научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СНЕЖНОГО ПОКРОВА В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ РЕСПУБЛИКИ КОМИ Геология

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СНЕЖНОГО ПОКРОВА В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ РЕСПУБЛИКИ КОМИ»

ГЕОХИМИЯ, 2011, № 2, с. 212-219

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СНЕЖНОГО ПОКРОВА В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ РЕСПУБЛИКИ КОМИ

© 2011 г. Т. А. Пристова, М. И. Василевич

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 E-mail: pristova@ib.komisc.ru Поступила в редакцию после доработки 07.04.2009 г.

Ключевые слова. Экомониторинг, атмосферные осадки, лесные экосистемы.

Снежный покров способен накапливать и сохранять вещества, поступающие на поверхность почвы из атмосферы. Снег является достаточно информативным, интегральным показателем поступления вещества в экосистемы из атмосферы. В отличие от дождевых осадков, снег в условиях Севера аккумулирует различные вещества, поступающие из атмосферы в течение длительного времени (6—8 месяцев), благодаря чему является важным объектом мониторинга, отражающим степень воздействия промышленных предприятий на окружающую среду [1].

Атмосферные осадки являются компенсатором элементов, особенно серы, из атмосферы в биологическом круговороте лесных экосистем. Лесные экосистемы оказывают существенное влияние на изменение химического состава и количество атмосферных осадков [2, 3]. Как известно, снег более эффективно, чем дождевые осадки вымывает из атмосферы твердые примеси, аккумулирует пыль в результате ее гравитационного осаждения. При таянии снега пыль обогащает снеговые воды щелочноземельными элементами [4].

Проходя сквозь полог древостоя, снег претерпевает изменения за счет захвата частицами снега веществ, накопленных на поверхности хвои, сучьев и стволов деревьев в процессе их жизнедеятельности [3, 5]. В условиях аэротехногенного загрязнения атмосферные осадки привносят часть загрязняющих веществ из атмосферы на поверхность почвы [6].

В результате процессов вымывания концентрация загрязняющих веществ в снеге оказывается обычно на 2—3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. Послойный отбор проб снежного покрова позволяет получить динамику загрязнения за зимний сезон от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы [7, 8].

Ранее в зоне влияния Сыктывкарского целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) исследования проводились в 1990—1993 гг. на открытых пространствах [1] и в 1996—1998 гг. в сосняках [9].

Цель работы состоит в оценке степени трансформации химического состава твердых атмосферных осадков лесными экосистемами в фоновом районе и зоне влияния аэротехногенного загрязнения ЦБП. Ставились следующие задачи: выявление воздействия лесных насаждений (различных по возрасту и составу древостоя) на уровень содержания химических компонентов снежного покрова на фоновых участках и в условиях атмосферного загрязнения ЦБП.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Исследования проводились в 1996—1998 гг. и 2005—2007 гг на территории Республики Коми. Фоновые участки располагались в окрестностях д. Ляли (участок № 1) (80 км от ЦБП) и д. Кылтово (участок № 2) (100 км от ЦБП) Княжпогостского района. В качестве техногенно нарушенных участков выбрали два места на северной и южной границе санитарно-защитной зоны ЦБП: микрорайон Строитель Эж-винского района г. Сыктывкара (участок № 3) и временный деревянный поселок (ВДП) (участок № 4), которые находятся в радиусе 1.5—2 км от ЦБП.

Для исследований выбраны:

1) 2 средневозрастных лиственно-хвойных насаждения 40—45 летнего возрастов сложных по составу древостоя на участках № 1, 4 и осинник разнотравный 35-летнего возраста на участке № 2. Данные насаждения являются производными, возникшими в результате рубки еловых и сосновых лесов. Для них характерно формирование второго яруса из ели и преобладание березы и осины в верхнем ярусе.

2) 2 березовых молодняка 12—15 летнего возраста, формирующихся на месте вырубок ельников и сосняков на участках № 2 и 4. В их составе присутствует ива и осина.

3) Хвойные насаждения представлены двумя ельниками черничными (120-летнего возраста) на участках № 1, 3 и 2 сосняками (130-летнего возрас-

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СНЕЖНОГО ПОКРОВА

213

та) на участках № 1, 4 (по данным Торлоповой, Ро-бакидзе) [9].

4) Открытые пространства на участках № 2, 3, 4, расположенные на безлесных территориях.

В лесных насаждениях снег отбирали под кронами основных доминирующих древесных пород и в межкроновых пространствах ("окнах"). Для района исследований продолжительность снежного периода составляет 182 дня в году. Максимальная концентрация химических элементов и запас снега наблюдается во II—III декаде марта.

Все исследования, включая отбор проб, хранение образцов снежного покрова, их количественный химический анализ (КХА), выполнены в соответствии с РД 52.04.186-89 "Руководство по контролю загрязнения атмосферы" [10].

Точки отбора проб снега определяли при помощи навигационного прибора GPS-12 (USA). Отбор проб снега проводили пластиковой трубой с внутренним диаметром 5.5 см и площадью сечения 23.7 см2, на внешней поверхности которой были нанесены деления для измерения высоты снежного покрова. В намеченных точках пробоотбора с площади 8—10 м2 в зависимости от глубины снега отбирали 3—6 кернов снега для каждой точки в полиэтиленовый пакет, предварительно промытый дистиллированной водой. Во избежание загрязнения образцов снега частицами почвы нижнюю часть кернов (1—2 см) отбрасывали. Подготовка проб к анализу состояла из растапливания снега и фильтрования через мембранный фильтр 0.45 мкм при помощи вакуумных установок для фильтрования.

