СОДЕРЖАНИЕ ЦИНКА И МЕДИ В ПОЧВАХ НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА «ТАГАНАЙ» (ЮЖНЫЙ УРАЛ)

Опыт

экологического изучения территорий

Оригинальное исследование

DOI: 10.31862/2500-2961-2022-12-1-43-61

A.В. Синдирева1, А.С. Бурмистрова1,

B.В. Клименко1, В.К. Нуртазина1, М.С. Середа1

,2

1 Тюменский государственный университет, 625003 г. Тюмень, Российская Федерация

2 Национальный парк «Таганай»,

456209 г. Златоуст, Челябинская обл., Российская Федерация

Содержание цинка и меди в почвах Национального парка «Таганай»

В статье представлены данные о содержании цинка и меди в почвах Национального парка «Таганай», полученные по результатам исследования, проводимого в 2020-2021 гг. Цель исследований: эколого-геохимиче-ская оценка содержания меди и цинка в системе почва-растение в условиях Южного Урала. В образцах почв, собранных с 17 участков, определяли рН, органическое вещество, а также подвижную форму и валовое содержание цинка и меди. Были рассмотрены закономерности распределения металлов в зависимости от выделенных функциональных зон парка, типов почв и их агрохимических свойств. Валовое содержание цинка в почвах было установлено в пределах от 45,1 до 123 мг/кг; содержание меди -от 12,5 до 50 мг/кг. Содержание подвижной формы цинка в почвах парка составило от 2,28 до 18,5 мг/кг; содержание меди - от 0,42 до 3,44 мг/кг. В целом распределение данных элементов характеризуется широкой вариабельностью, однако не установлено четкой зависимости от близости антропогенных источников и типа почв. При этом содержание данных

© Синдирева А.В., Бурмистрова А.С., Клименко В.В., Нуртазина В.К., Середа М.С., 2022

Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License The content is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

_

ISSN 2500-2961 Environment and Human: Ecological Studies. 2022. Vol. 12. No. 1

микроэлементов в исследуемых почвах не превышало установленных нормативов предельно допустимых концентраций и в целом характеризовалось как недостаточное.

Ключевые слова: тяжелые металлы, почвы, цинк, медь, Национальный парк «Таганай»

Благодарности. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Министерства образования, науки, культуры и спорта Монголии в рамках научного проекта № 20-55-44028.

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Содержание цинка и меди в почвах Национального парка «Таганай» (Южный Урал) / Синдирева А.В., Бурмистрова А.С., Клименко В.В. и др. // Социально-экологические технологии. 2022. Т. 12. № 1. С. 43-61. DOI: 10.31862/2500-2961-2022-12-1-43-61

Original research

DOI: 10.31862/2500-2961-2022-12-1-43-61

A.V. Sindireva1, A.S. Burmistrova1,

V.V. Klimenko1, V.K. Nurtazina1, M.S. Sereda2

1 Tyumen State University, Tyumen, 625003, Russian Federation

2 Taganai National Park,

Zlatoust, 456209, Chelyabinsk Region, Russian Federation

Zinc and copper distribution in soils of Taganay national park

The article presents data on the content of zinc and copper in the soils of Taganay National Park, obtained in the study conducted in 20202021. The aim of the research is ecological and geochemical assessment of the content of copper and zinc in the soil-plant system in the conditions of the Southern Urals. In soil samples collected from 17 plots, pH, organic matter, as well as the mobile form and total content of zinc and copper were determined. The regularities of metal distribution depending on the allocated

I

E ^

о £ лт

о к ки эн

t ¥

с ^

JE со

functional zones of the park, soil types and their agrochemicaL properties were considered. The gross zinc content in soils was established in the range from 45.1 to 123 mg/kg; copper content - from 12.5 to 50 mg/kg. The amount of movable zinc in park soils was 2.28 to 18.5 mg/kg; copper - 0.42 to 3.44 mg/kg. In general, the distribution of these elements is characterized by wide variability, but no clear dependence on the proximity of anthropogenic sources and soil type was found. At the same time, the content of these microelements in the studied soils did not exceed the established standards of maximum permissible concentrations and was generally characterized as insufficient.

Key words: heavy metals, soil pollution, zinc, copper, Taganay National Park

Acknowledgments. The study was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research and the Ministry of Education, Science, Culture and Sports of Mongolia within the framework of scientific project No. 20-55-44028.

FOR CITATION: Sindireva A.V., Burmistrova A.S., Klimenko V.V. et al. Zinc and copper distribution in soils of Taganay national park (Southern Urals). Environment and Human: Ecological Studies. 2022. Vol. 12. No. 1. Pp. 43-61. (In Rus.) DOI: 10.31862/2500-2961-2022-12-1-43-61

Введение

Особо охраняемые природные территории Южного Урала, находясь в плотном кольце промышленных предприятий, испытывают всевозрастающий антропогенный пресс на уникальные природные ландшафты, что выражается в структурно-функциональных изменениях лесных фитоценозов, снижении биологической устойчивости популяций и продуктивности фитомассы. Характерным примером такой территории является Национальный парк «Таганай». Ландшафты на территории парка относятся к таежным и подгольцовым с дифференциацией на подтипы: южно-таежный, таежный, гольцово-подтаежный, гольцовый1. Подобная высотно-зональная структура отмечается только на Южном Урале, что позволяет отнести природу территории парка к уникальной, требующей особой охраны [Фадеев, Добрушин, 2003].

