Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Эколого-геохимические особенности ландшафтов северо-запада Кольского полуострова

ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Эколого-геохимические особенности ландшафтов северо-запада Кольского полуострова"

На правах рукописи

ЕЖОВ Артем Юрьевич

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛАНДШАФТОВ СЕВЕРО-ЗАПАДА КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 9 ДПРШ

Москва-2012

005018274

005018274

Работа выполнена на кафедре геологии и геохимии ландшафта географического факультета Московского педагогического государственного университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Академик РАЕН, доктор географических

наук, профессор_

[Добровольский Всеволод Всеволодович!

доктор географических наук, профессор Евсеев Александр Васильевич ведущий научный сотрудник кафедры рационального природопользования географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

кандидат биологических наук, Рогова Ольга Борисовна заведующая лабораторией физико-химии почв Почвенного института имени В.В. Докучаева РАСХН

Ведущая организация: Институт географии РАН

Защита состоится «21» мая 2012 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.29 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 129626, г. Москва, ул. Кибальчича, д. 16 ауд. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу: 119991, г. Москва, ул. Малая Пироговская, дом 1, стр. 1.

Автореферат разослан « {О» апреля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Наталья Николаевна Роготень

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Природные ландшафты Кольского За-олярья на протяжении более 60 лет испытывают интенсивное техногенное эздействие со стороны предприятий черной и цветной металлургии. Лесные иоценозы, находящиеся на пределе условий нормального существования 'аменская М.Л., 1983; Костина В.А., 2003; Королева Н.Е., 2009), аккумули-уют значительные объемы загрязняющих веществ, в том числе высокоток-ичных тяжелых металлов. Интенсивная промышленная эмиссия токсичных оединений существенно изменяет свойства почв (Чертов О.Г., Меньшикова .П., 1983; Евдокимова Г.А. и соавт., 1984; Израэль и соавт., 1989; Chertov >.G. et al., 1993; Никонов B.B., Копцик Г.Н., 1999; Евсеев A.B., 2002; Пере-ерзев В.Н. с соавт., 2002), разрушает почвенные геохимические барьеры Цобровольский Г.В., Никитин Е.Д., 1986; Глазовская М.А., 1997), изменяет труктуру растительных ассоциаций и биогеохимические особенности расте-ий (Кабата-Пендиас А., Пендиас X, 1989; Ильин В.Б., 1985, 1991; Касимов 1.С., 2004; Добровольский В.В., 2009).

Комплексные эколого-геохимические исследования природных биогео-истем, подверженных воздействию промышленных предприятий, позволяют ыявить особенности накопления и миграции химических элементов в пре-1елах систем элементарных ландшафтов, оценить объемы загрязняющих ве-цеств, депонированных в их основных компонентах (Скарлыгина-Уфимцева Л.Д., 1980; Сает Ю.Е. и соавт., 1990; Водяницкий Ю.Н., 2010). Установление колого-геохимических особенностей природных и техногенно измененных гандшафтов позволяют прогнозировать дальнейшие изменения в пределах (анных природных комплексов и рекомендовать методы и приемы их восстановления (Мелихов И.С., 1961; Красовская Т.М., Евсеев A.B., 1990; Гла-;ов М.В., 1997; Мотузова Г.В., 2000, 2001; Никонов В.В. и соавт., 1999, 2005)

Цель и задачи исследования. Цель исследования - проведение комплексного эколого-геохимического исследования и оценка геохимического ¡остояния ландшафтов крайнего северо-запада Кольского полуострова. Для юстижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Изучение физико-географических условий и ландшафтной структу-эы региона в ходе полевых исследований и работы с литературными и стати-:тическими данными;

2. Исследование почвенного покрова рассматриваемого региона, выявление особенностей распространения основных типов почв, их морфологиче-;кая, физико-химическая и геохимическая характеристика;

3. Характеристика растительного покрова региона, исследование вещественного состава распространенных видов растений;

4. Определение содержания кислоторастворимых форм и валовых концентраций тяжелых металлов (Си, Ni, Mn, Со, Zn, Pb, Cd) в почвообразую-щих породах, почвенных горизонтах, снеге и наземных органах растений;

5. Оценка степени трансформации природных ландшафтов в зоне влияния горно-металлургического комбината «Печенганикель», поселок Никель.