Количественный химический анализ (КХА) был выполнен в аккредитованной экоаналитиче-ской лаборатории "Экоаналит" Института биологии Коми НЦ УрО РАН. КХА проводили исходя из перечня основных компонентов выбросов ЦБП. Это карбонатно-сульфатная пыль, оксиды серы, углерода, азота, а также соединения натрия, марганца, углеводороды. Поэтому особое внимание уделялось интегральным показателям — рН, удельная электропроводность. Проведен КХА основных ионов: SO^-, Cl-, HCO-, PO;j-, NH+,

N O-, N O-, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, а также тяжелых металлов (Mn, Zn, Cd, Ni, Cu, Pb, Fe) и органических соединений - по показателю химически поглощенного кислорода (ХПК).

Для определения накопления компонентов в снежном покрове использовался коэффициент Шоу [11] рассчитанный по формуле:

n

R = 1 / n ^ Pi,

i = 1

где п — число определяемых компонентов, Р/ — уровень поступления /-го компонента на поверхность снежного покрова (г/м2).

ФОНОВЫЕ ЛЕСНЫЕ ЛАНДШАФТЫ

Согласно геохимической классификации А.И. Перельмана, исследуемые таежные экосистемы относятся к западнотаежным ландшафтам (Б1) с кислым классом водной миграции (Ш—Н+—класс). Атмосферные осадки в этих ландшафтах являются компенсаторами элементов в биологическом круговороте и благодаря интенсивному увлажнению почвы создают условия для вымывания из почвы всех элементов рядов миграции [12].

Установлено, что кислотность (рН) снеговых вод для изучаемых объектов варьирует от 4.71 до 6.05 в зависимости от места отбора проб, типа насаждения и года исследования. В целом реакция снеговых вод кислая или слабокислая. Значение рН увеличивается в ряду: ельник — сосняк — открытое место — березовый молодняк — лиственно-хвойное насаждение (рисунок). Довольно близкие значения рН приводятся для Финляндии. Снеговые воды также являются кислыми, со значением рН в пределах от 4.55 до 4.87, при этом на открытом месте рН ниже, чем в ельнике [5]. Однако в условиях Карелии, данные по кислотности снеговых вод несколько различаются от наших и указывают на другие тенденции. Снеговые воды характеризуются как слабокислые, рН снега в ельнике и березово-еловом молодняке не отличается от открытого места [3].

Согласно нашим исследованиям, содержание калия в снеговых водах березового молодняка и лиственно-хвойного насаждения приблизительно в 4, а ельника в 2 раза выше, чем на открытом месте. Его концентрация убывает в ряду березовый молодняк — лиственно-хвойное насаждение—ельник — осинник— открытые пространства — сосняк. Довольно похожие тенденции отмечаются для Карелии [3] и Финляндии [5]. Насыщение снега калием в марте—апреле, связано с небольшим подтаиванием снега в теплые периоды и связанным с ним выщелачиванием подвижного калия из древесного опада [3].

Значительных различий в концентрации кальция в снежном покрове между лесными экосистемами и открытыми пространствами не отмечается. Его минимальное значение наблюдается в сосняке лишайниковом — 0.09 мг/дм3, а максимальное в лиственно-хвойных насаждениях — 0.80 мг/дм3 и ельнике разнотравном — 0.91 мг/дм3.

Концентрации магния в снежном покрове лесных экосистем очень низкие и не превышают 0.35 мг/дм3. Существенного влияния древесной растительности на его содержание нами не наблюдается. Однако, согласно литературным данным, влияние древостоя может быть довольно существенным. Снежный покров в лесу в условиях Финляндии и Ка-

РН 8

7 6

5

4

3 2 1 0

9

8

7

6

5

4 3 2 1 0

лиственно-хвойное насаждение

открытое место

лиственно-хвойное насаждение

сосняк

открытое место

| | Фоновый район | Загрязненный район

Среднегодовой показатель рН в снеговых водах лесных сообществ и открытых пространств за 1996—1998 гг. (1) и 20052007 гг. (2).

1

сосняк

релии содержит больше магния, чем на открытом месте [3, 5]. Его максимальная концентрация в пределах лесных экосистем на незагрязненных территориях в условиях Карелии достигала 42.8 мг/дм3 [3].

Содержание натрия в снежном покрове убывает в ряду: лиственно-хвойное насаждение — березовый молодняк — открытое место — сосняк — ельник. При этом концентрация натрия в снеговых водах лиственно-хвойного насаждения почти в 4.5 раза выше, чем на открытом месте. По-видимому, лиственно-хвойные насаждения, особенно средневозрастные, способствуют увеличению концентрации натрия в снежном покрове, а хвойные, напротив, снижению.

Следует отметить влияние древостоя, особенно елового, на увеличение концентрации марганца. Это связано с круглогодичным опадом в хвойных древостоях. Как известно марганец содержится в довольно больших количествах в ветвях и хвое ели [9]. Концентрация Си, Zn, РЬ в снежном покрове очень низкая и практически не

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком