ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2011, № 3, с. 26-33
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 630*160.26 + 630*425
СОДЕРЖАНИЕ СЕРЫ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ХВОЙНЫХ НАСАЖДЕНИЯХ БАССЕЙНА СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ ПРИ АЭРОТЕХНОГЕННОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ
© 2011 г. С. Н. Тарханов
Институт экологических проблем Севера УрО РАН 163000 Архангельск, Наб. Северной Двины, 23 E-mail: tarkse@yandex.ru Поступила в редакцию 09.04.2009 г.
Дана сравнительная оценка содержания серы и тяжелых металлов ^п, Си, Сё, РЬ и в органогенных горизонтах почв и одно-, двух-, трехлетней хвое ели хвойных насаждений бассейна Северной Двины, подверженных аэротехногенному загрязнению. Накопление серы в хвое ели увеличивается по мере приближения к теплоэлектроцентралям и целлюлозно-бумажным комбинатам. Для содержания тяжелых металлов в почве и хвое ели такой четкой зависимости нет.
Сера, тяжелые металлы, хвойные насаждения, почва, хвоя ели, аэротехногенное загрязнение, бассейн Северной Двины.
В настоящее время важным фактором, оказывающим значительное влияние на формирование химического состава растений, является воздушное загрязнение лесных биогеоценозов кислотообразующими веществами и тяжелыми металлами. В таких условиях обычно наблюдается повышение содержания поллютантов, входящих в состав выбросов, в результате фолиарного и корневого поглощения [12, 31], а также выщелачивание элементов из листьев кислыми осадками [17]. Повышение кислотности и выщелачивание основных элементов питания в почвах в результате аэротехногенного загрязнения приводит к нарушению поглощения элементов растениями, дефициту элементов питания, дисбалансу химических элементов в ассимилирующих органах [16, 17]. К числу важнейших процессов, определяющих химический состав органогенных горизонтов лесных почв северной тайги, относятся: поступление соединений элементов с опадом растений, вынос элементов в результате поглощения растениями, миграция в минеральные горизонты [13].
Широко распространены представления, что основной причиной повреждения растений в результате воздушного промышленного загрязнения является фумигация их сернистым газом и токсическое действие соединений тяжелых металлов [13]. При оценке аэротехногенного загряз-
нения промышленных предприятий, в выбросах которых преобладает сернистый ангидрид, большое значение приобретает изучение содержания серы в растениях.
При взаимодействиях макроэлементов между собой, микроэлементов друг с другом, а также макро- и микроэлементов проявляется способность одного элемента ингибировать или стимулировать поглощение других элементов растениями [11, 12]. Взаимодействие Zn и Си носит антагонистический характер и проявляется в ин-гибировании Zn потребления Си растениями [12, 34]. В присутствии Zn снижается поглощение корнями и листьями растений Сё [34].
Основными источниками загрязнения атмосферы Северо-Двинского бассейна являются промышленные предприятия, объекты теплоэнергетики и транспорт Архангельской агломерации (245 тыс. т год1) и Котласского промышленного узла (30 тыс. т год1), Центр атомного судостроения в Северодвинске, космодром "Плесецк". На площади 1 км2 в пределах агломераций ежегодно выпадает следующее количество поллютантов, т: Архангельск - 420, Северодвинск - 440, Но-водвинск - 1435. Среди выбросов Архангельского, Котласского, Соломбальского целлюлозно-бумажных комбинатов (ЦБК), оказывающих вредное влияние на растительность, доминируют
неорганическая пыль и серосодержащие соединения (диоксид серы, сероводород, метилмеркап-тан, диметилсульфид), а теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) - диоксид серы и оксиды азота.
Максимальные по метеоусловиям концентрации диоксида серы в приземном слое атмосферного воздуха, рассчитанные с помощью программы "Эколог", составляют, мг м-3: в Архангельске -0.10, Северодвинске - 0.15, Новодвинске - 0.21. На расстоянии 15-30 км от промышленной зоны максимально разовые концентрации диоксида серы составляют 0.02 мг м-3 [33, 37]. Среднегодовая концентрация сульфат-ионов в снеге на периферии зон влияния предприятий Архангельска и Новодвинска составляет от 5 до 20 мг л-1, а в фоновых районах - 0.51 мг л-1 [15, 29, 30].
Способность тяжелых металлов переноситься в атмосфере на значительные расстояния и осаждаться на территориях, удаленных от источников выбросов на сотни и даже тысячи километров, приводит к постепенному загрязнению лесных территорий [18]. Согласно данным [10, 18] в России на лесных территориях в промышленных выбросах из тяжелых металлов преобладают Си, N1, Zn. Среднегодовые концентрации тяжелых металлов в атмосферном воздухе в Архангельске и Северодвинске составляют: N1 - 0.025 и 0.012, Си - 0.011 и 0.015, Zn - 0.021 и 0.021, РЬ - 0.011 и 0.015 мкг м-3, соответственно. Это содержание значительно ниже концентраций этих микроэлементов, характерных для других промышленных городов России, особенно центров металлургии [3, 9, 26, 33].
Цель настоящей работы - сравнительная оценка содержания серы и тяжелых металлов в органогенных горизонтах почв и хвое ели хвойных насаждений, подверженных аэротехногенному загрязнению.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Объектами исследований являлись хвойные формации зеленомошной и сосновые насаждения сфагновой групп типов леса северной тайги бассейна Северной Двины. Леса зеленомошной группы были представлены ельниками и сосняками черничными со спелыми и перестойными (ель), приспевающими и средневозрастными (сосна), среднеполнотными древостоями, чаще IV класса бонитета, произрастающими на А1-Ре-гумусо-вых подзолах с высокой кислотностью верхних горизонтов (рН солевой суспензии 3.4-4.0), бедностью подзолистого горизонта элементами питания, в частности, обменными основаниями, гумусом и азотом [33]. Сосняки сфагновой группы, произрастающие преимущественно на болотных
верховых торфяных и торфяно-глеевых почвах, подстилаемых оглеенными суглинками, в северной тайге отличаются низкой продуктивностью (чаще V-Vа классы бонитета) и редкостойностью, особенно в спелом и перестойном возрасте. Торф болотных верховых почв - сфагновый или пуши-це-сфагновый, низкой степени разложения, имеет сильнокислую реакцию (рН солевой суспензии 2.6-3.2), высокую обменную и гидролитическую кислотности, очень низкую степень насыщенности основаниями (менее 20%), содержание золы в верховом торфе 2-4%. В районах, подверженных аэротехногенному загрязнению, в верхних горизонтах верховых торфяных почв отмечается повышенное содержание золы (6-8%) и обменного калия (150-213 мг 100 г-1 почвы) [33].
Закладку пробных площадей осуществляли в соответствии с принятыми в лесоустроительной практике стандартами [6]. Районы аэротехногенного загрязнения соответствуют критериям, рассмотренным в работах [26, 33, 37]. На фоновых территориях (Мезенский, Пинежский, Приморский, Шенкурский районы Архангельской обл. и юго-запад Ненецкого АО) пробные площади располагались на расстоянии более 120 км от "высоких" источников эмиссий (ТЭЦ, ЦБК). При лесоводственно-геоботанической и таксационной характеристике лесных насаждений руководствовались общепринятыми методами [2, 28, 32].
В вегетационные периоды 1997-1998 гг. на каждой пробной площади с 20 деревьев в нижней трети кроны отбирали смешанные образцы одно-, двух-, трехлетней хвои боковых ветвей 1-го порядка, что обеспечивало достоверность данных определения содержания тяжелых металлов и серы [39]. Отбор и подготовку проб почвы для анализа проводили стандартными методами [4, 5] в соответствии с методическими рекомендациями [21]. Точечные пробы отбирали на пробных площадях из органогенных горизонтов способом конверта на глубине 0-5 см (в пятикратной повторности). Определение подвижной серы в почве по методу, разработанному Центральным научно-исследовательским институтом агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО), заключалось в извлечении подвижной серы из почвы раствором хлористого калия, осаждением сульфатов хлористым барием и последующем турбидиметрическом определении их в виде взвеси сульфата бария [7, 8]. Общее содержание серы в смешанных образцах хвои определяли турбидиметрическим методом [25].
Определение содержания тяжелых металлов в почве и хвое проводили в соответствии с обще-
принятыми методиками [20, 22, 24]. Содержание Cd, Pb, Zn и Cu определяли распылением с атоми-зацией раствора в пламени с помощью спектрофотометра "Спектр-5". Содержание Hg в почве и растениях определяли с применением анализатора ртути "Юлия-2" [23, 27].
Полученный при исследованиях материал обработан методами корреляционного и дисперсионного анализов с использованием пакета программ Excel, Stadia 7.1 (лицензионный паспорт № 1622).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В бореальных лесах органогенные горизонты почвы являются основным источником питания растений. У ели приуроченность минерального питания к органогенному горизонту выражена сильнее, чем у сосны, что обусловлено его большей мощностью в еловых насаждениях и размещением корневой системы ели именно в этом горизонте или непосредственно под ним. Именно органогенные горизонты лесных почв являются биогеохимическим барьером нисходящей миграции химических элементов и аккумулятором техногенных загрязнений [13].
Согласно нашим данным (табл. 1) среднее содержание сульфатов в органогенных горизонтах подзолистых почв (ельники черничные) в загрязненных выбросами предприятий Архангельской агломерации районах превышает их фоновый уровень почти в 4 раза, максимальное превышение составляет 27 раз. В условиях атмосферного загрязнения наблюдаются различия в накоплении сульфат-ионов в органогенных горизонтах подзолистых (сосняки и ельники черничные) и болотных (сосняки сфагновой группы) почв. Так, среднее содержание SO|- в поверхностном торфяном горизонте (на глубине 0-5 см) болотных почв в 2-2.2 раза больше (р < 0.05), чем в лесной подстилке подзолистых почв, хотя максимальные показатели отмечаются в ельниках черничных. Среднее содержание биофильных элементов Cu и Zn в верхнем горизонте болотных верховых почв в районах аэротехногенного загрязнения существенно ниже по F-критерию (р < 0.01 и р < 0.001, соответственно), чем в органогенном горизонте подзолистых почв ельников черничных. По накоплению т
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.