Объекты исследования. Объектами исследования являлись север таежные, лесотундровые и горно-тундровые ландшафты крайнего север запада Кольского полуострова, расположенные в пределах правобережш части долины реки Паз (Патсойоки) и обрамляющей серии останцовых во вышенностей.

Материально-фактическая база и методы исследования. В качест] картографической основы исследования были использованы топографич ские карты масштаба 1:200000 и 1:100000, а также ландшафтная карта зап. ведника «Пасвик» масштаба 1:25000, составленная к.г.н. Н.В. Поликарпове В ходе исследования также использовались: тектоническая карта (1:1000000 геологическая карта (1:1000000 и 1:200000), почвенная карта (1:2000000) другие картографические материалы.

Большая часть аналитических исследований проведены автором в л; боратории кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ. Проведено б< лее 2000 элемент-определений подвижных форм тяжелых металлов в обра: цах почв, почвообразующих пород, золе растений, снеговой воде; более 150 элемент-определений валовых концентраций в почве и золе растений; боле 1000 общих химических анализов; 50 гранулометрических и 40 минералов ческих анализов почвообразующих пород и минеральных горизонтов почв.

Статистическая обработка и анализ фактического материала провод* лись автором с использованием пакета «Описательная статистика» Microso Excel 2007.

Научная новизна. Впервые для крайнего северо-запада Кольского пс луострова установлены эколого-геохимические особенности трансформаци природных ландшафтов в условиях воздействия металлургического предпри ятия, расположенного в поселке Никель. Установлены особенности лате ральной и радиальной миграции рассеянных элементов в пределах систе! геохимически сопряженных ландшафтов. Выявлены особенности элементно го состава покровообразующих видов растений.

Практическая значимость исследования. Фактический материал, по лученный в ходе исследования, может быть использован как база данных npi дальнейшем изучении, как рассматриваемой территории, так и сопредельны: регионов. Результаты исследования внедрены в практику научной работы го сударственного природного заповедника «Пасвик», использованы при подго товке ежегодного научного отчета - «Летописи природы заповедника «Пас вик»» (справка о внедрении № 221/003 от 10.07.2009). Результаты исследова ний за 2007-2008 гг. представлены в Министерство природных ресурсов i экологии Российской Федерации.

Результаты авторских исследований использовались при разработке i чтении учебных курсов «Индикация состояния окружающей среды» и «География почв с основами почвоведения» на географическом факультете Московского педагогического государственного университета.

Защищаемые положения.

1. Особенности проявления ландшафтообразующих факторов в пределах северо-запада Кольского полуострова предопределили разнообразие био-

;осистем и, как следствие, геохимических обстановок, представляющих со-эй катены закономерно сменяющих друг друга элементарных ландшафтов.

2. Геохимические параметры фоновых ландшафтов характеризуются тачительной активностью химических элементов и являются результатом собенностей функционирования биогеосистем на границе полярной и боре-пьной почвенно-биоклиматических зон.

3. Промышленные предприятия северо-запада Кольского полуострова вляются источниками значительного объема рассеянных элементов, посту-ающих с атмосферными выбросами в ландшафты расположенные на рас-тоянии до 20-30 км. Почвенный покров аккумулирует значительный объем агрязняющих веществ, многие из которых относятся к высокотоксичным со-динениям.

4. Растительный покров региона испытывает значительное техногенное оздействие, что сказывается на изменении естественных растительных ас-оциаций, обеднении видового состава, вплоть до полного исчезновения рас-ительности и формирования техногенных пустошей. В химическом составе [аземных вегетативных органов растений наблюдается потеря биофильных лементов и накопление токсичных объемов N1, Си, РЬ, Со.

5. Биогеосистемы северной и центральной частей заповедника «Пас-1ик», расположенного в зоне распространения атмосферных выбросов ГМК (Печенганикель», принимают значительные объемы поллютантов, концентрирующихся в подстилке, органогенных горизонтах почв и наземных частях ¡астений.

Апробация работы. Основные результаты проведенного исследования дакладывались на заседании комиссии геохимии ландшафта Московского 1ентра Русского географического общества (2007, 2009), на научных чтениях У1ПГУ (2009), на совещании в рамках «Круглого стола молодых ученых по 1риоритетным направлениям развития науки» (Москва, 2009), на заседаниях кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ (2007, 2009), а также на конференциях: V Международное совещание «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2008); Всероссийская научная конференция XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России», [Санкт-Петербург, 2009); Региональная научная конференция «20-летие заповедника Кузнецкий Алатау» (Кемерово, 2009); Всероссийская научная конференция XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв» (Санкт-Петербург, 2010); I Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование» (Москва, 2010); Международная конференция «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной экологической безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011).

