Медь в основных компонентах ландшафтов бассейна Телецкого озера

На рисунке 2 представлены результаты расчета гидрографа в районе Барнаула для 1988 г. без модели боковой приточности (3-7). В целом совпадение расчетных и натурных данных по расходу удовлетворительное. Исключение составляет период интенсивного снеготаяния с 15.04 по 01.05 (максимальная погрешность

до 35 %). Результаты расчета гидрографа в районе Барнаула для 1988 г. с учетом модели боковой приточности (3-7) представлены на рисунке 3. Очевидно, что учет модели боковой приточности (3-7) позволяет более точно рассчитать расход воды в р. Обь в период интенсивного снеготаяния с 15.04 по 0І.05.

о

го

2

о"

время

Рис. 3. Динамика расхода и уровня воды в районе г. Барнаула с учетом снеготаяния. Расчет для 1988 г.

Использование модели снеготаяния при расчете боковой речного потока могут использоваться для решения различных приточности представляется перспективным и позволяет улуч- водно-экологических задач, в частности для определения гра-шить точность расчета прохождения волны паводка в верхнем ниц зон затопления при расходах различной обеспеченности и течении р. Обь в период снеготаяния. Рассчитанные параметры целей краткосрочного прогноза гидрологического стока.

* Работа выполнена в рамках проекта СО РАН VII.62.1.1. «Исследования гидрологических, гидрохимических, гидробиологических и экологических процессов в водных объектах Сибири с учетом антропогенных факторов и изменений климата» и при частичной финансовой поддержке Партнерского проекта фундаментальных исследований СО РАН №74.

Библиографический список

1. Васильев, О.Ф. Математическое моделирование качества воды в системах открытых русел / О.Ф. Васильев, А.Ф. Воеводин // Динамика сплошной среды. - Новосибирск, 1975. - Вып. 2.

2. Васильев, О.Ф. Численный метод расчета распространения длинных волн в открытых руслах и приложение его к задаче о паводке /

О.Ф. Васильев, С.К. Годунов // ДАН СССР - 1963. - Т. 151. - № 3.

3. Кучмент, Л.С. Формирование речного стока / Л.С. Кучмент, В.Н. Демидов, Ю.Г. Мотовилов. - М., 1983.

Bibliography

1. Vasiljev, O.F. Matematicheskoe modelirovanie kachestva vodih v sistemakh otkrihtihkh rusel / O.F. Vasiljev, A.F. Voevodin // Dinamika sploshnoyj sredih. - Novosibirsk, 1975. - Vihp. 2.

2. Vasiljev, O.F. Chislennihyj metod rascheta rasprostraneniya dlinnihkh voln v otkrihtihkh ruslakh i prilozhenie ego k zadache o pavodke / O.F. Vasiljev, S.K. Godunov // DAN SSSR. - 1963. - T. 151. - № 3.

3. Kuchment, L.S. Formirovanie rechnogo stoka / L.S. Kuchment, V.N. Demidov, Yu.G. Motovilov. - M., 1983.

Статья поступила в редакцию 25.09.12

УДК 631.4

Kuznetsova O.V. COPPER IN MAJOR LANDSCAPE COMPONENTS OF THE LAKE TELETSKOYE BASIN. The regularities of copper distribution within different-type soil forming rocks and soils under study were revealed. The data on Cu concentration in plants are presented. The greater Cu accumulation was observed in roots and mat as compared with top. Copper concentration in the lake's water and its major tributaries does not exceed MPS.

Key words: copper, soil forming rocks, soils, plants, water.

О.В. Кузнецова, аспирант ИВЭП СО РАН, E-mail: gafivep@mail.gorny.ru

МЕДЬ В ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТАХ ЛАНДШАФТОВ БАССЕЙНА ТЕЛЕЦКОГО ОЗЕРА

Выявлены закономерности распределения меди в различных типах почвообразующих пород и почвах исследуемой территории. Представлены данные о ее концентрациях в растительных ассоциациях. Обнаружено большее накопление элемента в корнях и подстилке по сравнению с надземной массой. Содержание меди в воде озера и его основных притоков не превышает ПДК.

Ключевые слова: медь, почвообразующие породы, почвы, растения, воды.

В экосистемах проблема меди имеет две особенности -биологическую и эколого-токсикологическую. Присутствующая в небольших количествах в компонентах ландшафтов она, с одной стороны, является биологически важным микроэлементом, с другой, при высоких концентрациях - опасным токсикантом для живых организмов. Ее функции в организмах растений, животных и человека велики и разнообразны и достаточно хорошо изучены [1]. Она играет важную роль в ряде физиологических процессов: фотосинтезе, дыхании, перераспределении углеводов, восстановлении и фиксации азота, контролирует образование ДНК и РНК, принимает участие в азотном, нуклеиновом, углеводном, ауксиновом и фенольном обменах. Избыточные концентрации меди вызывают повреждение тканей, изменение проницаемости мембран, переокисление липидов в мембранах хлоропластов и ингибирование переноса электронов при фотосинтезе [2]. Взаимосвязь элементов с компонентами ландшафта осуществляется в процессе миграции веществ. Это требует постоянного контроля за их содержанием в экосистемах.

Исследования проводили на территории бассейна Телец-кого озера, который находится в восточной части Горного Алтая. В его ландшафтной структуре преобладают природные комплексы лесного и степного типов, почвенно-растительный покров распределяется по вертикальным поясам: степному, лесному и высокогорному.

Основными объектами исследований были почвообразующие породы, почвы горно-лесного и степного поясов, растительность и природные воды. В основу полевых исследований положен сравнительно-географический метод. Почвенные разрезы закладывали в системе геоморфологических профилей. Образцы почв отбирали по генетическим горизонтам. В образцах растительных ассоциаций, сопряженных с почвенными разрезами, определяли запасы надземной массы, корней, подстилки с 1 м2. Определение физических и физико-химических свойств почв выполнено общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами. Содержание меди определяли вольтамперометрическим методом. Полученную информацию подвергали вариационностатистической обработке.

По данным Е.В. Тонконоженко [3] валовое содержание меди в почвообразующих породах нашей страны колеблется от 5 до 95 мг/кг. На исследуемой территории почвообразующими породами чаще всего являются рыхлые отложения четвертичного возраста, представленные различными суглинистыми образованиями ледникового или элювиального происхождения. В долинах преобладают аллювиально-дефлюкционные отложения, на крутых склонах доминируют выходы коренных метаморфических пород различного состава. Содержание меди в почвообразующих породах бассейна Телецкого озера колеблется незначительно. Наиболее низкими значениями характеризуются ал-

лювиально-делювиальные отложения, повышенными - элювиальные (таблица 1).

Таблица 1

Содержание меди в почвообразующих породах бассейна Телецкого озера, мг/кг

Тип почвообразующей породы Содержание меди*

Элювиальные 613’9 * °>913,6 12,0 -16,1

Элювиально-делювиальные 11115 * °,8 23,1 7,5 -15,7

Аллювиально-делювиальные 9 3 * 0 9 8 ,_ , 28,3 5,5 -14,8

Аллювиальные 8 12,9 *11 48,5 4,4 - 59,0

Примечание: *- перед дробью - количество дат, в числителе - средняя арифметическая ± ошибка средней арифметической, в знаменателе - пределы колебаний, за дробью - коэффициент варьирования, %.

Пространственное распределение меди в почвенном покрове разных регионов достаточно хорошо изучено. Ее среднее содержание в незагрязненных почвах мира колеблется от 6 до 60 мг/кг [4]. Биогеохимия меди в Горном Алтае ранее изучена М.А. Мальгиным [5], А.В. Пузановым, О.А. Ельчининовой, Т.А. Рождественской [6], в почвах горно-лесного пояса Горного Алтая - С.Н. Балыкиным [7]. Полученные данные содержания меди во всех исследованных типах почв бассейна Телецкого озера ниже, чем в целом по Горному Алтаю. М.А. Мальгин [5] отмечал существенную вариабельность концентраций данного микроэлемента в почвах Горного Алтая - 8,2-71,2 мг/кг.

Минимальное валовое содержание микроэлемента свойственно интразональным почвам, формирующимся на песчаных и супесчаных аллювиальных отложениях (9,6±0,4 мг/кг), максимальное - почвам более тяжелого гранулометрического состава горно-лесным бурым (17,3±0,8 мг/кг) (табл. 2). Причиной этого является то, что с утяжелением гранулометрического состава и увеличением суммарной удельной поверхности частиц увеличиваются процессы сорбции рассеянных элементов на их поверхности за счет сил электростатистического взаимодействия, а также включения их в межпакетное пространство.

Таблица 2

Содержание меди в почвах, мг/кг

Тип почв Валовое Подвижные формы Доля подвижных форм от валового, %

Горно-лесные серые „„ 13,6* 1,0 42 ’ 46,3 4,5 - 31,7 39 0,67 * 0,04 40,92 0,10 -1,39 5

Горно-лесные бурые 5717,3 * 0,8 36,5 5,4 - 31,5 54 0,60 * 0А05 55,78 0,06 -1,31 3

Каштановые 13 7 * 17 18 ,_ , 33,8 6,0 - 25,2 18 0,07 * 0,0129,27 0,04 - 0,11 1

Интразональные 63 9,6 * 0,4 31,5 3,4 -19,2 0,37 * 0,07 43 75,49 0,03 -1,40 4

Подвижные формы составляют незначительную долю от валового содержания элемента. Их максимальная доля отмечена в почвах горно-лесного пояса (горно-лесных серых почвах -5 %), минимальная - в каштановых, что связано с реакцией почвенного раствора. Слабокислая реакция почв горно-лесного пояса обусловливает высокую подвижность микроэлемента по сравнению со слабощелочной в каштановых почвах. Восстановительные условия в интразональных почвах повышают подвижность меди.

Формирование микроэлементного состава горно-лесных серых, горно-лесных бурых и интразональных почв происходит в условиях промывного водного режима. Следствием этого является неодинаковая интенсивность протекающих в различных типах почв процессов гумусонакопления, выщелачивания, лес-

сиважа, иллювиирования. Наиболее сильное рассеяние микроэлементов относительно литосферы наблюдается в лесных типах почв. В каштановых почвах, формирующихся в условиях непромывного типа водного режима, в которых процессы выщелачивания микроэлементов ослабляются, биогенная аккумуляция усиливается (таблица 3).

В результате почвообразования в гумусовом горизонте всех типов исследуемых почв относительно почвообразующих пород в различной степени накапливаются соединения меди, ее подвижные формы. По шкале экологического нормирования [8] для почв со слабокислой и щелочной реакцией валовое содержание меди в горно-лесной бурой почве относится к градации «среднее», во всех остальных типах исследуемых почв - «низкое». Установленные значения ее подвижных форм по классифика-

Таблица 3

Соотношение содержания меди в гумусовом горизонте почв и почвообразующей породе

Тип Валовое Подвижные формы

Горно-лесные серые 1,18 1,22

Горно-лесные бурые 1,32 1,37

Каштановые 1,77 1,45

Интразональные 2,23 0,92

ции А.И. Обухова [9] можно отнести к градациям «среднее» содержание для почв горно-лесного пояса, «низкое» - для интра-зональных и «очень низкое» - для каштановых.

Медь относится к числу химических элементов, имеющих среднюю степень поглощения растениями. Нормальная концентрация меди в растениях находится на уровне 0,2-20,0 мг/кг [10]. Большой интерес представляет распределение элемента между надземной, подземной частью растений и подстилкой (рис. 1). Во всех растительных ассоциациях, кроме развитых на горно-лесной бурой почве, большая часть меди сосредоточена в корневой массе: от 58% (в горно-лесной серой) до 78% (в каштановой). В горно-лесных бурых почвах, сформированных под кедровыми травянисто-мшистыми лесами, образуется большее количество подстилки, способной удерживать обменные формы меди.

каштановая интразональная

і наз.масса подстилка  корни

Рис. 1. Содержание Си в растительных ассоциациях на разных типах почв

вата, что подтверждают и результаты наших исследований. Доступность элементов растениям и степень использования ими их подвижных форм, содержащихся в почве, характеризуется коэффициентом биогеохимической подвижности, который является количественной характеристикой способности растений или их частей к поглощению поллютантов. В условиях малого содержания элемента в почве (для каштановых почв доля подвижных форм составляет 1 %), растение поглощает все имеющееся доступное для него количество, поэтому максимальный коэффициент накопления меди в каштановых, наименьший -интразональных почвах. Барьерная функция корня - это защитное свойство растительного организма от воздействия тяжелых металлов в надземной части. Известно, что преимущественное накопление в корне излишних количеств тяжелых металлов обеспечивается в основном механизмами активного транспорта и, следовательно, является энергозатратным процессом. Можно предположить, что при незначительных концентрациях тяжелых металлов растение «не тратит» метаболическую энергию на обеспечение корневого барьера, что наблюдается в каштановых почвах. Если Ккб выше единицы, это указывает на наличие корневого барьера при поглощении элементов растениями. Коэффициент корневого барьера максимален для интразональ-ных почв, находящихся в условиях избыточного увлажнения.

Среднее содержание меди в природных водах Телецкого озера и его основных притоков характеризуется значительной контрастностью и варьирует от 0,52±0,08 до 1,50±0,25 мкг/дм3 (таблица 5).

В озеро впадает более семидесяти больших и малых рек, не считая временных водотоков, но основной объем воды (более 3/4) дает впадающая в озеро с юга многоводная река Чу-лышман, поэтому химический состав вод наследуется от его основного притока, средняя концентрация элемента в водах озера составляет 1,45±0,28 мкг/дм3. Анализ распределения меди в различных водных источниках Телецкого озера выявил ее высокие концентрации в водах степных ландшафтов по сравнению с таежными, но не превышающие ПДК (30 мкг/дм3) [12]. В гумидных ландшафтно-геохимических условиях значительная часть мигрирующих в природных водах масс металлов находится в виде прочно связанных металлоорганических комплексов. В сухостепных условиях содержание растворимого органического вещества сильно уменьшается, но возрастает значение неорганических комплексных соединений с различной электростатической и электролитической характеристикой.

Выводы

1. Максимальное валовое содержание меди выявлено в почвах горно-лесного пояса.

2. Доля подвижных форм элемента в почвах варьирует от 1 % (в почвах степных ландшафтов) до 5 % (в почвах лесных ландшафтов).

3. Большая часть меди сосредоточена в корневой массе растений и подстилке.

Таблица 4

Показатели трансформации и транслокации Си в системе «почва-растение»

Коэффиценты Горно-лесная серая почва Горно-лесная бурая почва Каштановая почва Интразональная почва

КБП 0,24 0,14 0,12 0,11

КН 5,49 3,57 21,11 2,98

Ккб 0,65 0,28 0,80 2,77

Таблица 5

Содержание Си в воде Телецкого озера и некоторых притоков, мкг/дм3

Место отбора Си Место отбора Си

Телецкое озеро 1,45±0,28 р. Б. Чили 0,96*0,08

Река Корбу 0,52±0,08 р. Кыга 0,80*0,40

Река Кокши 1,29*0,13 р. Чулышман 1,50*0,25

Для оценки меры поглощения меди растениями были рассчитаны следующие коэффициенты: биологического поглощения (КБП); биогеохимической подвижности (накопления) (КН); корневого барьера (Ккб) (таблица 4).

Все элементы по А.И. Перельману [11] делятся по интенсивности биологического поглощения или захвата. Медь по его классификации относится к группе среднего биологического зах-

4. Полученные показатели трансформации и транслокации Си в системе «почва-растение» подтверждают литературные данные, что медь является элементом среднего биологического захвата.

5. Средняя концентрация меди в воде Телецкого озера составляет 1,45±0,28 мкг/дм3, что близко к показателям её основного притока (р. Чулышман).

Библиографический список

1. Ягодин, Б.А. Тяжелые металлы в системе почва-растение / Б.А. Ягодин [др.] // Агрохимический вестник. - 1996. - № 5.

2. Школьник, М.Я. Микроэлементы в жизни растений. - Л., 1974.

3. Тонконоженко, Е.В. Медь в почвах древней дельты р. Кубань и применение медьсодержащих удобрений при выращивании риса / Е.В.Тонконоженко, Текое Фови // Тр. Куб.СХИ. - 1989. - Вып. 301(329).

4. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. - М., 1989.

5. Мальгин, М.А. Биогеохимия микроэлементов в Горном Алтае. - Новосибирск, 1978.

6. Пузанов, А.В. Тяжелые металлы в основных почвах Горного Алтая / А.В. Пузанов, Т.А. Рождественская, О.А. Ельчининова // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: доклады IV Межд. науч.-пр. конф. 19-21 октября 2006г., г. Семипалатинск, Республика Казахстан. - Семипалатинск, 2006.

7. Балыкин, С.Н. Микроэлементы в горно-лесных почвах Горного Алтая / С.Н. Балыкин, А.В. Пузанов, Т.А. Рождественская [и др.] // Геохимия биосферы: доклады Межд. науч. конф. - М.; Смоленск, 2006.

8. Обухов, А.И. Охрана и рекультивация почв, загрязненных тяжелыми металлами / А.И. Обухов, Л.А. Ефремова // Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы: Тез. докл. 2-ой Всесоюз. конф.- М., 1988. - Ч. 1.

9. Обухов, А.И. Методические основы разработки ПДК тяжелых металлов и классификация почв по загрязнению // Система методов изучения почвенного покрова, деградированного под влиянием химического загрязнения. - М., 1992.

10. Минеев, В.Г. Химизация земледелия и окружающая среда. - М., 1990.

11. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта. - М., 1975.

12. Беспамятнов, Г.Н. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г.Н. Беспамятнов, Ю.А. Кротов.

- Л., 1985.

Bibliography

1. Yagodin, B.A. Tyazhelihe metallih v sisteme pochva-rastenie / B.A. Yagodin [dr.] // Agrokhimicheskiyj vestnik. - 1996. - № 5.

2. Shkoljnik, M.Ya. Mikroehlementih v zhizni rasteniyj. - L., 1974.

3. Tonkonozhenko, E.V. Medj v pochvakh drevneyj deljtih r. Kubanj i primenenie medjsoderzhathikh udobreniyj pri vihrathivanii risa / E.V.Tonkonozhenko, Tekoe Fovi // Tr. Kub.SKhI. - 1989. - Vihp. 301(329).

4. Kabata-Pendias, A. Mikroehlementih v pochvakh i rasteniyakh / A. Kabata-Pendias, Kh. Pendias. - M., 1989.

5. Maljgin, M.A. Biogeokhimiya mikroehlementov v Gornom Altae. - Novosibirsk, 1978.

6. Puzanov, A.V. Tyazhelihe metallih v osnovnihkh pochvakh Gornogo Altaya / A.V. Puzanov, T.A. Rozhdestvenskaya, O.A. Eljchininova // Tyazhelihe metallih i radionuklidih v okruzhayutheyj srede: dokladih IV Mezhd. nauch.-pr. konf. 19-21 oktyabrya 2006g., g. Semipalatinsk, Respublika Kazakhstan. - Semipalatinsk, 2006.

7. Balihkin, S.N. Mikroehlementih v gorno-lesnihkh pochvakh Gornogo Altaya / S.N. Balihkin, A.V. Puzanov, T.A. Rozhdestvenskaya [i dr.] // Geokhimiya biosferih: dokladih Mezhd. nauch. konf. - M.; Smolensk, 2006.

8. Obukhov, A.I. Okhrana i rekuljtivaciya pochv, zagryaznennihkh tyazhelihmi metallami / A.I. Obukhov, L.A. Efremova // Tyazhelihe metallih

v okruzhayutheyj srede i okhrana prirodih: Tez. dokl. 2-oyj Vsesoyuz. konf.- M., 1988. - Ch. 1.

9. Obukhov, A.I. Metodicheskie osnovih razrabotki PDK tyazhelihkh metallov i klassifikaciya pochv po zagryazneniyu // Sistema metodov izucheniya pochvennogo pokrova, degradirovannogo pod vliyaniem khimicheskogo zagryazneniya. - M., 1992.

10. Mineev, V.G. Khimizaciya zemledeliya i okruzhayuthaya sreda. - M., 1990.

11. Pereljman, A.I. Geokhimiya landshafta. - M., 1975.

12. Bespamyatnov, G.N. Predeljno dopustimihe koncentracii khimicheskikh vethestv v okruzhayutheyj srede / G.N. Bespamyatnov, Yu.A. Krotov.

- L., 1985.

Статья поступила в редакцию 25.09.12

УДК 574:551.4

Platonova S.G. Skripko V.V. ECOLOGICAL-GEOMORPHOLOGICAL FEATURES OF TRANSBOUNDARY INTERACTION IN THE IRTYSH RIVER BASIN. Based on the established types of state of ecological-geomorphological regions in the Irtysh transboundary basin including total anthropogenic load, the spatial analysis was made and probable effects (cased by air, water and sediment transport) on the boundary regions of the contiguous states were considered.

Key words: transboundary basin, ecological-geomorphological regions, types of regions’ state.

С.Г. Платонова, с.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, Email:platonova@iwep.ru;

В.В. Скрипко, преподаватель АлтГУ, г. Барнаул, Email: skripko@inbox.ru

ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТРАНСГРАНИЧНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В БАССЕЙНЕ РЕКИ ИРТЫШ*

На основе выделенных типов состояний эколого-геоморфологических районов трансграничного бассейна р. Иртыш и совокупной антропогенной нагрузки проведён пространственный анализ и рассмотрены возможные ситуации воздействия на приграничные районы сопредельных государств, определяемые движением воздушных, водных и литопотоков.

Ключевые слова: трансграничный бассейн, эколого-геоморфологические районы, типы состояний районов.

В последние десятилетия существенной частью экологических проблем для многих государств стали проблемы трансграничных воздействий, которые связаны с хозяйственной деятельностью, осуществляемой на территории других государств и оказывающей негативное влияние на состояние окружающей среды, здоровье и безопасность населения [1].

Для регионов юга Сибири эта проблема стала особенной актуальной, начиная с 90-х годов прошлого века, с появлением новых государственных границ и, соответственно, новых объектов трансграничья, например, таких, как бассейн Иртыша, расположенный на территории трёх государств: России, Казахстана и Китая. Эти страны присоединились к большинству международных актов, касающихся трансграничных аспектов природоохранной деятельности. Вместе с тем вопросы загрязнений со стороны соседних государств остаются чрезвычайно актуаль-

ными не только для Российской Федерации, но и для сопредельных территорий Казахстана.

Рассмотрению проблем трансграничного взаимодействия в том числе и в азиатской части России посвящено достаточно большое количество научных публикаций. Теоретические и практические вопросы этого направления отражены в работах П.Я. Бакланова, С.С. Ганзея (2004), С.С. Ганзея (2004, 2005), Ю.И. Винокурова с соавторами (2010) [2-5], а также в коллективных монографиях «Приграничные и трансграничные территории Азиатской России и сопредельных стран (проблемы и предпосылки устойчивого развития)» (2010) [1], «Российско-казахстанский трансграничный регион: история, геоэкология и устойчивое развитие: (2011) [1; 6]

Аспект исследования трансграничных территорий, отражённый в настоящей работе, связан с эколого-геоморфологическим