Оценка геохимической устойчивости ландшафтов и почв Северодвинского промышленного района к загрязнению тяжелыми металлами

УДК 574

ЗЫКОВА Елена Николаевна, кандидат географических наук, научный сотрудник лаборатории экологической сейсмологии и геохимии Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 10 научных публикаций

ОЦЕНКА ГЕОХИМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛАНДШАФТОВ И ПОЧВ СЕВЕРОДВИНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА

К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

В основу выводов положены результаты оригинальных эколого-геохимических исследований, выполненных в пределах Северодвинского промышленного района. На основе анализа ландшафтно-геохимического районирования исследуемой территории оценена геохимическая устойчивость ландшафтных комплексов и почв к загрязнению тяжелыми металлами.

Эколого-геохимические исследования, ландшафтно-геохимическое районирование, геохимическая устойчивость почв и ландшафтных комплексов, критерии геохимической устойчивости

Оценка геохимической устойчивости ландшафтных комплексов и почв исследуемого района к загрязнению тяжелыми металлами основывается на ландшафтно-геохимическом районировании. Ландшафтно-геохимическое районирование территории Северодвинского промышленного района (СПР) следует рассматривать как технологический процесс системного анализа природных условий и оценку устойчивости выделенных ландшафтов к химическому загрязнению техногенного воздействия.

Выделение природных комплексов является результатом районирования территории на самостоятельные природные, обусловленные естественными факторами, единицы, каждая из которых характеризуется спецификой состава и условий миграции вещества. Основной принцип районирования - однородность условий миграции [1].

На основе разработанных методик [2] было проведено ландшафтное районирование территории СПР. Выделение ландшафтных таксонов в пределах СПР проводилось по четырем классификационным уровням (см. таблицу 1).

Ряд - неотектонические движения, им соответствуют крупные элементы рельефа с разной направленностью движений, проявленной в постнеогеновое время, что позволяет характеризовать ландшафт с историко-геохимических позиций. Всего в пределах СПР выделены следующие таксоны:

1. Области слабых поднятий позднечетвертичного времени, территория юго-запада района соответствует ландшафтам холмисто-за-падинной ледниковой и водно-ледниковой равнины.

2. Блоки опусканий четвертичного возраста, северо-восточная часть района, соответствуют

Таблица 1

Критерии ландшафтного районирования Северодвинского промышленного района

Наименование таксономических единиц Критерии выделения Природные условия Индекс таксона на карте

Ряд Суммарный эффект неотектонических движений Области слабых опусканий 1 • • •

Умеренные поднятия 2 • • •

Класс Щелочно-кислотные и окислительновосстановительные свойства почвенного покрова Кислый • 1 • •

Кислый глеевый • 2 • •

Род Расчлененность рельефа Нерасчлененный • • 1 •

Слаборасчлененный • • 2 •

Вид Состав четвертичных отложений Эоловые • • • 0

Аллювиально-морские • • • 1

Морские • • • 2

Аллювиальные • • • 3

Ледниковые • • • 4

Озерно-ледниковые • • • 5

Озерные (глины) • • • 6

Болотные (торф) • • • 7

Морские (лужский горизонт) • • • 8

Техногенные • • • 9

типа водного режима). Всего на территории СПР выделено два таксона.

1. Кислый класс (Н+) водной миграции элементов преобладает в районах с хорошей дре-нированностью, это подзолистые, дерново-подзолистые почвы. Среда по всему профилю кислая (рН от 4,5 до 6), что предопределяет высокую миграцию гумуса, Fe, Мп, А1 и катионогенных элементов. Характерна окислительная обстановка по всему профилю ^е3+), содержание гумуса в минеральных горизонтах незначительно, торфяной горизонт отсутствует.

2. Кислый глеевый класс (Н+- Fe2+) водной миграции, широко распространен и представлен болотными почвами с мощным биогенным сорбционным барьером. Среда по всему профилю

ландшафтам прибрежно-морской аккумулятивной слабонаклонной равнины и аллювиальноморской равнины.

Области поднятий по отношению к антропогенному загрязнению - это зоны выноса. Области опусканий - это зоны аккумуляции не только местных техногенных отходов, но и загрязнителей, поступающих транзитом из областей поднятий.

Класс - физико-химическая миграция элементов или щелочно-кислотные свойства почвенного покрова, определяют различную степень интенсивности миграции разных химических элементов для тех или иных условий. Обстановка миграции вытекает из важнейших диагностических признаков типов почв (рН и

кислая, обстановка восстановительная ^е2+). Наблюдается высокая миграция Fe, Мп и других металлов, входящих в состав органических комплексов.

Род - расчлененность рельефа, определяет общую направленность экзогенных процессов, с которыми связана денудация или аккумуляция. Выделяются два таксона.

1. Слаборасчлененный рельеф с углами наклона поверхности более 50, характерен для холмисто-западинной ледниковой равнины, к югу от Северодвинска.

2. Нерасчлененный рельеф характерен для основной части территории с плоским или слабохолмистым рельефом и слабым врезом речных долин.

В геохимическом плане по этому признаку разделяются площади с различной интенсивностью как латерального, так и вертикального переноса вещества. Относительно высокая миграция вещества в виде водного стока и площадного сноса приурочена к районам с расчлененным рельефом. В остальных районах миграция вещества затруднена из-за слабого дренажа, а также из-за большой мощности биогенных отложений.

Вид - ряды четвертичных образований, отражают роль участия коренного субстрата в современных геохимических процессах. В данном классификационном уровне выделены три таксона.

1. Водный - морские и аллювиальные отложения, представленные преимущественно песками. Развиты на островах дельты и в пойме реки Северной Двины и на прибрежно-морской аккумулятивной равнине.

2. Ледниковый - моренные, флювиогляци-альные и озерно-ледниковые отложения различного механического состава, развиты в пределах холмисто-западинной ледниковой равнины.

3. Биогенный - массивы болот с мощностью торфяного горизонта более двух метров.

Всего на территории СПР выделяется 37 типов природных ландшафтов, каждый из которых характеризуется своими особыми условиями миграции вещества (рис. 1).

Ландшафты СПР классифицированы по степени устойчивости, при этом под устой-

чивостью понимается способность компонентов ландшафта противостоять химическому воздействию. Устойчивость ландшафтных комплексов к загрязнению техногенными веществами определяется условиями разложения, рассеяния и удаления привнесенных в ландшафт веществ [3].

Для оценки устойчивости природных комплексов региона были выбраны следующие критерии [2]: неотектонический режим территории, тип ландшафта по условиям миграции веществ, состав почвообразующих отложений, щелочнокислотные условия почв, содержание гумуса в почвенном профиле (см. таблицу 2).

Анализ ландшафтных особенностей СПР позволил установить, что:

- высокой геохимической устойчивостью обладают трансэлювиально-аккумулятивные ландшафты песчаных пойм рек и побережья Белого моря;

- средняя степень устойчивости характерна для элювиальных и трансэлювиальных ландшафтов с развитием супесчаных подзолистых и болотно-подзолистых почв;

- низкой степенью устойчивости к химическому загрязнению характеризуются суперак-вальные ландшафты, расположенные в районах неотектонических опусканий и стабилизаций с широким развитием болотных, болотно-подзолистых и глеевых почв на суглинистом субстрате, на площадях с затруцненным дренажем.

Большая часть территории СПР представлена ландшафтами с низкой степенью устойчивости к химическому загрязнению.

Важнейшим средообразующим компонентом наземных ландшафтов Земли являются почвы, от экологического состояния которых во многом зависит устойчивость техногенных геохимических аномалий, возникающих как в них самих, так и в сопряженных с ними природных средах (растительности, донных отложениях местных водотоков, гидросфере) [4].

На территории СПР выделены следующие типы почв [5]: подзолистые, болотно-подзолистые, болотные верховые, болотные переходные, аллювиальные (рис. 2).

Рис. 1. Карта устойчивости ландшафтных комплексов Северодвинского промышленного района к химическому загрязнению техногенного воздействия.

Условные обозначения: 1 - границы ландшафтов, 2 - индекс ландшафта. Оценка устойчивости с учетом индекса ландшафтов (индексы - в скобках): низкая (1116, 1117, 1119, 1212, 1219, 1217, 2116, 2117, 2127, 2215, 2218, 1127, 1122, 1129, 2124, 2125); средняя (1112, 1118, 1210, 1211, 2112, 2114, 2115, 2118, 2127, 2212, 2214, 2217, 1213, 1113, 2113, 2213, 2123, 1123); высокая (1110, 1121, 1122).

Рис. 2. Карта устойчивости почв Северодвинского промышленного района к химическому загрязнению техногенного воздействия.