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано двенадцать печатных работ общим объемом 2,64 п.л., в том числе три в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы со-

ставляет 155 страниц машинописного текста, включая 25 таблиц, 38 рису ков. Список литературных источников включает 146 наименований, в т.ч. на иностранном языке.

Благодарности. Автор выражает особую благодарность научному р' ководителю академику РАЕН, д.г.н., проф. [Всеволоду Всеволодовичу До(

Г ✓------' --------Ч ••fvY» [wvvuv^I^J цуурилидиоичу /

|ровольскому|, искреннюю признательность за неоценимую помощь и по, держку при проведении полевых и лабораторно-аналитических работ, це1 ные советы и замечания к.г.н., проф. Л.В. Алещукину, к.г.н., доц. Е.Е. Кул1 ковой и к.г.н., доц. Е.А. Фураеву. За помощь в организации полевых работ предоставление литературных и статистических материалов по природе з; поведника автор признателен заместителю директора ФГБУ «Государстве! ный заповедник «Пасвик»» по научной работе, к.г.н. Н.В. Поликарповой, также заведующей сектором рентгеноспектральных методов анализа ЦЛА] ГЕОХИ им. В.И. Вернадского РАН, к.т.н. И.А. Рощиной за помощь в пров< дении валового химического анализа образцов почв и растений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссерта ции, определены цель, задачи, объекты и предмет исследования, сформули рованы основные положения, выносимые на защиту, обоснованы научна новизна и практическая значимость результатов проведенного исследования.

В первой главе диссертации подробно рассматриваются физико географические условия северо-запада Кольского полуострова. Площадь ис следований составляет более 500 км2, в том числе 150 км2, принадлежащие заповеднику «Пасвик». Распространены останцовые холмисто-увалистьи равнины, перемежающиеся с низинами. Плоскоравнинные участки с абсо лютными высотами от 20 до 60 м на севере и юге перемежаются с крупным! массивами, достигающими высот 400-600 м над уровнем моря.

Регион исследования расположен в пределах Балтийского кристалличе ского щита, на западных структурах Кольского мегаблока и восточной част! блока Инари, сложенных комплексом архейских и протерозойских поро; осадочно-вулканогенного и метаморфического происхождения.

Четвертичные отложения представлены в значительной степени море' ными толщами последнего оледенения, отличающимися грубым механическим и пестрым минералого-петрографическим составом. Местами они перекрываются флювиогляциальными отложениями и прослоями разнообразных пород, оставленных морем по долинам крупных рек во время серии позднеп-лейстоценовых трансгрессий. На возвышенных участках развиты криогенно-денудационные процессы, преобладают элювиально-коллювиальные отложения.

Согласно климатическому районированию Б.П. Алисова (1954) северо-запад Кольского полуострова расположен в пределах субарктического климатического пояса и атлантико-арктической зоне умеренного пояса. Формирование климатических условий в значительной степени определяется близостью вод Северного Ледовитого океана, что характеризует погодно-

климатические условия как типично морские с характерной сменой движения воздушных масс по сезонам года.

Гидрографическая сеть представлена разветвленными озерно-речными системами с многочисленными притоками. Питание рек преимущественно снеговое (55-60 %), в режиме выделяются летняя и зимняя межени. Низкая минерализация речных и озерных вод (менее 200 мг/л) характеризует их как ультрапресные.

Особенности природы региона определяют широкое распространение болотных массивов и заболоченных земель. Большая часть рассматриваемой территории относится к провинции карело-финских «аапа». Мощность торфа обычно не превышает 200 см.

Почвенный покров исследуемой территории имеет сложную структуру, представлен комплексом альфегумусовых, органогенных и горнотундровых почв. Наиболее распространенным типом почв являются гумусо-во-железистые подзолы, занимающие обширные пространства склонов возвышенностей и межгорных долин, характеризующиеся легким механическим составом, малой мощностью (до 40-60 см), хорошей дифференциацией на генетические горизонты, заторфованностью органогенных горизонтов, отсутствием оглеения и малым содержанием илистых частиц. Органогенные почвы занимают около 25 % территории рассматриваемого региона.

Исследуемая территория северо-запада Кольского полуострова располагается в пределах Северо-западного флористического района и согласно современному ландшафтному делению относится к бореально-субарктической лесотундровой зоне, к зонально-секторному типу слабоконтинентальных кольско-лапландских лесотундровых ландшафтов в пределах докембрийского Балтийского щита (Раменская, 1983; Исаченко, 1985).

Сосновые леса со значительным участием березы в древостое - основной тип естественного растительного покрова на рассматриваемой территории. На склонах крупных возвышенностей, главным образом южной и западной экспозиций, развита высотная поясность. Сосновые редкостойные леса сменяются поясом березового криволесья, переходящего в низкорослую кус-тарничково-лишайниковую и гольцовую горную тундру.

Вторая глава диссертации посвящена описанию методов, использованных при проведении полевых и лабораторно-аналитических работ. Полевые исследования осуществлялись автором в 2007-2009 гг. В ходе полевых исследований было заложено 10 профилей (табл. 1), в пределах которых проведено детальное описание 48 точек и выделены геохимические катены.

Два профиля, заложенные в непосредственной близости от поселка Никель, представляют ландшафты, подверженные интенсивному техногенному воздействию. Остальные профили заложены на территории, условно принятой нами за фоновую. Большая часть ключевых точек катен расположена в пределах заповедника «Пасвик». На всех точках проводился сбор образцов покровообразующих видов растений (350 образцов), почвенных генетических горизонтов (170 образцов) и почвообразующих пород (40 образцов).

Табл. 1. Распределение опорных точек профилеГ

№ | название профиля I расположение №№ оазоезов

фоновая территория

1 «53-й пограничный столб» юг заповедника «Пасвик» 01-07,02-07, 03-07, 04-07, 05-07,06-07,42-08

2 «Варламасаари» юг заповедника «Пасвик» 08-07, 09-07,10-07, 11-07, 12-07, 13-07

3 «Кирпичный завод» север заповедника «Пасвик» 14-07, 15-07,36-08,37-08, 43-08, 44-08

4 «Глухая плотина» север заповедника «Пасвик» 16-07, 17-07

5 «г. Кораблекк» г. Кораблекк 18-07, 19-07,20-07,29-07, 30-07,31-07

6 «Раякоски» пос. Раякоски, пос. Янискоски 07-07,21-07, 22-07

7 «г. Калкупя» г. Калкупя, центр заповедника «Пасвик» 23-07,24-07,25-07,26-07, 27-07, 28-07

8 «г. Каскама» г. Каскама 32-08, 33-08. 34-08. 35-08

территория, подверженная интенсивному техногенному ВОПеигтиит

У «Никель - юг» 0,6-1,5 км южнее пгт. Никель 38-08, 39-08,40-08,45-09

10 «Никель — юго-запад» 2-5 км юго-западнее пгт. Никель 41-08,46-09,47-09,48-09

Отбор почвенных образцов проводился по общепринятой методик« (Агрохимические методы..., 1960; Методические рекомендации..., 1981 Фомин, 2001). Для оценки объема атмосферной эмиссии химических эдеме» тов в рассматриваемые ландшафты в холодный период года в районе поселю: Никель проводился отбор снега (20 образцов по двум профилям).

Большая часть аналитических исследований проведена лично автором в геохимической лаборатории кафедры геологии и геохимии ландшафте МПГУ.

Образцы почвообразующих пород и минеральных почвенных горизонтов подвергались гранулометрическому и минералогическому анализу с использованием метода разделения в тяжелых жидкостях (бромоформ). Для мелкоземистой части почв по общепринятым методикам (Агрохимические методы ..., 1960; Аринушкина, 1961, 1970; Алещукин, 1971) определялись основные физико-химические свойства. Почвенные липиды определялись в спиртобензольной вытяжке в аппарате Сокслета (Фридланд, 1978).

В солянокислых вытяжках (1 н. HCl) на атомно-абсорбционном спектрометре «Спектр-5-3» в почвенных горизонтах и почвообразующих породах определялось содержание кислоторастворимых форм Си, Ni, Mn, Со, Pb, Zn, Cd. Определение валового химического состава почвенных горизонтов и золы растений проведено в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре «Axios Advanced» фирмы «PANalytical».

Растительный материал подвергался сухому озолению по общепринятой методике при температуре 350-400°С. В солянокислой вытяжке (10 %

НС1) из золы определялись Са и (колориметрический метод), Си, №, Со, Мп, РЬ, гп, Сё и Бг (спектрометрический метод).

Исследования талой снеговой воды включали в себя комплекс гидрохимических анализов (определение основных анионов и катионов, общей минерализации) и определение серии тяжелых металлов (Си, Мп, РЬ, Ъп, Со, Ре).

Полученные аналитические данные обрабатывались методом математической статистики. При обработке полученной информации рассчитывались следующие общепринятые коэффициенты: латеральной миграции (Кл), почвенной дифференциации (Кпд), биологического поглощения (Кб), концентрации химического элемента (Кк), суммарного загрязнения (Ъс).

В третьей главе диссертации рассматриваются физико-химические и эколого-геохимические параметры распространенных типов почв и почвооб-разующих пород северо-запада Кольского полуострова.

Господство среди четвертичных отложений крупнообломочных морен и грубозернистых коллювиальных толщ способствуют формированию подзолов с легким механическим составом. Мелкозем во многих изученных образцах уступает крупнообломочным фракциям, представлен средне- и мелкопесчаными обломками с высокой ролью крупной пыли (табл. 2).

Табл. 2. Гранулометрический состав илювиально-железистого подзола. содержание фракций (мм) в %

» )Н о Й

м ¡3

0 Я

я Я £

£ и

2 Я

1 В

£ I

о 3

3

а

Разрез 07-07, шиповиально-железистый подзол на средневалунной морене. Катена "Раякоски"

ГППП1ПНТ Л, -

1,2 1 2,1 | 5,6 | 4,2 1 13,1 7,5 | 11,2 | 27,5 | 35,1 | 0,2 | 3,7 | 0,7 | 0,9 86,9 I 99,9

распределение фракций мелкозема (от 100%)

8.7 1 12,9 1 31,7 | 40,4 | 0,2 | 4,2 | 0,8 | 0,9

ГОП1П"1П" Т -,--,--

14,7 I 5,9 | 3.0 | 4,5 | 28,1 6.9 1 12,0 1 24,0 | 20,8 | 1,2 | 2,1 | 1,0 | 3,8 71,9 I 100,0

распределение фракций мелкозема (от 100%)

9.6 1 16.7 1 33,4 | 28,9 | 1,7 | 3,0 | 1,4 | 5,3

готпонт <" ----

21,7 I 9,6 | 3,9 | 6,0 | 41,1 6.2 | 11.9 | 23,4 I 13,6 I 0,1 | 0,5 | 0,3 | 2,4 58,2 | 99,4

распределение фракций мелкозема (от 100%)

10,6 | 20,4 | 40,2 | 23,4 | 0,2 | 0,8 | 0,4 | 4,1

В исследованных горизонтах почв и почвообразующих породах преоб ладают минералы легкой фракции, ведущая роль среди которых принадле жит кварцу. На долю тяжелых минералов приходится обычно не более 20 "/< Установлено, что чем меньше размер зерен, тем выше содержание темно цветных минералов, среди которых выделяются роговая обманка, гранаті альмандинового ряда, минералы группы цоизита, циркон, сфен.

Валовый химический состав почв исследуемого региона в значитель ной степени связан с составом коренных и четвертичных отложений. В таб лице 3 приведены результаты валового химического состава двух образцої коренных пород, иллювиально-железистого подзола на морене (разрез 10-07 и горной торфяно-болотной почвы на элювии (разрез 27-07).

Табл. 3. Валовый химический состав почв и коренных поро; ____ (в % на прокаленную навеску)

