WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Качинский Владимир Леонидович

ТЕХНОГЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В ПОЧВАХ АРКТОТУНДРОВЫХ

ЛАНДШАФТОВ ОСТРОВА БОЛЬШОЙ ЛЯХОВСКИЙ

(НОВОСИБИРСКИЕ ОСТРОВА)

25.00.23 - физическая география и биогеография,

география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва-2014

Работа выполнена на кафедре геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор, Геннадиев Александр Николаевич

Официальные оппоненты: Середина Валентина Петровна, доктор биологических наук, профессор, Томский государственный университет Конюшков Дмитрий Евгеньевич, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник, Почвенный институт имени В.В. Докучаева

Ведущая организация: Институт географии РАН

Защита состоится «5» июня 2014 года в 17 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.13, созданного на базе Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18-й этаж, ауд. 1807.

С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: Ломоносовский проспект, д.27, А8 и на сайте Географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (http://www.geogr.msu.ru/), автореферат также размещен на официальном сайте ВАК (http://www.vak.ed.gov.ru).

Автореферат разослан «_» апреля 2014 года

Ученый секретарь Горбунова Ирина Алдаровна.

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время техногенное углеводородное загрязнение природной среды является одной из актуальных экологических проблем. В России загрязненные нефтепродуктами территории имеют место в различных районах. Такое техногенное воздействие наблюдается и на ряде территорий Российского арктического сектора.





Основной депонирующей средой в ландшафтах, принимающей на себя техногенные углеводороды (ТУВ), являются почвы. В результате углеводородного загрязнения происходит как трансформация самих почв, так и органических поллютантов. Широкий спектр этих вопросов рассматривался исследователями при изучении почв, загрязненных ТУВ. Однако до сих пор практически отсутствуют данные о геохимических особенностях поведения ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов. Между тем, эти регионы требуют особого внимания, так как в последнее время все более возрастает интенсивность воздействия углеводородного загрязнения на почвы арктотундровых территорий, которые считаются наиболее уязвимыми, характеризуясь низким потенциалом самоочищения от углеводородных поллютантов.

В настоящий момент в России в результате углеводородного загрязнения в пределах арктотундровой подзоны существует довольно большое количество техногенно-трансформированных почв на участках бывших баз, аэропортов и метеостанций, расположенных на архипелагах Земля Франца Иосифа, Новая Земля, Северная Земля, Новосибирские острова и острове Врангеля. Загрязненные объекты на этих территориях необходимо инвентаризировать, их воздействие на окружающую среду должно быть изучено для разработки научных основ рекультивации арктотундровых почв.

В связи с этим важна оценка воздействия природных и техногенных факторов на геохимические особенности поведения ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов.

Цель исследования: выявить геохимические особенности и провести анализ факторов поведения ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский (Новосибирские острова).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработать систему диагностических показателей поведения ТУВ в почвах на основе сопряженного анализа данных люминесцентнобитумологического метода и метода газожидкостной хроматографии;

2. Установить уровни содержания и состав ТУВ в арктотундровых почвах в условиях воздействия различных типов углеводородных соединений (трансформаторное масло и дизельное топливо);

3. Охарактеризовать особенности и факторы радиальной и латеральной дифференциации почв арктотундровых ландшафтов по содержанию ТУВ поллютантов;

4. Количественно оценить степень и факторы трансформации ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов;

арктотундровых, южнотундровых и среднетаежных ландшафтов.

Объекты исследований: Для решения поставленных задач изучались фоновые и загрязненные ТУВ почвы на 4-х ключевых участках острова Большой Ляховский в различных ландшафтных условиях, а для сравнения – почвы Среднего Приобья и Малоземельской тундры, также загрязненные углеводородами (УВ).

Методы исследований: В работе использовались сравнительногеографический, катенарный, почвенно-морфологический и др. методы.

Содержание гексановых битумоидов (ГБ) в образцах почв определялось автором люминесцентно-битумологическим методом (в количестве 297 проб почв) в лаборатории углеродистых веществ биосферы географического факультета МГУ; а метаново-нафтеновых, нафтеновых УВ и индивидуальных н-алканов - методом капиллярной газожидкостной хроматографии (70 проб) в Химико-аналитическом центре факультета почвоведения МГУ.





Научная новизна работы: В работе впервые решена важная для геохимии ландшафтов и географии почв научная задача – выявлены геохимические особенности поведения различных групп ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов на примере острова Большой Ляховский. Новыми являются данные о геохимических особенностях радиального и латерального распределения ГБ, метаново-нафтеновых и нафтеновых УВ, широкой гаммы индивидуальных н-алканов (21 соединение) в арктотундровых почвах в связи с ландшафтными условиями территории, свойствами почв и органических загрязнителей. Впервые количественно оценена степень трансформации ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов, а также проведено сравнение с южнотундровыми и среднетаежными почвами. Предложена оригинальная система диагностических показателей для изучения поведения ТУВ в почвах.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработанная система диагностических показателей, основанная на сопряженном анализе данных о содержании в почвах гексановых битумоидов, метаново-нафтеновых, нафтеновых УВ, индивидуальных н-алканов, фитана и пристана, позволила выявить геохимические особенности радиального и латерального распределения и оценить степень трансформации состава ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский.

2. В условиях крайне малого количества атмосферных осадков и очень короткого периода протаивания почв исследованные группы ТУВ характеризуются преимущественно неглубоким (до глубины 70 см) проникновением в основную массу почв, отсутствием или слабо выраженной аккумуляцией над многолетнемерзлым слоем материнских пород; по криогенным трещинам почв ТУВ мигрируют интенсивнее.

3. Приуроченность латерального потока ТУВ к приповерхностным или геокриолитологическими и геоморфологическими условиями. Более подвижные метаново-нафтеновые УВ и н-алканы отличаются повышенной латеральной транзитностью относительно менее подвижных нафтеновых УВ.

4. В почвах арктотундровых ландшафтов наблюдается трансформация ТУВ, в том числе, обусловленная микробиологическим разложением, степень выраженности которой изменяется в связи с природными и техногенными факторами. Коэффициент биологической деградации ТУВ в глеевых горизонтах почв по сравнению с неглеевыми достигает двукратного уменьшения, по мере приближения к кровле многолетней мерзлоты – четырехкратного уменьшения, при снижении содержания органического углерода в почвах – трехкратного уменьшения.

5. Условия аэрации по сравнению с температурным фактором оказывают большее влияние на степень трансформации ТУВ в почвах, что выявляется при сопоставлении объектов исследования в арктотундровых, южнотундровых и среднетаежных ландшафтах.

Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке целей и задач исследования, им проведены полевые работы (заложено и описано 50почвенных разрезов и произведен отбор образцов почв), был освоен и самостоятельно выполнен весь комплекс химико-аналитических работ (около 3000 определений в 297 почвенных образцах). Также автором проведена статистическая обработка и интерпретация полученных данных.

Практическая значимость: Результаты исследования включены в отчет по гранту Русского географического общества № 61/2013-Н7 «Оценка экологогеохимического состояния почв Новосибирских островов». Выводы работы могут быть использованы в качестве научной основы при разработке программ по рекультивации арктотундровых почв, загрязненных ТУВ. Результаты работы имеют важное значение при проведении эколого-геохимического мониторинга состояния почв, трансформированных вследствие углеводородного загрязнения, в других регионах с аналогичными природными условиями.

Апробация работы: материалы диссертационной работы доложены на заседаниях кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (в период 2011-2013г.г.). Основные положения работы были включены в доклады на следующих конференциях:

«Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической молодёжная научная конференция «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2011); V Всероссийская конференция с международным участием (Томск, 2011); Пятая международная научная конференция «Экологические проблемы недропользования: наука и образование» (СанктПетербург, 2012); Международная научная конференция XVI Докучаевские молодежные чтения «Законы почвоведения: новые вызовы» (Санкт-Петербург, 2013); Годичная сессия Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Сергеевские чтения (Москва, 2013); IV Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2013); Международная конференция «Biochars, composts and digestates. Production, characterization, regulation, marketing, uses and environmental impact» (Бари, Италия, 2013).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 3 - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структуры и объем работы: Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы из 129 источников, в том числе 12 на английском языке. Общий объем работы 176 страниц, включая 55 рисунков и таблиц и 9 приложений на 15 страницах.

Благодарности: Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю – доктору географических наук, профессору А.Н. Геннадиеву за научные консультации, помощь и содействие на всех этапах исследования.

Автор признателен заведующему кафедрой геохимии ландшафтов и географии почв, академику РАН Н.С. Касимову, д.г.н., в.н.с. Ю.И. Пиковскому, к.г.н., лаборатории углеродистых веществ биосферы географического факультета МГУ за внимательное отношение и конструктивные замечания к работе. Автор искренне благодарит к.б.н. Ю.А. Завгороднюю за помощь в освоении химикоаналитических методов исследования состава УВ

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Существующие представления о свойствах и поведении техногенных углеводородов в почвах различных ландшафтов Загрязнение почв УВ широко распространено в мире и связано в основном с нефтью и нефтепродуктами.

Нефть и нефтепродукты представляют собой сложные комплексы органических веществ, состоящие из разнообразных углеводородных и неуглеводородных соединений. Наиболее заметный вклад в долевом выражении в них вносят следующие группы компонентов, различающиеся по химическим и физическим свойствам: метаново-нафтеновые и нафтеновые УВ, н-алканы, смолы и асфальтены. В общем плане подвижность этих веществ растет от наименьшей у асфальтенов до наиболее высокой у н-алканов. Процессам биодеградации подвержены в первую очередь более легкие УВ – метановонафтеновые УВ и н-алканы (особенно легкие) (Гольдберг, Зверев и др., 1970).

Выявлено, что в почвах южнотундровых и среднетаежных ландшафтов более тяжелые ТУВ аккумулируются на геохимических барьерахконцентраторах; более легкие – на барьерах-экранах: грунтовые воды, глеевые горизонты почв, кровля многолетнемерзлых пород (Пиковский, 1993; Солнцева, Гусева и др., 1996; Солнцева, Садов, 1998; Геннадиев, 2008; Нефть и окружающая среда…, 2008; Мазитов, 2010; Сотникова, Липатов, 2010;Аветов, Шишконакова, 2011). Наиболее интенсивно ТУВ накапливают органогенные (в основном за счет сорбции) и песчаные (за счет существенного эффективного порового пространства) горизонты почв. При этом интенсивность аккумуляции ТУВ в почвах при влажности 25–50% на порядок выше, чем при влажности 75– 100% (Солнцева, 1998). В почвах песчаного гранулометрического состава происходит фронтальная миграция ТУВ, в суглинистых почвах – по капиллярам, трещинам и каналам миграции.

Полевые экспериментальные исследования показали, что в почвах типичной тундры нет максимумов накопления ТУВ на подошве сезонно-талого слоя многолетней мерзлоты (Чувилин, Микляева, 2005). Лабораторными экспериментами установлено, что усиливается накопление более легких компонентов (н-алканы С14–С24) в верхней части профиля почв за счет их всплывания при циклических процессах промерзания-оттаивания (Гильдеева, 2003).

Скорость микробиологического разложения УВ в арктотундровых почвах в научной литературе оценивается как низкая, что объясняется лимитирующим влиянием низких температур (Margesin, Schinner, 2001; Mosbech, 2002; Rike, Kjetil et al., 2003; Kristin, Joris еt al., 2003; Геннадиев, Пиковский, 2007; Dennis, Filler, et al.,2008; Легостаева, Боескоров, 2009; Глязнецова, Зуева и др., 2011).

Однако фактор микробного разложения ТУВ в арктотундровых почвах нельзя не учитывать, так как есть свидетельства о том, что микроорганизмы могут разлагать эти вещества даже при температуре +1,6 С (Оборин, Хмурчик и др., 2008). В сезонно-талом слое арктотундровых почв может протекать слабоинтенсивная трансформация органического вещества (Лупачев, Губин, 2012).

Глава 2. Физико-географическая характеристика На острове Большой Ляховский среднемесячные температуры воздуха выше 0° С (1,8–4,4° С) отмечаются с июня по сентябрь. Устойчивого периода с температурой выше + 10° С не наблюдается (рис. 1, А). Температура ниже 0° С держится более 270 дней в году, ниже 5° С –325 дней, ниже 30° С – 80– дней.

количеством атмосферных осадков, около 60% (106 мм) которых выпадает в виде дождя с июня по сентябрь (рис. 1, Б), что эквивалентно количеству 1,1 мм воды за 1 день. Снежный покров высотой 10–16 см держится с октября по май.

Полуостров Кигилях сложен преимущественно рыхлыми суглинистыми толщами мощностью не более 10 м (Анисимов, Павлова и др., 2009). Для острова характерен байджараховый рельеф. Район расположен на абсолютных высотах 30–80 м, прибрежные территории – 0–10 м, отдельные возвышенные участки достигают 168 м (г. Малакатын). Превышения бровок долин над тальвегами эрозионных форм рельефа составляют 1–40 м. Ширина днищ долин варьирует от 1 до 50–60 м. Крутизна склонов изменяется от 4° до 30°.

температура, 0С Рис. 1. Среднемесячный ход температур (А) и атмосферных осадков (Б) на полуострове Кигилях острова Большой Ляховский (по данным метеостанции Кигилях, 2012) На острове Большой Ляховский в поздневесенний и раннелетний периоды, когда сходит снежный покров, почвы протаивают на небольшую глубину (около 5 см) и их верхние горизонты в наибольшей степени влагонасыщены, (Горбацкий,1970; Романовский, 1993). Для почв характерно неглубокое (40- см) сезонное протаивание, скорость которого в таких условиях низкая – обычно не более 0,3–0,5 см/сут. Глубина протаивания на торфах составляет не более 30см, суглинках –50-60 см, песках – более 1 м. Температура почв в августе уменьшается с глубиной от +2,1° С на поверхности до +0,6° С на глубине 20 см.

При относительных перепадах высот местности около 10 м днища ложбин оттаивают на 20 дней позже по сравнению со склонами и водораздельными поверхностями (Геккель, 1967;Попов, 1989).

На южном побережье острова Большой Ляховский (устье р. Зимовье) широко распространены едомные толщи с повторно-жильными льдами. Эти горизонты мощностью около 40 м характеризуются различным литологическим составом: серовато-коричневый ил с включениями торфа, лессоподобные пески.

Важной особенностью едомных образований является наличие вертикально ориентированных ледяных жил шириной от 3,5 м до 1 м, расположенных в интервале 1–17 м над уровнем моря (Васильчук, 2006).

Сбор материалов для выполнения данной работы был проведен во время экспедиции Русского географического общества в 2012 г. на архипелаг Новосибирские острова. На острове Большой Ляховский (полуостров Кигилях) исследованы почвы в пределах слоя сезонного протаивания на фоновом и трех техногенно-трансформированных участках: «Бывшая база», «Гора Малакатын», «Поселок геологов», различающихся по характеру ландшафтных условий и техногенного воздействия. Участок «Бывшая база» расположен на водораздельной и приводораздельной поверхности (50-60 м над ур. м.), с осоково-злаковым растительным покровом. Рельеф местности возвышенный.

Крутизна склонов составляет около 7-8°. На поверхности почвенного покрова трансформаторное масло) в количестве более 10 000 шт., составленных в 4- ярусов. На участке «Гора Малакатын», представляющего собой каменную россыпь (100-170 м над ур.м.) с разреженным мохово-лишайниковым покровом, отмечено около 400 бочек дизельного топлива, установленных в 2-3 ряда на вершине; в нижней части территории имеется три мелких (1-6 м2) разлива трансформаторного масла. В пределах участка «Поселок геологов» на морском берегу (2-3 м над ур. м.) расположено одно крупное (около 3 000 шт.) скопление бочек площадью 1 850 м2 (рис. 2).

Фоновый участок расположен в 1 км к северо-западу от участка «Бывшая база», где изучены 3 разреза: криозем байджараха (БЛ-34), криозем глееватый склона (БЛ-35) и дерново-глеевая почва днища ложбины (БЛ-36).

криоземам глееватым на суглинистых почвообразующих породах (БЛ-1–БЛ-4;

БЛ-21–БЛ-26; БЛ-27–БЛ-30); битуминозные криоземы склона (БЛ-5 – БЛ-8; БЛБЛ-33), дерново-глеевые почвы расширенного днища ложбины (БЛ-9; БЛслаборазвитые почвы суженного днища ложбины (БЛ-10–БЛ-12; БЛ-14;

БЛ-15), горные скелетно-щебнистые почвы. Исследовано 11 техногенных площадок (ТП-I–ТП-XI) и заложено 2 почвенно-геохимических сопряжения протяженностью около 2 и 0,4 км от источников загрязнения, находящихся на водораздельной поверхности, к гипсометрически более низким участкам.

Рис. 2. Картосхема расположения объектов исследования на полуострове Кигилях острова Большой Ляховский Геохимические особенности радиального и латерального распределения различных компонентов битумоидов в почвах изучались на основе данных о содержании ГБ, метаново-нафтеновых (С14-23) и нафтеновых УВ (С24-34), индивидуальных н-алканов (С14–С34) (табл.1). Эти вещества выбраны в связи с их различной подвижностью и подверженностью биодеструкции, которые увеличиваются в ряду: гексановые битумоиды (особенно тяжелые компоненты) – нафтеновые УВ – метаново-нафтеновые УВ – н-алканы. Величина отношения (С14-23)/(С24-34) характеризует изменение доли более подвижных метановонафтеновых УВ по сравнению с менее подвижными нафтеновыми УВ в составе нефтепродуктов в почвах.

Определяемый химический Метод определения Количество почвенных нафтеновых и нафтеновых УВ газожидкостная Гранулометрический состав почв Лазерная гранулометрия коэффициенту биологической деградации (Кузнецов, Иларионов и др., 2000), биодеградации изопреноидов (пристана и фитана) к сумме менее устойчивых н-алканов – (гептадекана и октодекана) (и-С19+и-С20)/(С17+С18). Повышенные его значения свидетельствуют о более интенсивной степени биотрансформации ТУВ в почвах.

Глава 4. Общая характеристика техногенных изменений почв острова В главе дается характеристика морфологических и химических свойств фоновых почв и загрязненных ТУВ.

Глава 5. Радиальное распределение техногенных углеводородов в почвах в связи с ландшафтными условиями и свойствами органических Почвы острова Большой Ляховский характеризуются неглубоким просачиванием (до 70 см) разных по степени подвижности групп ТУВ.

В битуминозных оглеевающихся почвах водораздельной поверхности (БЛ-1;

БЛ-3) отмечаются аккумулятивный и резко аккумулятивный типы радиального распределения нафтеновых УВ. Их концентрация по почвенному профилю (БЛуменьшается в 415 раз: от 41 500 мг/кг на глубинах 0-5 см до 100 мг/кг на глубинах 60-70 см (рис. 4). При этом более глубоко поллютанты перемещаются по криогенным трещинам почв, где концентрация ГБ составляет 44 000– мг/кг.

Метаново-нафтеновые УВ (С14-23) характеризуются в целом меньшей степенью выраженности поверхностной аккумуляции в почвах по сравнению с нафтеновыми УВ (С24-34). Так, для битуминозной оглеевающейся почвы водораздельной поверхности (БЛ-1) в непосредственной близости от источника загрязнения характерен слабо выраженный аккумулятивный тип распределения с небольшим максимумом в верхней части почвенного профиля (рис. 4). В самом верхнем горизонте содержание этих веществ составляет около мг/кг, далее в средней части почвенного профиля (5-20 см) их концентрация заметно увеличивается до 8 200 мг/кг. В нижележащем горизонте (19-30 см) содержание метаново-нафтеновых УВ уменьшается до 4 600 мг/кг и в нижнем надмерзлотном горизонте (60-70 см), как и в случае с нафтеновыми компонентами, резко (более чем на порядок) падает до 316 мг/кг (рис. 4).

В битуминозных оглеевающихся почвах водораздельной поверхности (БЛ-3) отмечаются отчетливо выраженные максимумы содержания (около 80мг/кг) легких н-алканов (С14–С26) преимущественно в верхней части почвенного профиля (рис. 4), что, по всей вероятности, вызвано их слабым просачиванием и последующим всплыванием при максимальном насыщении почвы влагой в период ее протаивания и активного снеготаяния. При этом тяжелые н-алканы (С27–С34), не всплывают, что отражается в выраженных максимумах их содержания (2-5 мг/кг) в средней части почвенного профиля.

Такой же характер вертикального распределения легких и тяжелых н-алканов наблюдается и в криоземах склонов и дерново-глеевых почвах днища ложбины.

В научной литературе отмечалось увеличение абсолютного содержания более легких УВ в почвах таежных и южнотундровых ландшафтов над барьером-экраном – подошвой сезонного протаивания многолетнемерзлых пород (Солнцева, 1998; Сотникова, Липатов, 2010). В исследованных нами арктотундровых почвах проявляются аккумулятивные тренды в их радиальном распределении, отсутствие или слабая выраженность накопления различных групп ТУВ на радиальных барьерах-экранах (кровле многолетнемерзлых пород), что обусловлено крайне малым количеством (106 мм) атмосферных жидких осадков в условиях короткого периода сезонного протаивания почв (не более 2,5 месяца).

Отношение метаново-нафтеновых УВ к нафтеновым (С14-23)/(С24-34) изменяется по профилю почв в зависимости от его мощности и свойств органических поллютантов. В битуминозных оглеевающихся почвах водораздельной поверхности (БЛ-1; БЛ-3), расположенных вблизи источника загрязнения, отношение (С14-23)/(С24-34) увеличивается сверху вниз более чем на порядок – от 0,2–1,1 в битуминизиронном поверхностном горизонте (0-5 см) до 3,1–4,7 в нижней части почвы на глубинах 40-70 см (рис. 4). Это свидетельствует о более интенсивном просачивании подвижных метановонафтеновых УВ в нижние горизонты почв водораздельной поверхности. В дерново-глеевых почвах днища ложбины, криоземах склона и горных скелетнощебнистых почвах показатель (С14-23)/(С24-34) не изменяется или изменяется очень слабо с глубиной при мощности профиля почв 10-50 см.

Рис. 4. Радиальное распределение различных групп ТУВ в битуминозных оглеевающихся почвах водораздельной поверхности (остров Большой Ляховский). Условные обозначения:

многолетнемерзлых пород; С14-23 – метаново-нафтеновые УВ; С24-34 – нафтеновые УВ Глава 6. Распределение техногенных углеводородов в почвенногеохимических сопряжениях Изучены изменения уровней содержания и качественного состава ТУВ в почвенно-геохимических сопряжениях на участке «Бывшая база» по мере удаления от источника загрязнения, находящегося на водораздельной поверхности.

В научной литературе показано, что наиболее заметный вклад в латеральные потоки ТУВ в почвах таежных ландшафтов вносит их внутрипочвенная миграция по барьерам-экранам (Сотникова, Липатов, 2010;

Микляева, Солдатов, 2011). В исследованных нами арктотундровых почвах латеральный поток поллютантов приурочен в основном к приповерхностным горизонтам (0–10 см) почв. В поздневесеннее и раннелетнее время существует период, когда происходит таяние снежного покрова и начинает протаивать почва, что обуславливает резкое увеличение влагонасыщенности верхних (5– см) почвенных горизонтов и активное вовлечение органических поллютантов в приповерхностные миграционные процессы на склонах (крутизна до 8°).

Позднее этого периода протаявшие верхние горизонты почв освобождаются от влаги, влагонасыщенность их средних и нижних горизонтов оказывается недостаточной (в основном за счет таяния сегрегационного льда) для бокового переноса веществ.

Эти явления объясняют, почему наиболее высокие концентрации (до мг/кг) ГБ (маслянистого типа) характерны для верхних горизонтов почв склонов, в то время как в их нижних горизонтах присутствуют в основном легкие компоненты битумоидов в относительно малом количестве (рис. 5). В некоторых случаях в почвах нижних частей склонов на переходе к днищам ложбин заметно увеличивается содержание ГБ – до 2 000–8 000 мг/кг, что может объясняться наличием временного мерзлотного латерального геохимического барьера, который формируется в этих позициях за счет того, что почвы локальных повышений протаивают на 20 дней раньше по сравнению с прилегающими к ним днищами ложбин. При этом близкое расположение к поверхности (10–20 см) грубообломочного гранитного материала в пределах нижних частей склонов способствует усилению просачивания ТУВ по профилю почв (рис. 5). Необходимо отметить, что повышенные концентрации ТУВ в арктотундровых почвах острова Большой Ляховский между локальными исследователями (Инвентаризация источников…, 2010).

глубина, см Условные обозначения: Элементарные геохимические ландшафты: Э – элювиальный, ТЭ – трансэлювиальный, ТЭА – трансэлювиально-аккумулятивный.

Рис. 5. Гексановые битумоиды в почвенно-геохимическом сопряжении на участке «Бывшая база».

В почвенно-геохимических сопряжениях наблюдаются различия в содержании метаново-нафтеновых и нафтеновых УВ. По мере удаления от источника загрязнения в верхних горизонтах почв на протяжении двух опробованных трансект заметно увеличивается абсолютная концентрация тяжелых нафтеновых УВ по сравнению с более легкими метановонафтеновыми УВ. При этом в одном из сопряжений тяжелые компоненты характеризуются максимумами (800–1400 мг/кг) содержания в почвах трансаккумулятивных ландшафтов и относительно пониженными (100– мг/кг) концентрациями – в почвах трансэлювиальных ландшафтов. Более латерального тренда изменения содержания в почвах. Отмечается слабая тенденция увеличения их концентрации от почв транэлювиальных (150– мг/кг) к трансаккумулятивным (700 мг/кг) ландшафтам в пределах верхней части сопряжения и относительно равномерное латеральное распределение в почвах нижней части сопряжения (рис. 6). Эти особенности распределения ТУВ в почвенно-геохимических сопряжениях вызваны, с одной стороны, остаточной аккумуляцией тяжелых УВ в различных ландшафтно-геохимических позициях, с другой – более интенсивной транзитной миграцией легких компонентов УВ из почвенного сопряжения.

Рис. 6. Распределение метаново-нафтеновых и нафтеновых УВ в верхних горизонтах почв по мере удаления от источника загрязнения (участок «Бывшая база»).

Глава 7. Количественная оценка степени трансформации техногенных углеводородов в почвах в связи с их различными свойствами Для оценки степени трансформации ТУВ применялся коэффициент биологической деградации этих поллютантов (и-С19+и-С20)/(С17+С18) (Кузнецов, Иларионов и др., 2000). В исходных нефтепродуктах типа дизельного топлива и моторного масла это отношение составляет 0,5-0,7. С целью выявления различий коэффициента биологической деградации ТУВ в зависимости от условий аэрации почвенные горизонты разделялись на глеевые и неглеевые.

В почвах острова Большой Ляховский коэффициент биологической деградации ТУВ изменяется в широких пределах от 1 до 8. Однозначно заметные отличия в этом показателе отмечаются между почвами с различными уровнями аэрации. Самые высокие значения (4–8) отношения, указывающие на повышенный уровень биодеградации УВ, наблюдаются в более аэрируемых верхних горизонтах криоземов склонов (рис. 7, Б). В этом случае деструкции УВ способствуют, по-видимому, относительно благоприятные условия (крутизна склонов 5–7°) для быстрого выноса оттаявшей влаги.

Тенденция увеличения коэффициента биологической деградации ТУВ в условиях более высокого уровня аэрации выявляется и в исследованных нами южнотундровых и среднетаежных почвах (рис. 7). В среднетаежных более аэрируемых склоновых почвах отношение (и-С19+и-С20)/(С17+С18) составляет (в верхних горизонтах) 6,5 и 1,0–1,2 в средних и нижних горизонтах (рис. 7, Д). В менее аэрируемых среднетаежных почвах водораздельной поверхности этот показатель существенно (в 10 раз) уменьшается до 0,6–0,7 (рис. 7, Г). В самом верхнем горизонте почв южной тундры коэффициент биологической деградации ТУВ составляет 1,3; в нижней части почвенного профиля снижается до 0,9 (рис. 7, Е).

Есть тенденция в различиях по степени биотрансформации ТУВ между почвами при разной глубине залегания подошвы сезонно-талого слоя многолетней мерзлоты. Наиболее высокие значения показателя биодеградации (3,0–8,0) наблюдаются при глубине расположения кровли многолетнемерзлых пород более 50 см в почве водораздельной поверхности и криоземе склона (рис.

7, А, Б). Наиболее низкие значения (1–2) коэффициента биологической деградации ТУВ характерны для почв с минимальной глубиной залегания подошвы сезонно-талого слоя многолетней мерзлоты.

6 глубина, см Рис.7. Радиальное распределение коэффициента биологической деградации ТУВ в битуминозной оглеевающейся почве водораздельной поверхности (А), криоземе склона (Б) и дерново-глеевой почве расширенного днища ложбины (В) (остров Большой Ляховский); битуминозной оглеевающейся почве водораздельной поверхности (Г) и склона (Д) (Среднее Приобье); дерново-глеевой почвы морского берега (Е) В арктотундровых почвах, относительно обедненных органическим углеродом (менее 2,2%), отмечаются низкие значения (1–3) коэффициента биологической деградации ТУВ. При содержании органического углерода 2,3– 5,2% в почвах это отношение находится в пределах 3–8.

Значимая корреляция между коэффициентом биологической деградации ТУВ и относительным содержанием различных гранулометрических фракций в почвах отсутствует.

1. В почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский в результате техногенного загрязнения УВ их концентрации достигают 50000– 80000 мг/кг и наблюдаются на участках, прилегающих к источникам загрязнения.

