Арктика чрезвычайно богата практически всеми видами природных ресурсов. По данным Геологической службы США, потенциальные запасы нефти в этом регионе составляют 90 млрд. баррелей, газа – 47,3 трлн. куб. м, газового конденсата – 44 млрд. баррелей. Наибольшими среди арктических стран запасами углеводородов, по оценкам, располагает Россия. В районах, которыми она уже владеет и на которые претендует, находится более 250 млн. баррелей нефти и газа в нефтяном эквиваленте, что составляет 60,1% всех запасов Арктики [3].
В арктической зоне России было выделено 27 районов (11 – на суше, 16 – в морях и прибрежной зоне), получивших наименование «импактных», где эти процессы уже привели к сильнейшей трансформации естественного геохимического фона, загрязнению атмосферы, деградации растительного покрова, почвы и грунтов, внедрению вредных веществ в цепи питания, повышенной заболеваемости населения. Распределение импактных районов крайне неравномерно. В четверку наиболее крупных очагов входят районы освоения нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири [5]. Одной из основных проблем, связанных с антропогенной деятельностью является опустынивание территорий. Вскрываются верхние гумусовые слои почвы, обнажая песчаные горизонты, которые ветром способны переноситься на далекие расстояния. В результате переноса песков в реки происходит изменение русла, нарушается нерест рыбы, исчезновения лесов, песком заносит жилые посёлки [4,5].
Природа Арктики в высшей степени чувствительна к антропогенному воздействию и очень медленно восстанавливается после неразумного вмешательства.
Целью настоящей работы было определение некоторых физико-химических свойств почвы – гранулометрического состава и рН водной вытяжки образцов, расчет теоретических значений концентраций металлов (AI, Mn, Pb, Cr, Zn, Ni, Cu, Co, As), с использованием уравнений множественной регрессии, отражающих зависимость концентрации элемента от процентного содержания фракций гранулометрического состава почвы.
Полученные в результате работы данные могут быть использованы при восстановлении растительного покрова на проблемных территориях.
Материалы и методы исследования
В рамках данной работы был исследован гранулометрический состав почв на биотопах запесоченных участков тундры и лесотундры в пределах субарктических и арктических широт Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов. Географические координаты станций отбора проб почв, установленные при помощи спутниковой навигационной системы GPSMAP 62s, приведены в табл. 1. Отбор проб почв и пробоподготовка выполнены в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02–84, ГОСТ 28168–69, ГОСТ 17.4.3.01–83. Гранулометрический анализ образцов проб почв проведен в химико-экологической лаборатории ТКНС УрО РАН по методу Рутковского, для классификации грунтов применялся треугольник Ферре [6].
Таблица 1
Географические координаты станций отбора проб почв
|
№ описания |
Координаты |
Примечания |
|
Площадка 1 |
63,00709° 66,53517° |
Намыв песка на северотаежный лес |
|
Площадка 2 |
63,00662° 66,54126° |
Песчаный карьер на трубопроводе, расположен на склоне, является источником песка для площадки 1 |
|
Площадка 3 |
63,53593° 74,63893° |
Обнажение подвижного песка возле р. Пяку-Пур. Чистый песок с эоловыми формами. Растений нет. 30 м от края растительного покрова |
|
Площадка 4 |
63,54,237° 74,59464° |
Песок с торчащими остатками злаков, корнями, лежат хвоинки сосны, шишки. 15 м. от края растительного покрова |
|
Площадка 5 |
65,69959° 78,01876° |
Обнажения песка возле моста через р. Ямсовей |
|
Площадка 6 |
66,00017° 77,29613° |
Песчаный карьер возле г. Новый Уренгой |
Результаты исследования и их обсуждение
Содержание многих химических элементов в грунтах в большей мере зависит от гранулометрического состава. Это подтверждено экспериментальными исследованиями и более подробно представлено в работах [1, 2]. Это связано с тем, что при уменьшении размера гранулометрических фракций в почве происходит рост концентраций таких металлов, как AI, Mn, Pb, Cr, Zn, Ni, Cu, Co, As, поскольку увеличивается удельная площадь поверхности частиц и, соответственно, сорбция металлов на их поверхности [1, 2].
Образцы, отобранных для анализа почв, по гранулометрическому составу идентичны и соответствуют пескам, за исключением образца с площадки 1. Данный образец относится к суглинистым пескам. Содержание песчаных частиц в образцах лежит в узком диапазоне от 80 до 95 %., следовательно, можно предположить, что концентрация вышеперечисленных химических элементов не велика (табл. 2).
Таблица 2
Процентное содержание фракций гранулометрического состава, тип почвы и водородный показатель
|
№ описания |
Фракции, % |
Тип почвы |
рН |
||
|
песчаных частиц |
глинистых частиц |
пылеватых частиц |
|||
|
Площадка 1 |
80 |
3 |
17 |
Суглинистый песок |
5,9±0,1 |
|
Площадка 2 |
90 |
1 |
9 |
Песок |
4,8±0,1 |
|
Площадка 3 |
95 |
1 |
4 |
Песок |
5,3±0,1 |
|
Площадка 4 |
90 |
1 |
9 |
Песок |
5,6±0,1 |
|
Площадка 5 |
95 |
1 |
4 |
Песок |
7,1±0,1 |
|
Площадка 6 |
95 |
1 |
4 |
Песок |
7,9±0,1 |
Таблица 3
Линейные зависимости накопления химических элементов (в мг/кг) от гранулометрического состава (Х – процентное содержание фракции глинистых частиц, у – песчаных частиц)
|
Уравнения множественной регрессии |
|
[AI] = 3490,58 + 1704,23 Х – 34,67 У |
|
[Mn] = 28,85 + 40,78 Х – 0,06 У |
|
[Pb] = 52,41 + 4,98 Х – 0,47 У |
|
[Cr] = 25,92 + 1,32 Х – 0,19 У |
|
[Zn] = 20,82 + 2 Х – 0,17 У |
|
[Ni] = 9,73 + 0,7 Х – 0,0563 У |
|
[Cu] = 5,92 + 0,83 Х – 0,055 У |
|
[Co] = 4,88 + 0,38 Х – 0,0387 У |
|
[As] = 3,41 + 0,17 Х – 0,0236 У |
Таблица 4
Теоретическое содержание некоторых химических элементов в отобранных образцах почв (в мг/кг)
|
Металл |
Минимальное значение |
Максимальное значение |
Среднее значение |
ОДК по ГН 2.1.7.2511–09 |
|
Cu |
1,5 |
4,0 |
2,0 |
33 |
|
Co |
1,6 |
2,9 |
1,9 |
- |
|
Zn |
6,1 |
12,7 |
7,5 |
55 |
|
Cr |
9,2 |
14,7 |
10,4 |
- |
|
Pb |
12,7 |
29,8 |
16,4 |
32 |
|
Ni |
5,1 |
7,3 |
5,5 |
20 |
|
As |
1,3 |
2 |
1,5 |
2 |
|
Mn |
63,9 |
146,4 |
77,8 |
- |
|
Al |
1901,2 |
5829,7 |
2613,7 |
- |
Определение показателя кислотности почв осуществлялось путем приготовления почвенных вытяжек, т.е. перевода всех находящихся в почве ионов водорода в водный раствор. Показатель кислотности водной вытяжки в исследуемых образцах лежит в диапазоне от 4,8 до 7,9. Образец с площадки 2 имел среднекислую среду водной вытяжки, образцы с площадок 1, 3 и 4 – слабокислую, а образцы с площадок 5 и 6 – слабощелочную.
Если пренебречь удаленностью территорий и иными факторами окружающей среды, то, используя линейные зависимости накопления химических элементов (в мг/кг) от гранулометрического состава, установленными ранее в работе [1] и приведенные в таблице 3, можно условно рассчитать теоретические концентрации исследуемых элементов в образцах почв (табл. 4).
Выводы
Образцы, отобранных для анализа почв, по гранулометрическому составу идентичны и соответствуют пескам и суглинистым пескам.
Показатели, полученные расчетным путем, вероятно, могут отличаться от настоящих, но они свидетельствуют о небогатом элементном составе почв. Это подтверждено отсутствием или слабым проектным покрытием растительного покрова [7]. Полученные в результате работы данные могут быть использованы при реабилитации флоры на проблемных территориях.
Работа поддержана программой УрО РАН «Арктика», тема «Аридизация (опустынивание, псаммофитизация, запесочивание) тундры и лесотундры в Западной Сибири: масштабы, причины, сущность, пути решения», проект № 15–12–4–60.