Условные обозначения подтипов почв: Ас - аллювиальные пойменные слаборазвитые (песок); А6игзс - аллювиальные иловато-торфяно-болотные засоленные; Бвтг - болота верховые торфяно-глеевые; Бвт - болота верховые торфяные; Бпт - болота переходные торфяные; Бптг - болота переходные торфяно-глеевые; П1 - слабоподзолистые; П2г - глеесреднеподзолистые (суглинки); Пбтк-г - торфяно-подзолистые глеевые; Пзж - сильноподзолистые иллювиально-железистые. Устойчивость почв: низкая (Абигзс; Бвтг; Бвт; Бпт; Бптг; Пбтк-г), средняя (П1; П2г), высокая (Ас; Пж).

Таблица 2

Критерии оценки геохимической устойчивости ландшафтных комплексов

Оценка устойчиво- сти Неотекто- нический режим Условия миграции веществ Состав почвообразу- ющих отложений Щелочнокислотные условия среды Содержание гумуса в почве, %

Высокая Области поднятий Слаборасчле-ненный рельеф Пески Кислый класс До 2

Средняя Зоны стабилизаций Слаборасчле-ненный рельеф Супеси Кислый переходный к кальциевому 3-5

Низкая Зоны опусканий Нерасчленен- ный Г лины, суглинки, торфа Кислый глеевый 6

На территории города расположен особый тип почв - городская почва. Городская почва -это почва, которую не всегда можно определить с традиционных почвенно-генетических позиций, так как ведущим фактором почвообразования в населенных пунктах и, прежде всего в городах, является антропогенный фактор [6].

Для оценки геохимической устойчивости почв региона выбраны следующие критерии [2]:

1) механический состав почвообразующих отложений определяет фильтрационные и сорбционные свойства, чем больше крупность материала, тем выше фильтрация отложений, чем тоньше состав, тем выше сорбционная способность;

2) щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия определяют различную степень миграции загрязняющих веществ по профилю почв;

3) мощность органогенных горизонтов определяет величину сорбционной емкости этих горизонтов;

4) содержание гумуса в верхних почвенных горизонтах определяет биогенную аккумуляцию токсинов.

Болотные почвы обладают низкой геохимической устойчивостью и аккумулируют в себе загрязняющие вещества. Для подзолистых почв характерна средняя устойчивость. Высокая геохимическая устойчивость характерна для аллювиально-пойменных слаборазвитых и городских почв, что определяется их механическим составом. Городские почвы - это насыпные, намывные или перемешанные песчаные грунты с высокой устойчивостью к техногенному загрязнению.

В результате проведенного исследования выявлено, что большую часть территории СПР занимают болотные, болотно-подзолистые и глеевые почвы с низкой геохимической устойчивостью к загрязнению тяжелыми металлами. Техногенные геохимические аномалии, образующиеся в этих почвах, являются устойчивыми, чему также способствует слабое развитие процессов самоочищения ландшафтов.

Список литературы

1. Касимов Н.С. Базовые концепции и принципы геохимии ландшафтов // Геохимия ландшафтов и география почв. Смоленск, 2002. С. 23-40.

2. Морозова И.А., Гетманский Н.Н. Методические рекомендации по составу карт районирования по условиям проведения крупномасштабных геохимических работ. М., 1989. С. 1-48.

3. Сорокина Е.П. Ландшафтно-геохимические аспекты геоэкологического картографирования урбанизированных территорий // Пос. Зеленый Московской области. Тезисы докладов. Часть 2. 1998. С. 142-145.

4. Химия окружающей среды / под ред. Дж. Бокриса. М., 1982.

5. Систематический список почв Архангельской области с диагностическими показателями / составители: В.С. Кащенко, А.А. Бенидовский, В.И. Савич и др. М., 1980.

6. Кофф Г.Л., Минакова Т.Б., Бахирева Л.В. и др. Методические основы оценки техногенных изменений геологической среды городов. М., 1990.

Zykova Elena

ESTIMATION OF GEOCHEMICAL STABILITY OF THE SEVERODVINSK INDUSTRIAL REGION LANDSCAPES AND SOILS TO HEAVY METAL POLLUTION

Results of the original ecological-geochemical research executed within the Severodvinsk industrial region serve as a basis for conclusions. On the basis of the landscape-geochemical zoning analysis of the territory under study geochemical stability of the landscape complexes and soils to heavy metal pollution is estimated.

Рецензент - Беляев В.В., доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры географии и геоэкологии Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова