле,значительноувеличиваярастворимость и подвижность гумусовых веществ, что может приводить к дегумификации почв и деградации гумуса.

Литература

1.Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М.: Изд-во МГУ, 1997. 102 с.

2.Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.:

Наука, 1996. 256 с.

3.Орлова Е.Е., Орлова Н.Е., Бакина Л.Г. Роль органического вещества в устойчивости почв к антропогенной деградации. Мат. междун. специализ. выставки и конф. «Акватерра – 2005» СПб, 1416 июня 2005 г. СПб. 2005. С. 394-399.

4.Бакина Л.Г., Орлова Е.Е., Соловьева А.В. Гумусовое состояние дерново-подзолистой почвы при нефтезагрязнении в полевом модельном эксперименте /Труды IV Всерос.конф. «Гуминовые вещества в биосфере», Москва, 19-21 декабря 2007. Москва. 2007. С. 340-345.

5.Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование (Методы и результаты изучения). Л.

Наука. 1980. 222 с.

6.Орлова Е.Е., Самуленков Д.А. Влияние загрязнения бенз(а)пиреном на органическое вещество дерново-подзолистой почвы// Гумус и почвообразование. Сб.науч.тр. СПбГАУ. СПб. 2007. С. 29-36.

УДК 631.41:631.453:930.26

ПАЛЕОПОЧВЫ КАК АРХИВ ДЛЯ ИСТОРИЧЕСКОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ СВИНЦОМ

Т.В. Пампура (1), В.А. Демкин (1), А. Пробст (2)

(1)Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, e-mail: [e-mail];

(2)«Эколаб», Высшая школа агрономии (ENSAT) Национального политехнического института, НЦНИ,

Тулуза, Франция, e-mail: а[e-mail]

Согласно общепринятой точке зрения, загрязнение окружающей среды свинцом началось уже несколько тысячелетий тому назад на заре развития металлургии и достигло в наше время глобальных размеров. Однако для количественной оценки масштабов современного загрязнения почвенного покрова, необходимо найти точку отсчета – незагрязненные «до-индустриальные» почвы. Нами была предпринята попыткаиспользоватьвэтомкачествапалеопочвы,погребенныеподкурганами бронзовогоижелезноговеков в степях нижней Волги. Изучены основные химические и морфологические характеристики, элементный состав, а также формы и изотопный состав свинца погребенных подкурганных и современных (придорожных ифоновых)почв.Хронорядисследованныхпочвохватывает4500лет.Археологическоедатированиенаоснове артефактов подтверждено радиоуглеродным датированием гумуса погребенных почв сарматского времени. Потенциальнаяспособностькургановпредохранятьпогребенныеподнимипочвыотвоздействиясовременных выпадений свинца была изучена при помощи короткоживущего изотопа 210Pb атмосферного происхождения

245

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

(неравновесный 210Pb). Показано, что, в пределах точности определения, присутствие современного атмосферногосвинцавпогребенныхпочвахдостовернонеподтверждается.Обобщениелитературныхданных по торфяным отложениям Европы показало смещение изотопного состава свинца атмосферных выпадений во времени под влиянием антропогенного фактора в сторону менее радиогенных составов. Результаты исследования донных отложений болота Харабулук, расположенного неподалеку от района исследования, показали, что коэффициенты обогащения свинцом верхних слоев торфяных отложений по сравнению с глубокими слоями относительно Sc, Тi иAl, несколько возрастают, а содержание валового свинца в отдельных приповерхностных слоях удваивается. Этот факт может служить свидетельством увеличения со временем антропогеннойсоставляющейватмосферныхвыпаденияхсвинцависследуемомрегионе.Однакопоследствия этого для почв неочевидны, вследствие возможной миграции металла и выносе его со временем за пределы почвенного профиля. Важную роль играет климатический фактор, когда похолодание и увеличение осадков может отчасти компенсировать поступление антропогенного свинца с современную почву по сравнению с погребенной за счет возрастания подвижности металла. Климатические реконструкции проводили на основе сравнения морфологических и химических характеристик погребенных почв и их современных аналогов. Показано, что катакомбные погребенные почвы (бронзовый век, 4500 лет назад) формировались в условиях более засушливого климата, в то время как среднесарматские почвы (железный век, 1900 лет назад) – менее засушливого по сравнению с современностью.

Результаты показывают, что придорожные почвы отличаются от всех остальных значительно более высокимсодержаниемсвинцавподвижнойиваловойформах,болеевысокойдолейподвижныхформ,атакже значительным обогащением почв свинцом по отношению к Ti, Sc, Аl. Изотопный состав свинца в валовой и подвижных формах значительно обогащен радиогенной составляющей и близок к составам свинца бензина, свинцовых руд и современных аэрозолей.

Удаленные от дорог современные почвы отличаются от погребенных почв в значительно меньшей степени, чем придорожные. Содержание и доля подвижных форм в общем пуле свинца несколько повышена в современных почвах по сравнению с погребенными. Это, с одной стороны, может свидетельствовать об антропогенном влиянии, с другой стороны, может быть объяснено естественными причинам (более высокая степень выветривания современных почв, большее содержание в них органического вещества и гидроксидов марганца). Изотопный состав подвижного свинца слегка смещен в современных почвах по сравнению с погребенными в сторону составов свинца бензина и атмосферных аэрозолей. Однако признаки возможного антропогенного воздействия, отмечаемые при анализе подвижной формы синца в современной удаленной от дорог почве, практически не проявлены в валовой форме. Наши данные по палеопочвам не подтверждают популярную идею о глобальном характере и высоком уровне загрязнения почв свинцом [1, 2, 3]. Повидимому, загрязнение почв в исследованном районе носит скорее локальный характер, обусловлено местным автотранспортом и проявлено вдоль дорог в пределах десятков метров.

Литература

1.Bindler R., Brännval M-L, Renberg I. Natural lead concentrations in pristine boreal forest soils and past pollution trends: a reference for critical load models. Environmental Science and Technology. Vol. 33. 1999. p.3362-3367.

2.Bindler R., Renberg I., Klaminder J. Bridging the gap between ancient metal pollution and contemporary biogeochemistry. Journal of Paleolimnology. Vol. 40. 2008. p. 755-770.

3.Renberg I., Brännvall M.-L., Bindler R., Emteryd O.Atmospheric lead pollution history during four millennia (2000BC to 2000AD) in Sweden.Ambio. Vol. 29. №3. 2000. р.150-156.

УДК 550.4:[551.444+911.2](574.4)

ГЕОХИМИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА

М.С. Панин, М.И. Панина

Семипалатинский государственный педагогический институт, Семей, e-mail: [e-mail]

Геохимия вод Восточного Казахстана определяется сложным взаимодействием многочисленных природных и техногенных факторов.

Города Восточно-Казахстанской области являются крупнейшими промышленными центрами Республики Казахстан, в которых функционируют гиганты цветной и черной металлургии, атомнопромышленного комплекса и теплоэнергетики.

Наряду с антропогенным влиянием огромный вклад на геохимию подземных вод региона вносит и природнаясоставляющая.Натерриториирегионасосредоточено24%балансовыхзапасовсвинца,41%цинка, 45%медиотобщереспубликанскихзапасов.Внедрахимеютсяместорожденияолова,тантала,титана,магния, никеля и кобальта, 50 месторождений золота. Из углеводородного сырья – крупные месторождения каменного угля и горючих сланцев, нефти. Балансовые запасы цветных металлов сосредоточены в 25 месторождениях. Зыряновское, Лениногорское, Никольское, Малеевское месторождения по запасам и ценностям не имеют равных в СНГ.

Складируемые отходы промышленных предприятий являются основными источниками загрязнения водоносного горизонта подземных вод. В накопителях отвальных продуктов (шламов, клинкера и терриконов шлаков) сосредоточено от 91 до 100% массы токсичных компонентов. Проведенная нами [1-2] оценка запасов компонентов накопленных и сохранившихся в отвальных продуктах (в тыс.т) и в горизонте dpQII-III составляет:

Hg –791,Tl –774,Cd–1839,As–12575,Se –729,Pb–31194,Zn –169523,Cu–36425,Fe–598358,Sb–2790,Sn

246

Доклады Всероссийской научной конференции

– 2002, Jn – 171,3, Bi – 86, Te – 20,Au – 1. Металлы, находящиеся в высоких концентрациях, выщелачиваются из отвалов твердых отходов и вносят свою лепту в увеличение потока загрязнения подземных вод и вод рек Иртыша и Ульбы, которые находятся в гидравлическом контакте с бассейном подземных вод.

Водоносный горизонт исследуемых подземных вод – аллювиальные четвертичные отложения на палеозойских породах мощностью 35,5 – 42,0 м представлен валунно-гравийно-галечниками с песчаным заполнителем,прослоямисерыхсуглинков.Питаниеводоносногогоризонтапроисходитзасчетинфильтрации атмосферныхосадков(10-20%)иповерхностногостока(80-90%).Разгрузкаподземногостокаосуществляется в русле рек Ульбы и Иртыша.

Химический состав вод проводился унифицированными гостированными методами (атомноабсорбционными, фотометрическими и др.).

Как показали исследования, спектр загрязняющих веществ в подземных водах очень широкий (табл. 1) и обусловлен спецификой промышленных предприятий. Подземные воды являются аккумуляторами растворимой части отходов и технологических компонентов промышленных производств, расположенных в ее пределах. На территории региона выделено 18 очагов загрязнения с различной степенью воздействия на подземные воды.

Для примера приведем характеристику отдельных очагов загрязнения подземных вод. Тяжесть загрязнения от очагов загрязнения подземных вод неодинакова, что отражается как на площади развития ореолов, так и на количестве поступающих в аллювиальный горизонт загрязняющих веществ.

Очаг загрязнения от отвального поля УК МП АО «Казцинк». Очаг располагается на западной окраине промплощадки. Максимальное значение суммарного показателя загрязнения достигало 111,5 ПДК. Основная доля в общей сумме загрязняющих компонентов принадлежала таллию (39-53 %), кадмию (20 %), аммиаку (6-18 %), марганцу (9-13 %). Максимальные значения приведенных концентрации достигали (в порядке убывания): таллия 100 ПДК (0,01мг/дм3); селена 30 ПДК (0,3); железа 15,3 ПДК (4,59); марганца 14,5 ПДК

(1,45); нитритов 12,5 ПДК (41,2); кадмия 10 ПДК (0,01); аммиака 8,5 ПДК (17); мышьяка 5,8 ПДК (0,29);

бериллия 4 ПДК (0,0008); лития 3 ПДК (0,09); сухого остатка 2,9 ПДК (2900); сульфатов 2,7 ПДК (1350); ртути 2 ПДК (0,001); нитратов 1,8 ПДК (81); свинца 1,7 ПДК (0,051); хлоридов 1,3 ПДК (455); фтора 1,2 ПДК (1,44). В пределах площади очага загрязнения в водоносном горизонте объем загрязненной воды составляет около 4800 тыс.м3. Кроме того, для очага загрязнения характерно постоянное пополнение загрязнения за счет инфильтрации атмосферных осадков через техногенные отложения отвального поля и загрязненную зону аэрации в количестве 990 м3/сут.

Валовая масса вносимых загрязнителей составила: по таллию 0,010, мышьяку 7,30, кадмию 0,459, свинцу 0,144, селену 0,105, железу 2,84, марганцу 87,9, меди 7,3, цинку 438 т/год, хлоридам 196 т/год и сульфатам 1510 т/год.

Валовый привнос загрязняющих веществ в водоносный горизонт только от УК МП ОАО «Казцинк» и Ульбинский металлургический завод (УМЗ) составил 3444 т/год. Общий привнос загрязняющих веществ от всех промпредприятий правобережья равен 5516 т/год. Ущерб подземным водам в 2010 году в стоимостном выраженииоцениваетсяв310млн.тенге,впереченьзагрязняющихвеществвходитбольшоечислотоксикантов I и II класса опасности.

Таблица 1

Результаты химических анализов подземных вод техногенных ландшафтов Восточного Казахстана, мг/дм3

Показатели		n	lim	x ± Sx	σ	Cv,%	ПДК
Окисляемость		73	0,32-544	12,3±7,4	63,3	514,9
сухой остаток		201	93-37583	1369,8±222,0	3148,1	230,1	1000
рН		200	4,2-8,7	7,6±0,05	0,75	9,8	6-9
NO	-	59	0,01-38	1,54±0,76	5,82	380,8	1
	2
NO3-		188	0,2-3800	69,4±21,59	296,1	427,5	45
СО	2-	16	5-12	9,4±0,79	3,18	33,7	-
3
НСО -		103	6-622	235,8±12,6	128,2	54,4	-
	3
Cl-		201	7-27800	252,6±138,3	1960,8	774,6	350
SO42-		201	8-9400	505,4±79,9	1133,7	224,3	500
Ca2+		174	2,32-7295	168,5±43,2	569,6	337,7	200
Mg2+		103	1-352	44,8±5,1	51,3	112,0	150
Na++K+		103	5-869	104,0±13,1	132,5	127,4	-
Fe общ		115	0,05-60	1,6±0,6	6,9	427,3	0,3
NH	+	147	0,05-2200	20,3±15,0	181,9	899,7	2
4
жесткость общая мг-экв/дм3		201	0,3-659	14,4±3,3	47,3	329,8	7
As		105	0,01-20	0,2±0,19	1,95	967,5	0,05
F		182	0,18-25	0,94±0,17	2,24	237,8	1,2
Мо		64	0,002-0,3	0,013±0,005	0,039	227,3	0,25

247

Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)

Cu	181	0,001-250	1,71±1,39	18,7	1096,8	1
Pb	181	0,0025-0,53	0,033±0,004	0,049	149,6	0,03
Zn	180	0,002-4238,5	51,7±27,3	366,7	712,2	5
Mn	181	0,01-230	4,3±1,8	23,9	552,8	0,1
Se	177	0,0002-0,4	0,009±0,003	0,034	387,5	0,01
Cd	166	0,001-22,5	0,23±0,14	1,87	824,9	0,001
Tl	170	0,0001-0,02	0,0012±0,0002	0,0024	197,7	0,0001
Be	102	0,00005-0,54	0,006±0,005	0,05	90311	0,0002
V	45	0,01-0,02	0,019±0,0004	0,003	12,9	0,1
Ni	41	0,0035-0,031	0,014±0,0009	0,006	39,9	-
Sr2+	49	0,02-9,7	1,34±0,22	1,51	110,1	-
В	53	0,1-3,0	0,58±0,10	0,74	129,5	0,50
Фенолы	42	0,001-1	0,02±0,02	0,15	627,8	-
Cr+6	49	0,006-11,0	0,23±0,22	1,57	686,8	-
Со	39	0,001-0,02	0,009±0,0008	0,005	55,5	-
Li	90	0,0012-7,4	0,21±0,09	0,92	448,7	0,03
Hg	91	0,0001-0,005	0,0004±0,00005	0,0007	201,4	0,0005
Al	42	0,004-1,6	0,09±0,04	0,24	282,4	-
Ti	13	0,0002-0,1185	0,04±0,01	0,05	125,6	-

Очаг загрязнения, сформированный на промплощадке УМЗ, характеризуется высоким содержанием в подземных водах загрязняющих ингредиентов 1 класса опасности: бериллия 2700 единиц приведенной концентрациииталлия100единиц;2классопасностипредставленфтором20,литием10единицприведенной концентрации. Из 3 класса опасности присутствуют железо 87, марганец 25, нитраты и аммиак по 6 единиц приведеннойконцентрации.Суммаприведенныхконцентрацийпоорганолептическимпоказателямсоставляет 117 единиц, по токсикологическим – 2873 единиц, что относит этот очаг загрязнения к чрезвычайно высокой степени загрязнения подземных вод.

Сточные воды УМЗ загрязняют не только подземные воды, но и поверхностные. Так, например, по произведенным нами расчетам с промстоками (2,25 млн.м3) в р.Ульбу поступило 57,4 т сухого вещества, марганца – 0,001, железа общего – 0,003, меди – 0,0047, цинка – 0,051, бериллия – 0,00013 т/год; с условночистыми водами (1,9009 млн.м3) 45,1 т сухого вещества, марганца – 0,0009, железа общего – 0,003, меди – 0,00139, цинка – 0,0255 т/год; с дренажными водами (0,0467 млн.м3) – 1,08 т сухого вещества, магния – 0,037,

марганца – 0,00003, железа общего – 0,0003, меди – 0,000028, цинка – 0,00112, фтора – 0,0005 т/год.

По результатам проведенных исследований составлены карты загрязнения подземных вод по органолептическим и токсикологическим показателям, оконтурены очаги загрязнения. Разработана система локализации загрязненных подземных вод.

Литература

1.Панин М.С. Эколого-биогеохимическая оценка техногенных ландшафтов Восточного Казахстана.

Алматы, 2000. 338 с.

2.Панин М.С. Панина М.И. Качество подземных вод г. Усть-Каменогорска Республики Казахстан //Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов: Тезисы докладов II Международной конференции, г. Тюмень, 15-17 ноября 2011 г. Изд-во Тюменского государственного университета, 2011. С. 195-198.

УДК 631.47

ПОЗДНЕГОЛОЦЕНОВАЯ ДИНАМИКА УГЛЕРОДНОГО РЕЗЕРВУАРА ЧЕРНОЗЕМОВ ЮГА РУССКОЙ РАВНИНЫ

Л.С.Песочина

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН Пущино, e-mail: [e-mail]

В геохимических циклах углерода педосфера выполняет ряд важных функций. Она является резервуаром для стока и трансформации атмосферного углерода, аккумулированного при фотосинтезе наземной растительности; генератором и аккумулятором стабильных соединений углерода в форме гумуса и карбонатов; генератором и аккумулятором подвижных соединений углерода в виде газов и прежде всего СО2, поступающих в атмосферу и включающихся в циклы воздушной миграции, а также водорастворимых органических и минеральных соединений углерода, участвующих в гидрохимическом стоке в местные водоемы, моря и океаны [1].

Почвенный покров представляет собой один из глобальных резервуаров углерода в биосфере и является практически вторым по величине после океана. Запасы углерода в почвах складывались столетиями и тысячелетиями. Ведущую роль в их формировании и направленности основных потоков играла динамика

248

Доклады Всероссийской научной конференции

климатических условий.

Поэтому важной научной задачей является установление масштабов и направленности изменчивости углеродного резервуара почв и основных ее составляющих (гумусовых и карбонатных соединений), обусловленных климатическими флуктуациями.

Уникальными объектами для решения этих задач являются голоценовые педохроноряды, включающие палеопочвы,погребенныеподразновозрастнымиархеологическимипамятникамииявляющимисяприродными моделями изменчивости ландшафтов как прошлого, так и основой для прогноза поведения систем в будущем. К сожалению, до настоящего времени они слабо привлекаются для оценки глобальных биогеохимических циклов углерода.

Основная цель работы заключалась в исследовании закономерностей динамики запасов углерода черноземов юга Русской равнины, а также отдельных ее составляющих, обусловленных климатическими флуктуациями в позднем голоцене.

АрхеологическиераскопкипроводилисьвНеклиновскомиМясниковскомрайонахРостовскойобласти. Это-сухостепная зонасчерноземамиобыкновеннымииюжными.Черноземы,какизвестно,характеризуются высокой биологической продуктивностью, значительными резервами кальция и благоприятны для формирования высокого буферного резервуара углерода.

Объектами изучения послужили палеопочвы курганных могильников бронзового (XX-XVII вв. до н.э.) и среднесарматского времени (I в.н.э.), скифского некрополя (IV в. до н.э.) и вала, сооруженного в XVII в. и перекрывшегопочвыподкультурнымислоямиVIII иXII вв.н.э. Исследованныепочвыразвивалисьвблизких литолого-геоморфологических условиях, что позволило объединить их в единый педохроноряд, включивший следующие временные срезы: 4000 (3700), 2400, 2000, 1900, 1200 лет назад и современность.

Проведенные исследования выявили следующие закономерности динамики углеродного резервуара черноземоввпозднемголоцене.Напротяженииисторическоговремениобщиезапасыуглерода(Сорг+Скарб.) в двухметровой толще (рис.1) оставались стабильными и составляли 47-48 кг С/м2. При этом 30-40% запасов было представлено углеродом гумуса, 60-70% - карбонатным углеродом. Климатические колебания существенно влияли на их соотношения. В аридные эпохи количество С карб. достигало 34 кг/м2, в гумидные

– не превышало 28 кг/м2. При этом запасы карбонатного углерода в 3 раза превышали запасы органического в аридные эпохи, в гумидные – в 1.5 раза. Эмиссия СО2 из карбонатного пула могла составлять 6 кгС/м2.

Рис.1. Динамика запасов углерода (гумуса и карбонатов) в слое 0-200 см за последние 40 веков: а - запасы углерода карбонатов; б - запасы углерода гумуса; с - общий запас педогенного углерода

Максимальные запасы органического углерода, составляющие 19 кг/м2 формировались в гумидные эпохи, в то время как аридизация климата обуславливала их сокращение до 12 – 14 кг/м2. При этом масштаб возможной эмиссии диоксида углерода из гумусового пула не превышал 5 – 7 кгС/м2.

Установлена тенденция обратной зависимости в накоплении различных форм углерода: уменьшение запасов углерода гумуса, отмеченное в XVII в до н.э. и на рубеже эр, сопровождалось увеличением запасов карбонатногоуглерода.ВIVв.дон.э.накоплениеуглеродагумусапроисходилонафонесниженияаккумуляции его карбонатных форм.

Анализ распределения запасов углерода по глубинам 2-х метровой почвенной толщи с интервалом 50 см выявил наибольшую динамичность углеродного резервуара верхнего метрового слоя.

Изменчивость в верхнем полуметре определялась накоплением углерода гумуса, и характеризовалась цикличностью.Вэтой толщесосредоточеноотчетвертидотретизапасовпедогенногоуглерода,чтосоставляет 12-18кг/м2,приэтомзапасыуглеродагумусав2-4разапревышаютзапасыкарбонатногоуглеродаипредставляют 55-80% Тренд динамики углеродного резервуара нижней полуметровой толщи определялся аккумуляцией карбонатного углерода и также характеризовался цикличностью. В то же время шел поступательный процесс депонирования органического углерода, составивший более 3 кг С/м2 за последние 4000 лет.

Емкость углеродного резервуара варьировала от 10 до 15 кгС/м2 и составляла от 20 до 30% от его общей величины в2-хметровойтолще.Приэтомдолязапасовуглеродагумусаколебаласьот20до50%, карбонатного

249