2. Геокриологические и климатические условия острова Большой Ляховский определяют геохимические особенности радиального распределения различных групп ТУВ в почвах. В условиях крайне малого количества атмосферных жидких осадков и очень короткого периода сезонного протаивания почв различные группы ТУВ неглубоко проникают в вертикальном направлении по основной массе почв (до глубины 70 см), не накапливаются или слабо накапливаются на радиальных барьерах-экранах (кровле многолетнемерзлых пород). Отмечена тенденция увеличения аккумуляции ТУВ на таких барьерах в почвах с более длительным периодом протаивания и меньшими уклонами местности. Наиболее легкие компоненты ТУВ (н-алканы, С14–С26) накапливаются в основном в верхних почвенных горизонтах, по всей вероятности, за счет их всплывания в период протаивания почв. Более подвижные метаново-нафтеновые УВ перемещаются вниз по почвенному профилю несколько интенсивнее по сравнению с менее подвижными нафтеновыми УВ. Значительное накопление (44 000–88 000 мг/кг) ТУВ происходит в криогенных трещинах и крупных порах средней части профиля почв.

3. Региональные геокриологические и геоморфологические особенности территории острова Большой Ляховский играют значительную роль в характере дифференциации арктотундровых почвенно-геохимических сопряжений по содержанию различных групп ТУВ. Латеральный поток ТУВ идет в основном по приповерхностным горизонтам арктотундровых почв в период их максимальной влагонасыщенности за счет приповерхностного протаивания и наиболее активного снеготаяния. Почвенно-геохимические сопряжения в меньшей степени дифференцированы по содержанию более подвижных метаново-нафтеновых УВ по сравнению с менее подвижными нафтеновыми УВ, что связано, в существенной мере с более интенсивным транзитным выносом из почв метаново-нафтеновых составляющих ТУВ. Различия в доле подвижными нафтеновыми УВ по почвенно-геохимическим сопряжениям достигают двух раз.

4. Условия аэрации в наибольшей степени по сравнению с температурным фактором определяют различия в количественных проявлениях степени трансформации ТУВ в арктотундровых (остров Большой Ляховский), южнотундровых (Малоземельская тундра) и среднетаежных почвах (Среднее Приобье), связанной преимущественно с микробиологическим разложением. В глеевых горизонтах почв острова Большой Ляховский коэффициент биологической деградации ТУВ не превышает 4; в неглеевых – достигает 8.

Установлена тенденция, что по мере приближения к кровле многолетней мерзлоты показатель биологической деградации ТУВ в почвах уменьшается в 1,5–4 раза.

5. Разработана система диагностических показателей, основанная на анализе данных о содержании в почвах ГБ, метаново-нафтеновых и нафтеновых УВ, индивидуальных н-алканов, фитана и пристана, позволяющая выявить особенности их радиального и латерального распределения и степень трансформации различных групп ТУВ в почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский. Предложенная система диагностических показателей рекомендуется к апробации при проведении экологического мониторинга в других регионах Арктики, имеющих сходные биоклиматические и геокриолитологические особенности.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1.Качинский, В.Л. Поведение битуминозных веществ в почвах южнотундровых и среднетаежных ландшафтов: барьеры-экраны и барьерыконцентраторы / В.Л. Качинский // Вестник МГУ. - 2013. - Сер. География.С. 68-75.

2.Качинский, В.Л., Геннадиев, А.Н. Техногенные углеводороды в арктотундровых почвах острова Большой Ляховский (Новосибирские острова) / В.Л. Качинский В.Л., А.Н. Геннадиев // Вестник МГУ. - 2013. - Сер. География.

- №5. - С. 3-10.

3.Качинский, В.Л., Завгородняя, Ю.А., Геннадиев, А.Н. Углеводородное загрязнение арктотундровых почв острова Большой Ляховский (Новосибирские острова) /В.Л. Качинский В.Л., Ю.А. Завгородняя, А.Н. Геннадиев // Почвоведение. - 2014. - №2. - С. 155-168.

4.Костюк, Д.Н., Качинский, В.Л., Геннадиев, А.Н. Техногенная трансформация почв территории Коровинского газоконденсатного месторождения (Малоземельская тундра) / Д.Н. Костюк, В.Л. Качинский, А.Н.

Геннадиев // Материалы докладов конференции «Ресурсный потенциал почв основа продовольственной и экологической безопасности России». - СПб (1- марта, 2011): Издательство дом Санкт-Петербургского государственного университета.- 2011. - С. 415-416.

5. Костюк, Д.Н., Качинский, В.Л. Техногенная трансформация почв и почвенного покрова территории Коровинского газоконденсатного месторождения (Малоземельская тундра) / Д.Н. Костюк, В.Л. Качинский // Материалы докладов XVIII Всероссийской молодёжной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии». - Сыктывкар (4-8 апреля, г): Коми научный центр УРО РАН. - 2011.- С. 172-174.

6.Качинский, В.Л., Костюк, Д.Н. Техногенная трансформация тундровых почвенных катен в условиях консервации нефтяного промысла (на примере Коровинского газоконденсатного месторождения Малоземельской тундры) / В.Л. Качинский, Д.Н. Костюк // Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв (к 100-летию Б.Ф.Петрова). Сборник материалов V Всероссийской конференции с международным участием. - Томск (1-5 октября, 2011 г.): ООО «Копи-М». - 2011. - С. 251-254.

7.Качинский, В.Л. Влияние природных факторов на поведение битуминозных веществ в почвах острова Большой Ляховский (архипелаг Новосибирские острова) / В.Л. Качинский // Материалы пятой международной научной конференции «Экологические проблемы недропользования: наука и образование». - СПб (19-24 ноября, 2012 г.): Издательство дом СанктПетербургского государственного университета. - 2012. - С. 125-128.

8.Качинский, В.Л. Особенности миграции и аккумуляции техногенных углеводородов в почвах арктотундровых ландшафтов (архипелаг Новосибирские острова) / В.Л. Качинский // Материалы международной научной конференции XVI Докучаевские молодежные чтения «Законы почвоведения: новые вызовы». - СПб (4-6 марта, 2013 г.): Издательство дом Санкт-Петербургского государственного университета. - 2013. - С. 78-79.

9.Качинский, В.Л., Геннадиев, А.Н. Миграция и аккумуляция техногенных углеводородов в арктотундровых почвах (остров Большой Ляховский, архипелаг Новосибирские острова) / В.Л. Качинский, А.Н. Геннадиев // Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Сергеевские чтения. - М. (21-22 марта, 2013 г.): РУДН. - 2013. - С. 442-445.

10.Качинский, В.Л., Завгородняя, Ю.А., Геннадиев, А.Н. Техногенное углеводородное загрязнение почв острова Большой Ляховский (Новосибирские острова) /В.Л. Качинский, Ю.А. Завгородняя, А.Н. Геннадиев // Материалы IV международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв». - М. (27-31 мая, 2013 г.): Факультет почвоведения МГУ. - 2013. - С. 112Kachinskiy, V. Technogenic hydrocarbons in arctic tundra soils of the island Bolshoy Liakhovsky (Novosibirskie islands) /V. Kachinskiy //

Abstract

of Book of the International conference BCD 2013. Biochars, Composts, and Digestates Production, Characterization, Regulation, Marketing, Uses and Environmental Impact. - Bari, October 17-20. - 2013 - PS4.2.05.



 
Похожие работы:

«Шинкарев Алексей Александрович СТРУКТУРНАЯ И ФАЗОВАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ОРГАНО-СМЕКТИТОВ В ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТАХ Специальность 25.00.05 – Минералогия, кристаллография АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте геологии нерудных полезных ископаемых (ФГУП ЦНИИгеолнеруд) доктор геолого-минералогических наук, профессор Научный руководитель : Лыгина Талия...»

«Лукьянова Светлана Юрьевна ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ КАРЬЕРНЫХ ВОД В МАССИВАХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД Специальность 25.00.16 – Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«Гриднев Дмитрий Зауриевич ПРИРОДНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КАРКАС В ТЕРРИТОРИАЛЬНОМ ПЛАНИРОВАНИИ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ Специальность 25.00.36 – Геоэкология (наук и о Земле) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Москва – 2011 1 Работа выполнена в отделе физической географии и проблем природопользования Учреждении Российской академии наук Институте географии РАН Научный руководитель : доктор географических наук, профессор Борис Иванович...»

«ХУАН ЖАНЬ-ЖАНЬ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРОФИЧЕСКОГО СТАТУСА ПРЕСНОВОДНЫХ ОЗЕР КИТАЯ Специальность 25.00.36 – Геоэкология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Санкт-Петербург Работа выполнена в...»

«Марченко Елена Сергеевна ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ СХОДА ЛАВИН РАЗНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ 25.00.31 - гляциология и криология Земли Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Москва Работа выполнена...»

«КУЗНЕЦОВА ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА ЭРОЗИОННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МЕЖДУРЕЧИЙ СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ ЗА ПЕРИОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ 25.00.25 – геоморфология и эволюционная география Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Москва - 2011 Работа выполнена в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов имени Н.И. Маккавеева географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова....»

«Черепанова Екатерина Сергеевна ЭВОЛЮЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЙМЕННО-РУСЛОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ПЕРМСКОГО ПРИКАМЬЯ 25.00.23 – физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Пермь – 2011 Работа выполнена в Пермском государственном национальном исследовательском университете Научный руководитель : доктор географических наук, профессор Назаров Николай Николаевич...»

«Глазунов Андрей Васильевич ВИХРЕРАЗРЕШАЮЩЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ 25.00.29 – Физика атмосферы и гидросферы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте вычислительной математики Российской академии наук Официальные оппоненты : Курганский Михаил Васильевич, доктор физико-математических наук, Федеральное...»

«ДЕНИСОВА Елена Владимировна ФОРМИРОВАНИЕ КАДАСТРОВОЙ ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ (на примере Городищенского района Волгоградской области) 25.00.26 – землеустройство, кадастр и мониторинг земель АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Воронеж – 2012 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Работа выполнена на кафедре землеустройства и ландшафтного проектирования Воронежского...»

«УДК 550.382.3 Безаева Наталья Сергеевна МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ САМООБРАЩЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД Специальность 25.00.10 – геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Москва – 2006 Работа выполнена на кафедре физики Земли физического факультета Московского Государственного Университета...»

«КУРОЧКИНА Евгения Сергеевна МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОДВОДНЫХ БАЗАЛЬТОВ И ЭВОЛЮЦИЯ РИФТОВОЙ ЗОНЫ КРАСНОГО МОРЯ Специальность: 25.00.10. – геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Москва - 2007 Работа выполнена на...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.