образец ппп* 5Ю2 ТЮ2 А1203 Ре20, МпО СаО Ыа20 КчО -'V >

хлоритовый сланец 3,15 54,60 1,44 12,34 15,30 0,19 4,59 8,37 2,22 0,59 0,1

гнейс 1,27 49,52 0,19 15,59 9,47 0,16 7,91 14,34 1,44 0,26 о,с

разрез 10-07 Ао 91,13 42,50 1,03 7,78 7,55 1,79 3,38 16,23 2,59 1.83 44

Ат 71,46 62,65 1,17 9,64 4,73 0,69 2,00 8,86 2,98 1,96 1 5

а2 1,22 76,19 0,38 11,54 2,23 0,04 1,11 3,15 3,93 1,15 0(1

ВР 5,86 70,23 0,47 14,56 5,02 0,07 1,25 2,95 3,19 1,14 01

с 1,87 72,40 0,49 12,23 4,16 0,07 2,58 3,26 3,27 1,12 0,1

разрез 27-07 Ті 92,86 59,52 0,70 12,32 8,68 0,13 1,68 8,12 1,26 1,54 45

Т2 29,56 69,28 0,80 13,77 3,76 0,08 0,74 3,56 3,18 1,75 04

т2/с 8,87 72,67 0,52 12,76 4,05 0,08 1,25 3,51 3,26 1,11 П 1

с 3,76 71,57 0,47 12,11 4,23 0,08 1,64 3,84 3,43 1 ?,?, 0,1

*ППП— потери при прокаливании, в %.

Результаты валового анализа почв разных типов указывают на некоторые схожие признаки. Отмечается увеличение содержания БЮ2 и АЬ03 при движении от верхних горизонтов к почвообразующей породе. Органогенные горизонты характеризуются значительным накоплением питательных элементов в сравнении с горизонтом С, что особенно характерно для Р, Са и К. Перераспределение основных элементов по почвенному профилю подзолов происходит по элювиально-иллювиальной схеме, а в органогенных почвах -преимущественно по поверхностно-аккумулятивной схеме.

Кроме основных элементов в почвенных горизонтах определялся ряд рассеянных элементов. Их максимальная концентрация выявлена в верхних органогенных горизонтах почв, а перераспределение по профилю схоже с петрогенными элементами (рис. 1). Наиболее высокие концентрации в верхней части профиля отмечены для Ва, Бг, Си, гп, Ъх и V, достигающие обычно 0,1 % от прокаленной навески.

Таким образом, формирование химического состава генетических горизонтов почв определяется исходным пестрым минералогическим составом

почвообразующих пород и особенностями латеральной и радиальной миграцией химических элементов.

О 0,001 0,01 0.1 1,0 %

Рис. 1. Валовое содержание рассеянных элементов в профиле типичного ил-лювиально-железистого подзола (разрез 17-07) (в % на прокаленную навеску, логарифмическое распределение).

В почвенных горизонтах проводилось определение основных физико-химических свойств. Почвы фоновой территории отличаются сильнокислой и кислой реакцией (3,5-4,5), высоким показателем гидролитической кислотности в горизонтах Ао, Ат и Т, (100-200 мг-экв/100 г), слабой насыщенностью почвенного поглощающего комплекса (5-40 %). Органическое вещество почв представлено в основном грубым гумусом и составляет 90-95 % в торфяных горизонтах, 60-70 % в горизонтах Ао, 4-8 % в иллювиальной части подзолов, 0,2-1,0 % в подзолистых горизонтах. Во фракционном составе гумуса подзолов обычно преобладают фульватные формы. Гуминовые кислоты преобладают в верхней, оторфованной части профиля, в ряде почвенных разрезов подзолов характеризуясь сравнимыми концентрациями в иллювиально-гумусовых горизонтах. В профиле торфяно-болотных почв, в частности эв-трофных. а также в оторфованных горизонтах торфяно-подзолов преобладают гуминовые фракции, в нижней части профиля часто превышающие фуль-вокислоты в 2-4 раза. Заметную роль в формировании органической части почв играют почвенные липиды, широко представленные в горизонте Ао торфяно-подзолов и иллювиально-гумусовых подзолов (до 25 % от массы органического вещества).

Почвы ландшафтных обстановок, расположенных в пределах зоны влияния выбросов предприятия, отличаются более высоким показателем рН, что в первую очередь характерно для горизонтов Ао и Ат (5,0-6,5), понижен-

ными показателями гидролитической кислотности (60-120 мг-экв/100 г), б( лее высокой долей поглощенных оснований и увеличенной насыщенность] ППК (20-60 %). Для горизонтов Ао и Ат почв, подверженных загрязнении определено более низкое содержание органического вещества (20-30 %).

Определение кислоторастворимых форм рассеянных элементов в по' вах и почвообразующих породах рассматриваемой территории выявило сл< дующие особенности: 1) распределение кислоторастворимых форм металло весьма схоже с таковыми для валовых концентраций этих рассеянных элс ментов; 2) постлитогенные почвы суммарно характеризуются более высоки ми показателями содержания подвижных форм металлов, нежели болотны почвы; 3) для А1-Ре-гумусовых почв характерно сочетание поверхностно] аккумуляции и элювиально-иллювиального перераспределения металлов го профилю; 4) максимальные значения определены для Мп и 2п.

На рисунке 2 представлена схема профиля, исследованного в централь ной части фоновой территории, отдаленной от пос. Никель на 50 км. Концен трация кислоторастворимых форм Си и N1 не превышает 15-20 мг/кг в верх них горизонтах почв и обычно постепенно уменьшается при продвиженш вглубь профиля.

В почвах профиля №3 «Кирпичный завод», расположенной на север« фоновой территории, в 15 км от источника атмосферного загрязнения, обна ружены повышенные концентрации геохимически активных форм рассеян ных элементов. Так, концентрация Си в верхних горизонтах возрастает дс 100-350 мг/кг, № — до 50-100 мг/кг. Одновременно с этим сокращается количество Мп (200-500 мг/кг) и гп (10-20 мг/кг).

Наиболее высокое содержание рассеянных элементов определено для почвенных разрезов, заложенных в пределах 1-5 км зоне от комбината. Несмотря на принимаемые меры по утилизации пылегазовых смесей в пределах комбината в атмосферу ежегодно попадает значительный объем никеля, меди и других рассеянных элементов. По данным ОАО «Кольской ГМК» в период с 1977 по 1990 г в атмосферу попадало до 500 т № и 230 т Си в год. В период с 2004 по 2007 г в атмосферу ежегодно выбрасывалось 235-240 т № и 160-170 т Си. Максимальные концентрации металлов в воздухе распространяется до 2 км от комбината, превышая показатели местного фонового значения в 1001000 раз (Горно-металлургическая компания..., 2010).

В ходе исследования талой снеговой воды установлены концентрации Си и N1 в 1,5-3,3 мг/л, что значительно превышает местный геохимический фон для атмосферных осадков (Болтенко и др., 1991).

Таким образом, в ландшафты, расположенные в 7-10 км зоне от комбината, поступают значительные объемы тяжелых металлов, концентрации которых в почве превышают фоновые показатели в 10-100 раз. Содержание Си и № в верхних горизонтах во всех исследованных почвенных разрезах достигает 1500-2500 мг/кг. Многократное превышение фоновых значений отмечено для РЬ и Со - 100-300 мг/кг и 30-60 мг/кг соответственно.

почеообразующие породы

I 4- I грвннто-гнеисы

метаморфический комплекс І ©©I крупновалунная морена I | морские отложения I I озеро

условные обозначения

растительность

\ осина сфагновое болото

Гкустарниччово-пушицевое болото

содержание подвижных форм ТМ в почвенных горизонтах (ш/ке)

р 06-07 номера разрезов

р 03-07

20 30 40 50 60 70

р 42-08 ЮВ

М

Рис. 2. Схема профиля №1 «53-ий пограничный столб» и содержание кислоторастворимых форм тяжелых металлов в генетических горизонтах почв (мг/кг).

О 500 1000 1500 м

Для оценки степени загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами был рассчитан коэффициент суммарного загрязнения (7.с) (Сает и др., 1990). Максимальное значение Тс определено для почв, расположенных в непосредственной близости от комбината и отвалов шлака (

условные обозначения

Рис. 3. Картосхема распространения ландшафтов в районе пгт. Никель с различной степенью изменения почвенно-растительного покрова; коэффициент суммарного загрязнения (Ъъ) и коэффициент концентрации тяжелых металлов (Кк) в точках детальных исследований (на диаграммах показано логарифмическое распределение показателя Кк).

1 исследований.величина 2с

территория, занятая ■ промышленными объектами, ' отвалами, отстойниками, 1с > 300

территория с полностью ■уничтоженным растительным "покровом и деградированными почвами, 2с = 150-300

территория с сильно ■ нарушенным почвенно-и растительным покровом. 1с = 100-150

территория со средним и слабым нарушением почвенно-растительного покрова, гс < 100

показатели коэффициента концентрации ТМ (Кк)

В четвертой главе диссертации рассматриваются вопросы, связанные с эколого-геохимическими особенностями растительного покрова северо-запада Кольского полуострова. Приводится детальное геоботаническое описание широко распространенных ландшафтных обстановок, расположенных в пределах фоновой территории и на участках, подверженных атмосферным выбросам промышленных предприятий.