Национальный парк «Таганай» находится в зоне воздействия промышленных предприятий городов Карабаш, Златоуст, Миасс и рабочего поселка Магнитка.

taganay.org/sites/default/files/Kadastr.pdf (дата обращения: 02.12.2021).

§ & и У

I ^ Е ^

о £ о к

^ X

1 Кадастровая информация о ФГБУ «Национальный парк «Таганай». URL: https:// о

Карабашская техногенная экосистема сформировалась со временем в результате длительного воздействия на окружающую среду горнодобывающего, металлургического, обогатительного и сопутствующих им производств [Таций, 2012]. Дымовые газы, поступающие из труб комбината, содержат до 82% диоксида серы, а также оксид углерода, диоксид азота, пары формальдегида и фтороводорода, неорганическую пыль и тяжелые металлы, которые при совместном воздействии на лесные биогеоценозы обладают высокой токсичностью [Кузьмина, Мох-начев, Менщиков, 2020]. Химические элементы и их соединения, входящие в состав пылевых и газодымовых выбросов, осаждались в серых и темно-серых лесных почвах города Карабаша, что привело к их глубокому изменению и формированию в них многочисленных, обширных и интенсивных аномалий токсичных металлов [Таций, 2012; Кайгоро-дова, 2012]. Несмотря на снижение выбросов, экологическая ситуация в регионе, возникшая в результате более чем 100-летней деятельности Карабашского медеплавильного комбината, остается крайне сложной.

За время существования комбината в окружающую среду поступило значительное количество отходов производства, что крайне неблагоприятно отразилось на экологической обстановке и состоянии компонентов лесных насаждений. В настоящее время комбинат окружают техногенные ландшафты с мертвым напочвенным покровом (в радиусе до 5 км от труб в северо-восточном направлении) и техногенные пустоши.

Также ближайшим к Национальному парку «Таганай» источником загрязнения является город Златоуст, на территории которого сосредоточено около 70 предприятий, выбрасывающих загрязнители в атмосферу. Основной источник загрязнения - Златоустовский металлургический (ныне электрометаллургический) комбинат, поставляющий в атмосферу 87% общегородских выбросов оксида серы, свинца, меди и алюминия.

Кусинский район представлен 20 предприятиями и по суммарному уровню загрязняющих веществ находится на уровне Златоуста. Основной источник загрязнения - ОАО «Златоустовское рудоуправление» (находится в рабочем поселке Магнитка), горнодобывающее предпри-о 's ятие которого непосредственно примыкает с запада к границам парка.

° Загрязнителями здесь являются цинк, свинец, медь, алюминий, пыль ст

S ^ [Калдышкина, Михеева, 2014].

о В Миассе, где работают более 50 предприятий, к основным источни-

° § кам загрязнения относятся Уральский автомобильный завод и горнодо-

н ш бывающие предприятия, на долю которых приходится 66% выбросов.

^ I? Их количество в последние годы стабильно уменьшается. Это связано с тремя причинами: сокращением объемов производства, уменьшением

количества сжигаемого топлива на ТЭС и выполнением воздухоохран-ных мероприятий. Тем не менее, суммарные выбросы загрязнителей остаются выше, чем в Златоусте и Кусе, на 4-5 тыс. т. Но в целом влияние Миасской техногенной зоны на территорию парка минимально, что связано с ее удаленностью (19 км от юго-восточной границы парка), пересеченным рельефом, создающим буферный эффект по отношению к техногенной трансформации экосистем, и преобладающими на территории парка ветрами западных и северо-западных румбов, служащими преградой для распространения восточной эмиссии [Калдышкина, Михеева, 2014]. В связи с этим представляется необходимым оценка содержания ряда микроэлементов, в частности, цинка и меди, в объектах окружающей среды парка. В данной статье представлены данные о содержании цинка и меди в почвах Национального парка «Таганай», полученные по результатам исследования, проводимого в 2020-2021 гг.

Цель исследования: эколого-геохимическая оценка содержания меди и цинка в системе почва-растение в условиях Южного Урала (на примере Национального парка «Таганай»).

Материалы и методы исследования

Для анализа геохимических особенностей распределения исследуемых микроэлементов (меди и цинка) в системе почва-растение в пределах заложенных трансект системно были отобраны пробы почв.

Предварительный выбор участков для отбора почвенных образцов осуществлялся с помощью почвенной карты и навигатора Garmin 64st, по которым определялось местоположение характерных площадок для ареала распространения определенного типа почв. Всего было обследовано 17 участков, находящихся в буферной, фоновой и импактной зонах.

Выбор места для отбора почвенных образцов производился с учетом рельефа местности, экспозиции, растительного покрова.

Образцы почв отбирали методом конверта в пределах микро- и мезорельефа глубиной 0-20 см, при этом не учитывались генетические горизонты почв.

В зависимости от величины элементарного участка из отобранных о равномерно со всей площади почвенных проб составлялась усреднен- | ная проба 0,5-1 кг. ¥ ^

Отбор проб почв осуществлялся в соответствии с методикой ГОСТ ¡5 ^ 17.4.2.01-81 «Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей ° § санитарного сотояния» и ГОСТ 17.4.2.02-83 «Охрана природы. Почвы. ш

Номенклатура показателей пригодности нарушенного плодородного (!= ^ слоя почв для землевладения». Содержание тяжелых металлов в почве

определяли в ФГБУ «Центр Лабораторного анализа и технических измерений по Уральскому федеральному округу» (филиал по Тюменской области) методом спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, рН водной вытяжки - потенциометрическим методом, органическое вещество - фотометрическим методом2. По окончании исследования полученные данные подвергали статистической обработке.

Объектом исследования являлись почвы Национального парка [Фадеев, Добрушин, 2003]. Наиболее распространены на территории парка «Таганай» разновидности следующих почв: горно-тундровые и горно-луговые почвы, горные дерново-подзолистые и горные серые лесные почвы [Почвы заповедников..., 2012].

Дерновые горно-лесные почвы низкорослых лесов подгольцового пояса по механическому составу глинистые и суглинистые. Они развиваются на щебнистом грунте и имеют очень однообразный профиль коричнево-бурой окраски, почти без расчленения на горизонты. Реакция кислая, высокая обменная кислотность и наблюдается слабая опод-золистость.

Под лесами горнолесного пояса распространены горные серые лесные почвы, а на заболоченных участках с ними сочетаются болотные низинные торфяно-глеевые почвы. Эти почвы намного богаче почв вышележащих поясов по содержанию гумуса и количеству обменных катионов. По гранулометрическому составу и по кислотности слабо отличаются от дерновых горно-лесных, также наблюдается более явное расчленение на горизонты [Технико-экономическое обоснование., 1992]3.

В связи со спецификой структуры производства Южного Урала одними из основных загрязнителей окружающей среды являются тяжелые металлы.

К критериям отнесения микроэлементов к категории тяжелых металлов относят не только их плотность и атомную массу. Сюда также можно включить характеристики токсичности, распространенность в природной среде, степень вовлечения в природные и техногенные циклы, а также немаловажным является их способность к биоаккуму-о 's ляции и биомагнификации. Такие металлы, как цинк и медь, в силу ° своей высокой токсичности, когда находятся в высоких концентрациях,

^ I—

х ¡^ 2 ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества; ГОСТ

¡| н 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН

° § и плотного остатка водной вытяжки; ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98 «Количественный химиче-

m J ский анализ почв. Методика выполнения измерений содержания металлов в твердых объ-

3 ектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой».

О х 3 См. также: Кадастровая информация о ФГБУ «Национальный парк «Таганай». URL:

1 https://taganay.org/sites/default/files/Kadastr.pdf (дата обращения: 02.12.2021).

являются опасными для живых организмов, в частности и растительных сообществ.

Большинство тяжелых металлов, в отличие от органических загрязнителей, не подвергается микробиологическому или химическому разложению и способны аккумулироваться в почвах в течение длительного времени [Khan, 2014]. Загрязняющие вещества, которые находятся в почве очень долго, могут со временем стать устойчивыми в результате различных физико-химических и биологических процессов (например, старения, выветривания, секвестрации, адсорбционной деградации и т.д.), влияя тем самым на биодоступность загрязнителя. Биодоступность, в свою очередь, напрямую влияет на токсичность [Smith et al., 2012]. Период полуудаления тяжелых металлов из почв в результате процессов вымывания, поглощения растениями, эрозии и дефляции неодинаков для различных тяжелых металлов и составляет, к примеру, для цинка - от 70 до 510 лет, меди - от 310 до 1500 лет [Kabata-Pendias, 2011].

Одним из основных факторов воздействия промышленности на окружающую среду являются дымовые газы (например, оксиды серы), которые являются источниками поступления в почву сернистой и серной кислот, которые с воздухом и водой проникают в поры и соединяются с основными элементами почвы, образуя труднорастворимые сульфаты. В результате сокращается запас питательных веществ при одновременном увеличении кислотности. В свою очередь, подкисление почвы приводит к подвижности многих тяжелых металлов, в частности, цинка и меди [Братухин, 2005]. И, наконец, все перечисленные воздействия приводят к негативным изменениям физических свойств почвы, например, уплотнению и снижению ее водопоглощения [Братухин, 2005; Журавлева, 2013].

Согласно исследованиям С.В. Братухина, по степени воздействия антропогенных источников территория парка делится на функциональные зоны:

- фоновую (центральную часть парка, достаточно удаленную от источников загрязнения с юга в среднем на 15 км от Златоустовского металлургический комбината и с севера - в среднем на 40 км от Карабаш- о ¡ ского медеплавильного комбината);

- буферную (отделяющую фоновую и импактную зоны в виде поло-

8 о и У

I ^

П ? О.

сы с севера и с юга, мощностью в среднем по 12 км, сужаясь на юге ¡5 ш

^ н

о К

^ X

- импактную (на юге испытывающую влияние Златоустовского метал- ¡- ш

до 2 км);

лургического комбината до 9 км; на севере - Карабашского медеплавильного комбината максимум на 29 км) [Братухин, 2005].

m

Разработанная С.В. Братухиным схема разделения территории Национального парка «Таганай» представлена на рис. 1.

И

I

Е ср

о £ ^

о к

^ X

m I

t ?

с ^

JE СО

Фоновая зона [Background zone]

Буферная зона [Buffer zone]

Импактная зона ^^^Н [Impact zone]

Точки отбора проб [Sampling points]

Трансекта 1 [Transect 1]

Трансекта 2 [Transect 2]

Трансекта 3 [Transect 3]

Куса

Л

Медеплавильный комбинат

------J 2-2

Металлургический комбинат

Карабаш

Рис. 1. Схема зонирования территории Национального парка «Таганай» [Братухин, 2005]

Fig. 1. Scheme of zoning of the territory of Taganay National Park [Bratukhin, 2005]

В качестве основных критериев оценки состояния подверженных техногенному влиянию тяжелых металлов экосистем целесообразно использовать: метеорологические данные (скорость и направление ветра, температура воздуха, осадки), породный состав и категорию состояния древостоя, динамику рН жидкого компонента почв и содержание в почве техногенных токсинов (в процентах) [Братухин, 2005].

Почвы фоновой зоны парка представлены горными серыми лесными почвами (участок 2-4, 2-5), болотными низинными торфяно-глее-выми (участок 1-2, 1-3, 1-4), дерновыми горнолесными оподзоленными почвами (участок 3-3, 3-4). Почвы буферной зоны представлены дерновыми горно-лесными оподзоленными почвами (участок 3-1, 3-2, 1-5), болотными низинными торфяно-глеевыми почвами (участок 1-6), горными серыми лесными почвами (участок 2-2, 2-3, 2-6, 3-7, 3-6). Почвы импактной зоны представлены дерновыми горно-лесными оподзолен-ными почвами (участок 1-1).

Техногенная трансформация почвенного покрова в большей степени наблюдается в северной и южной частях исследуемой территории в радиусах влияния около 10 км к северо-востоку от Златоустовско-го металлургического комбината и до 30 км к западу и северо-западу от Карабашского медеплавильного комбината, где отмечается неоднократное превышение ПДК по ряду токсических элементов в почве. Содержание в почве основных токсикантов также увеличивается по мере приближения к источникам эмиссии [Там же].

В зависимости от сочетаний кислотно-основных и окислительно-восстановительных параметров в почвах формируются определенные условия миграции и аккумуляции многих элементов [Национальный атлас почв., 2011].

Подкисление почвы имеет ряд обратных последствий для растений, включая дефицит питательных веществ, таких как фосфор, кальций и магний. Подкисление может увеличить выщелачивание металлов, токсичность алюминия и марганца для растений; подвижность и поглощение металлов растениями также повышается, и в итоге это может снизить их урожайность Jalali, 2016].

Техногенная трансформация почв на исследуемой территории нацио- ¡5 '1

8 ^

нального парка происходит также за счет изменения окислительно- * о восстановительной обстановки. Слабокислая реакция почвенной среды | о. в центральной и восточной частях парка обеспечивает снижение ток- о ^ сичности элементов, увеличение же кислотности почв, ближайших § §

т I

к источникам эмиссии участков, активизирует миграцию токсинов н ш в биохимическом круговороте. Однако в парке исследованные почвы (!= ^ характеризуются бедным микроэлементным составом. Отсутствие или

низкое содержание ряда питательных веществ отрицательно сказывается на протекании биохимических реакций внутри растительного сообщества, что в совокупности с чрезмерной техногенной нагрузкой приводит к угнетению древостоя и растительности в целом.

Горные территории являются наиболее сложными таксонами биосферы с геоморфологической и биогеохимической точек зрения. Потоки миграции химических элементов и в целом вещества связаны как с гравитационной составляющей, так и с атмосферной и водной миграцией. Если в равнинных условиях миграция химических элементов относительно стабильна, то в горных биогеоценозах она осложняется геометрией ландшафта, гидрогеологическими и биоценотическими особенностями, связанными с высотной зональностью [Биогеохимическая дифференциация..., 2018; Оценка подвижности металлов..., 2021].

Таким образом, такие характеристики почвенного покрова парка, как генетическое разнообразие пород, высокая буферность к подщелачива-нию, недостаточное содержание питательных веществ, высокий сорбирующий эффект, с одной стороны, являются негативным отражением, а с другой - эффективным диагностическим признаком техногенного загрязнения территории парка [Журавлева, 2013].

Результаты и их обсуждение

В процессе данного исследования представлялось необходимым определить кислотность почвы и уровень органического вещества (рис. 2).

Согласно представленным данным, кислотность почвы Национального парка «Таганай» составляет от 5,1 до 6,8, т.е. почвы характеризуются как слабокислые и нейтральные. Представляет интерес приуроченность значений рН к зонам промышленного воздействия.

Наименьшее значение рН отмечается на участках от 1-3 и 3-4 (рН составляет 5,1), которые относятся к буферной зоне. В импактной зоне парка на участках 3-6 и 3-7 почвы также можно отнести к слабокислым.

Цинк в почвах Национального парка «Таганай» о В биологическом отношении цинк принадлежит к числу весьма важ-

О о т,

ц о ных микроэлементов. В высоких концентрациях он становится ток-| ^ сичным, что негативно отражается на окружающей среде. Также стоит о ^ отметить, что цинк является одним из самых востребованных металлов ло

ки эн

в металлургической промышленности, на которой базируется Урал. чен Поступление его в почву происходит разными путями, начиная от при-(!= ^ меняемых в сельском хозяйстве удобрений и пестицидов, заканчивая промышленными отходами и выбросами [Дабахов и др., 2005].

ЧЫЫЧЧЧЧ1М1ЫМ

I  I I I ч п

1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 3-1 3-2 3-3 3-4 3-6 3-7

Участки [Plots]

Рис. 2. Содержание органического вещества и уровень рН в почвах

исследуемых участков Национального парка «Таганай» Fig. 2. The content of organic matter and pH in the soils of the studied areas of Taganay National Park

На рис. 3 представлено валовое содержание цинка и его подвижных форм в почвах обследуемых участков Национального парка «Таганай».

Содержание цинка в изученных образцах почвы не превышает ПДК как для подвижной формы (23 мг/кг), так и валового содержания (220 мг/кг) (см. рис. 3).

Ik 140

5 120

= 100 о

tL 88 "i 60 40

И 20

11

з 0

1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 3-1 3-2 3-3 3-4 3-6 3-7

Участки [Plots]

Рис. 3. Содержание цинка в почвах обследуемых участков Национального парка «Таганай»

Fig. 3. Zinc content in the soils of the studied areas of Taganay National Park

1 1 1 1 1  Валовое содержание [Total content]

г  1 Под! ¡ижная форма 1 [Mobi le form ]

г

1  1 г __I 1 1 I I I 1

1 1 г г  г г Г1 11 Г Г 1 Г Г

11111111111111 II 1 чпппмччичччччп

0 >x

M

1 ^ E ^

о £

О К ^ X

m x I— Ш

с

О

m

8

Результаты анализа проб почв, отобранных с территории Национального парка «Таганай», показали наибольшие значения валового содержания цинка в буферных зонах в 20 км от города Карабаша - 74 мг/кг (трансекты 3-7; 1-6) и вблизи районного поселка Магнитка - 123 мг/кг (трансекта 2-2). Наибольшее содержание подвижной формы цинка в почвах парка установлено в фоновой функциональной зоне - 18,5 мг/кг (трансекта 1-3) и на границе фоновой и буферной зоны - 16,1 мг/кг (трансекта 1-4) в 10 км на восток от поселка Магнитка. Сходные значения также установлены в буферной зоне в 20 км от Карабаша - 17,5 мг/ кг (трансекта 1-6).

Наименьшее валовое содержание цинка в почвах парка установлено в буферных зонах в 24 км от Карабаша - 38,4 мг/кг (трансекта 3-6) и в 10 км от поселка Магнитка - 47,5 мг/кг (трансекта 1-5), а также в фоновой функциональной зоне в 14 км от Златоуста - 45,1 мг/кг (трансекта 3-4). Наименьшее содержание подвижной формы цинка отмечено в буферной зоне вблизи поселка Магнитка от 2,28 (трансекта 2-3) до 3,72 (трансекта 2-6) мг/кг и в 7 км на восток от Златоуста - 4,1 мг/кг (трансекта 3-2).

Существуют различные классификации почв по содержанию микроэлементов в почве. Особый интерес представляет классификации с позиции эколого-гигиенической и с позиции способности почв удовлетворять потребность растений в химическом элементе.

Согласно группировке почв для эколого-токсикологической оценки по содержанию подвижных форм тяжелых металлов, цинк относится к 1 классу опасности4. По уровню загрязнения данные распределяются следующим образом: к слабому уровню загрязнения относятся участки фоновой зоны 1-2, 1-3, 1-4; участки буферной зоны 1-5, 1-6, 3-7. Все остальные участки относятся к допустимому уровню загрязнения (<10,0 мг/кг).

По пороговым концентрациям для цинка [Красницкий, 2002] почвы парка неоднородны. Менее 5,0 мг/кг

о 1_

§ к и составляет от 10,0 до 20 мг/кг.

^ х "

m I

н ш -

>. 4 Методические указания по обследованию почв сельскохозяйственных угодий и про-

F ^ О

дукции растениеводства на содержание тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов и радионуклидов. Утв. 15 декабря 1995 г.

Распределение цинка по подтипам исследуемых почв следующее: в дерновых горно-лесных почвах валовое содержание цинка колеблется от 45,1 до 70 мг/кг. В болотных низинных торфяно-глеевых почвах от 60 до 74 мг/кг; в горных серых лесных почвах валовое содержание цинка колеблется от 38,4 до 123 мг/кг.

По подвижной форме цинк распределяется следующим образом: в дерновых горно-лесных почвах валовое содержание цинка колеблется от 4,1 до 12,0 мг/кг; в горных серых лесных почвах - от 2,28 до 13,4 мг/кг; в болотных низинных торфяно-глеевых почвах - от 10,8 до18,5 мг/кг. Таким образом, содержание цинка достоверно не отличается в зависимости от типа и подтипа почв.

Медь в почвах Национального парка «Таганай»

Медь входит в состав многих ферментов человека, животных и растений. Но при высоких концентрациях данный элемент является токсичным, и это позволяет отнести его к приоритетным загрязнителям. Многие отрасли тяжелой промышленности базируются на использовании меди. Поступление меди в почвы происходит также, как и цинка: с удобрениями и пестицидами, с промышленными отходами, а также с изделиями, изготовленными из меди [Дабахов и др., 2005; Синдире-ва, 2011].

Содержание меди на изученных площадках не превышает ПДК (3 мг/кг подвижная форма, 55 мг/кг - валовое содержание) (рис. 4).

Валовое содержание [Total content] Подвижная форма [Mobile form]

¡k 60 5 50 8 40 30 3 20

I 10

3 0

1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 3-1 3-2 3-3 3-4 3-6 3-7

Участки [Plots]

Рис. 4. Содержание меди в почвах национального парка «Таганай» Fig. 4. Copper content in soils of Taganay National Park

0

I—

X

01

с

О

По результатам анализа проб почв, отобранных с территории Национального парка «Таганай», установлено, что наибольшее значение валового содержания меди отмечалось в буферной зоне, в 20 км на юг от города Карабаша, и составило от 38,7 до 50 мг/кг (трансекта 1-6; трансекта 3-7), а также в импактной зоне, в 6 км на север от Златоуста, где содержание составляло 37,5 мг/кг (трансекта 1-1). Наибольшее содержание подвижной формы меди в почве парка установлено в буферной зонах: в 20 км от Карабаша - от 2,51 мг/кг (трансекта 3-7) до 3,44 мг/кг (трансекта 1-6); в 10 км от поселка Магнитка - 1,99 мг/кг (трансекта 1-5).

Наименьшее значение валового содержания меди в почвах Национального парка «Таганай» отмечены также в буферной зоне: в 3 км на север от поселка Магнитка - 12,5 мг/кг (трансекта 2-3); в 7 км на юго-восток от Златоуста - 17,5 мг/кг (трансекта 3-1). Примерно такие же показатели (18,7 мг/кг) установлены в 14 км от Златоуста, это фоновая функциональная зона (трансекта 3-4). Наименьшее содержание подвижной формы меди установлено в пределах от 0,42 (трансекта 2-2) до 0,46 мг/кг (трансекта 2-3) в буферной функциональной зоне, а также в фоновой - 0,43 мг/кг (трансекта 2-4) вблизи поселка Магнитка.

Согласно группировке почв для эколого-токсикологической оценки по содержанию подвижных форм тяжелых металлов5, медь относится ко 2-ому классу опасности. По уровню загрязнения данные распределяются следующим образом: к второму (слабому уровню загрязнения) относятся участки фоновой зоны 1-4 (1,5 мг/кг); участки буферной зоны 1-5 (1,99 мг/кг), 3-7 (2,51 мг/кг). К третьему (среднему уровню загрязнения) относится участок 1-6 (3,44 мг/кг). Все остальные участки относятся к 1-ому допустимому уровню загрязнения (<1,5 мг/кг).

По распределению пороговых концентраций [Красницкий, 2002] для меди почвы парка неоднородны. Низкая обеспеченность (менее 0,5 мг/ кг) характерна для буферной зоны 2-2, 2-3, 3-1, 3-2; для фоновой 2-4. Высокая обеспеченность (больше 1,0 мг/кг) выявлена для фоновой зоны 1-4, 1-6, 3-6, 3-7; импактной 1-1. Все остальные участки относятся

о 's к порогу средней обеспеченности (5,0-1,0 мг/кг).

| Медь в почвах парка по валовому содержанию распределяется сле-

? дующим образом: в дерново-горно лесных почвах от 17,5 до 37,5 мг/кг;

¡5 ш' в болотных низинных торфяно-глеевых - от 18,9 до 50 мг/ кг; в серых лт

о к лесных - от 12,5 до 38,7 мг/кг.

m I

н ш -

>. 5 Методические указания по обследованию почв сельскохозяйственных угодий и про-

F ^ О

дукции растениеводства на содержание тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов и радионуклидов. Утв. 15 декабря 1995 г.

По содержанию подвижной формы медь распределяется следующим образом: в дерновых горнолесных оподзоленных почвах от 0,47 до 1,99 мг/кг; в болотных низинных торфяно-глеевых от 0,65 до 3,44 мг/кг; в серых лесных почвах от 0,42 до 2,51 мг/кг. Установлено, что распределение меди достоверно не отличается в изученных типах почв.

Таким образом, в почвах Национального парка «Таганай» отмечается не только избыток, но и недостаток цинка и меди, что тоже может негативно сказаться на росте и развитии растений, произрастающих на данной территории. Не отмечена зависимость между функциональными зонами территории и обеспеченностью микроэлементами.

Выводы

Таким образом, валовое содержание цинка в почвах Национального парка «Таганай» установлено в пределах от 45,1 до 123 мг/кг; содержание меди - от 12,5 до 50 мг/кг. Содержание подвижной формы цинка в почвах парка составляет от 2,28 до 18,5 мг/кг; содержание меди -от 0,42 до 3,44 мг/кг. В целом распределение данных элементов характеризуется широкой вариабельностью, однако не установлено четкой зависимости от близости антропогенных источников и типа почв.

Установленные показатели содержания микроэлементов в почве не превышают установленные ПДК, как по валовому содержанию, так и подвижных форме. Согласно градации пороговых концентраций [Красницкий, 2002], содержание микроэлементов в почвах Национального парка «Таганай» характеризуются недостатком таких микроэлементов, как цинк и медь.

Библиографический список / References

Биогеохимическая дифференциация живого вещества и биоразнообразия в условиях Ардонского полиметаллического субрегиона биосферы / Ермаков В.В., Тютиков С.Ю., Дегтярев А.П. и др. // Геохимия. 2018. № 4. С. 336-350. [Ermakov V.V., Tyutikov S.F., Degtyarev A.P. et al. Biogeochemical differentiation of living matter and biodiversity in the Ardonsky polymetallic biosphere subregion. g si Geochemistry. 2018. No. 4. Pp. 336-350. (In Rus.)]

Братухин С.В. Экологический аудит национального парка «Таганай»: Дис. ... ^ Si канд. биол. наук. М., 2005. [Bratukhin S.V. Ekologicheskiy audit natsionalnogo parka «Taganay» [Ecological audit of the Taganai National Park]. PhD dis. Moscow, 2005.]

Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Экотоксикология и проблемы нормирования. Н. Новгород, 2005. [Dabakhov M.V., Dabakhova E.V., Titova V.I.

о н х

о Р ^

о к

^ X

с

О

Ekotoksikologiya i problemy normirovaniya [Ecotoxicology and the problems of rationing]. Nizhny Novgorod, 2005.]

Журавлева В.В. Элементарный состав и оценка загрязнения почв на территории национального парка «Таганай» // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2013. Т. 22. № 4. С. 139-147. [Zhuravleva V.V. Elemental composition and assessment of soil contamination in the territory of Taganai National Park. Samarskaya Luka: problemy regionalnoy i globalnoy ekologii. 2013. Vol. 22. No. 4. Pp. 139-147. (In Rus.)]

Кайгородова С.Ю. Трансформация морфологии почв в зоне воздействия Карабашского медеплавильного завода // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 6 (38). С. 13-17. [Kaygorodova S.Yu. Transformation of soil morphology in the impact zone of Karabash copper smelter. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2012. No. 6 (38). Pp. 13-17. (In Rus.)] Калдышкина Т.В., Михеева К.С. Экологические проблемы национального парка Таганай // Разведка и охрана недр. 2014. № 7. С. 68-73. [Kaldyshkina T.V., Mikheeva K.S. Environmental problems of Taganai National Park. Prospect and Protection of Mineral Resources. 2014. No. 7. Pp. 68-73. (In Rus.)]

Красницкий В.М. Агрохимическая и экологическая характеристики почв Западной Сибири. Омск, 2002. [Krasnitsky V.M. Agrokhimicheskaya i ekologicheskaya kharakteristiki pochv Zapadnoy Sibiri [Agrochemical and ecological characteristics of soils in Western Siberia]. Omsk, 2002.]

Кузьмина Н.А., Мохначев П.Е., Менщиков С.Л. Аккумуляция тяжелых металлов в снеговой воде, почве и состояние березовых древостоев в условиях техногенного загрязнения // Лесной вестник - Forestry Bulletin. 2020. № 6. С. 73-82. [Kuzmina N.A., Mokhnachev P.E., Menshchikov S.L. Accumulation of heavy metals in snow water, soil and condition of birch stands under conditions of technogenic pollution. Forestry Bulletin. 2020. No. 6. Pp. 73-82. (In Rus.)]

Национальный атлас почв Российской Федерации / Гл. ред. С.А. Шоба. М., 2011. [Natsionalnyy atlas pochv Rossiyskoy Federatsii [National atlas of soils of the Russian Federation]. S.A. Shoba (ed.). Moscow, 2011.]

Оценка подвижности металлов в почвенно-растительном комплексе Уналь-ской котловины / Ермаков В.В., Гуляева У.А., Дегтярев А.П. и др. // Фундаментальные основы биогеохимических технологий и перспективы их применения в охране природы, сельском хозяйстве и медицине: Труды XII Международной биогеохимической школы, посвященной 175-летию со дня рождения В.В. Докучаева, Тула, 16-18 сентября 2021 г. Тула, 2021. С. 123-127. [Ermakov V.V., Gulyaeva U.A., Degtyarev A.P. et al. Estimation of metal mobility in the soil-o =x vegetation complex of the Unal Basin. Fundamentalnye osnovy biogeokhimicheskikh ° g- tekhnologiy i perspektivy ikh primeneniya v okhrane prirody, selskom khozyaystve a x i meditsine. Proceedings of XII International Biogeochemical School dedicated E ^ to 175th anniversary since the birth of V.V. Dokuchaev, Tula, 16-18 September 2021. § £ Tula, 2021. Pp. 123-127. (In Rus.)]

m ^ Почвы заповедников и национальных парков Российской Федерации / Отв.

з ? ред. Г.В. Добровольский. М., 2012. [Почвы заповедников и национальных пар-q g ков Российской Федерации [Soils of reserves and national parks of the Russian Federation]. G.V. Dobrovolskiy (ed.). Moscow, 2012.]

Синдирева А.В. Влияние микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Cu, Pb) на химический состав растений в условиях южной лесостепи Омской области // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. № 9 (83). С. 35-39. [Sindireva A.V. Effect of trace elements (Cd, Ni, Zn, Cu, Pb) on the chemical composition of plants in the Southern forest-steppe of the Omsk region. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. No. 9 (83). Pp. 35-39. (In Rus.)]

Таций Ю.Г. Эколого-геохимическая оценка загрязнения окружающей среды в зоне действия Карабашского медеплавильного комбината // Вестник Тюменского государственного университета. 2012. № 12. С. 90-96. [Tatsiy Yu.G. Ecological and geochemical assessment of environmental pollution in the area of the Karabash copper smelter. Vestnik Tyumenskogo gosudarstvennogo universiteta. 2012. No. 12. Pp. 90-96. (In Rus.)]

Технико-экономическое обоснование государственного природного национального парка «Таганай». Екатеринбург, 1992. [Tekhniko-ekonomicheskoe obosnovanie gosudarstvennogo prirodnogo natsionalnogo parka «Taganay» [Feasibility study of the state natural national park "Taganai"]. Ekaterinburg, 1992.]

Фадеев А.Е., Добрушин Ю.В. Схема организации и развития национального парка «Таганай». Т. 2. Комплексная оценка территории. М., 2003. [Fadeev A.E., Dobrushin Yu.V. Skhema organizatsii i razvitiya natsionalnogo parka «Taganay» [Scheme of organization and development of the Taganai National Park]. Vol. 2. Comprehensive assessment of the territory. Moscow, 2003.]

Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. 4th ed. Paris, 2011.

Khan M.A., Castro-Guerrero N., Mendoza-Cozatl D.G. Moving toward a precise nutrition: Preferential loading of seeds with essential nutrients over nonessential toxic elements. Plant Science. 2014. Vol. 5. Pp. 234-254.

Najafi S., Jalali M. Effect of heavy metals on pH buffering capacity and solubility of Ca, Mg, K, and P in non-spiked and heavy metal-spiked soils. Environmental Monitoring and Assessment. 2016. DOI: 10.1007/s10661-016-5329-9.

Smith B.A., Greenberg B., Stephenson G.L. Bioavailability of copper and zinc in mining soils. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2012. Vol. 62. Pp. 1-12. DOI: 10.1007/s00244-011-9682-y.

Статья поступила в редакцию 05.12.2021, принята к публикации 11.02.2022 The article was received on 05.12.2021, accepted for publication 11.02.2022

Сведения об авторах / About the authors

Синдирева Анна Владимировна - доктор биологических наук; заведующий кафедры геоэкологии и природопользования Института наук о Земле, Тюменский государственный университет

Anna V. Sindireva - Dr. Hab. in Biology; Head at the Department of Ecology and Nature Management of the Institute of Geosciences, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation

E-mail: sindireva72@mail.ru

Ol

с

О

_

ISSN 2500-2961 Environment and Human: Ecological Studies. 2022. Vol. 12. No. 1

Бурмистрова Алена Сергеевна - аспирант кафедры геоэкологии и природопользования Института наук о Земле, Тюменский государственный университет

Alyona S. Burmistrova - postgraduate student at the Department of Ecology and Nature Management of the Institute of Geosciences, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation

E-mail: alena.burmistrova95@mail.ru

Клименко Валентина Вячеславовна - студент Института наук о Земле, Тюменский государственный университет

Valentina V. Klimenko - student at the Institute of Geosciences, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation E-mail: klimenkovalya@inbox.ru

Нуртазина Венера Канатовна - студент Института наук о Земле, Тюменский государственный университет

Venera K. Nurtazina - student at the Institute of Geosciences, Tyumen State University, Tyumen, Russian Federation E-mail: venera.nice10@mail.ru

Марина Сергеевна Середа - главный специалист по экологическому просвещению, Национальный парк «Таганай», г. Златоуст, Челябинская обл.

Marina S. Sereda - chief environmental education specialist, Taganay National Park, Zlatoust, Chelyabinsk Region, Russian Federation E-mail: np-taganay@taganay.org

Заявленный вклад авторов

А.В. Синдирева - научное руководство исследованием, сбор полевого материала, интерпретация результатов, подготовка текста статьи

A.С. Бурмистрова - научное руководство исследованием, сбор полевого материала, интерпретация результатов, помощь в статистической обработке данных и составлении таблиц и графиков, подготовка и написание литературного обзора, подготовка текста статьи

B.В. Клименко - интерпретация результатов, помощь в статистической обработке данных и составлении таблиц и графиков, подготовка текста статьи, подготовка и написание литературного обзора

В.К. Нуртазина - интерпретация результатов, помощь в статистической обработке данных и составлении таблиц и графиков, подготовка и написание литературного обзора, подготовка текста статьи

М.С. Середа - сбор полевого материала, консультирование по местам отбора проб почв

ï ^ Е ^

о £ лт

о к ки эн t ¥

É ^

JE m

Contribution of the authors

A.V. Sindireva - scientific supervision of the work, collection of field material, interpretation of the results, preparation of the text of the article

A.S. Burmistrova - scientific supervision of the work, collection of field material, interpretation of the results, help in statistical processing of data and making tables and graphs, preparation and writing the literature review, preparation of the text of the article

V.V. Klimenko - interpretation of results, help in statistical processing of data and compiling tables and graphs, preparation of the text of the article, preparation and writing of the review of literature

V.K. Nurtazina - interpretation of results, assistance in statistical processing of data, drawing up tables and graphs, preparation and writing a literature review, preparation of the text of the article

M.S. Sereda - collecting field material, advising on soil sampling locations

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи All authors have read and approved the final manuscript

Ol

с

О