Для лабораторно-аналитических исследований были отобраны наземные вегетативные органы видов растений, широко распространенных в пределах исследованной территории и играющих покровообразующую роль. Немаловажное значение при выборе видов растений для дальнейших лабора-

торно-аналитических исследований имела степень освещенности их биогеохимических особенностей в научной литературе.

Среди исследованных видов растений максимальным содержанием зольного вещества отличаются осина (листья — 7-8%, ветви - 4-6 %) и морошка (7-8 %). Минимальная зольность характерна для всех видов лишайников (около 1 %) (рис. 4).___

Рис. 4. Среднее модальное значение зольности растений фоновой территории (в %). В скобках указано число исследованных образцов.

Содержание основных биофильных элементов в растительных организмах фоновой территории находится в пределах, характерных для растительности данных местообитаний. Среди рассеянных элементов наибольшее значение в хвое сосны, листьях березы и осины играет Мп (кислотораство-римые формы - 150-575 мг/кг сухого вещества; валовое содержание - 8002400 мг/кг). Содержание Тп, Си и N1 варьирует в пределах 10-40 мг/кг (валовое содержание - 40-350 мг/кг). Для осины определено сравнительно высокое содержание Бг (20 мг/кг), который в других видах растений обычно не превышает 0,5-1 мг/кг. Для кустарничков только Мп определен в значительных количествах (300-500 мг/кг, валовое содержание - до 6000 мг/кг). Наиболее интенсивное поглощение растениями фоновой территории характерно для N1 РЬ и Мп (рис. 5).

Растения, произрастающие в зоне влияния атмосферных выбросов комбината, активно накапливают Ni, Си и РЬ. В листьях березы и осины количество кислоторастворимых форм Си достигает 250 мг/кг, Ni - 385 мг/кг. В листьях осины обнаружен Со (3-5 мг/кг), тогда как для растений фоновой территории характерно содержание Со ниже предела чувствительности методики определения. Установлено, что растения техногенного участка содержат Мп и Zn в 10-30 раз меньше, что вероятно связано, как со снижением концентрации данных металлов в почве, так и особенностями биологического поглощения данных элементов в присутствии в почве высоких концентраций Си и РЬ.

В заключении изложены основные выводы диссертационного исследования, отражающие следующее:

1. В пределах рассматриваемой территории распространены останцо-вые холмисто-увалистые равнины со сложным рельефным рисунком, осложненным разветвленной озерно-речной системой. Литогенной основой ландшафтов выступают серия вулканогенно-осадочных и метаморфических пород архея и протерозоя, местами перекрытые рыхлыми отложениями четвертичного периода, мощность которых сильно варьирует в зависимости от местоположения и отсутствует на вершинах возвышенностей. Они представлены в основном гляциапьными и флювиогляциальными отложениями последнего оледенения, переслаивающиеся местами с ледниково-морскими слоями позднеплейстоценовых трансгрессий. В целом, для литогенной основы характерен легкий гранулометрический и пестрый минералогический состав.

Климат северо-запада Кольского полуострова формируются при взаимодействии арктических и умеренных воздушных масс в условиях высоких широт, определяющих низкое солнцестояние и малый радиационный баланс.

2. Валовый химический состав почвообразующих пород и минеральных горизонтов почв имеет общие черты. Количество ЗЮ2 варьирует в пределах 65-75 %, заметную роль играют А1, Бе, Са и Ыа. Среди рассеянных элементов, независимо от типа почвообразования, заметную роль играют Ва, Бг и №, перераспределение которых по почвенным горизонтам в основном отвечает двум схемам — поверхностно-аккумулятивной для органогенных почв и элювиально-иллювиальной для альфегумусовых почв. Максимальные значения коэффициента почвенной дифференциации характерны для Си, №, РЬ и Ав, содержание которых в верхнем органогенном горизонте в 10-50 раз превышают концентрации данных элементов в горизонте С.

3. Почвенный покров имеет сложную пространственную структуру и включает группу органогенных почв, представленных болотными почвами, и почвы альфегумусового ряда, представленные несколькими типами подзолов и подбуров. Почвы имеют незначительную мощностью (30-50 см — постлито-генные, 40-70 см - органогенные), зачастую представлены карликовыми формами. Подзолы, формирующиеся по пологим склонам возвышенностей на породах легкого механического состава, в условиях хорошей аэрации в так называемый «засушливый» весенне-летний период, не несут следов ог-леения.

4. Всю рассматриваемую территорию можно разделить на фоновую, расположенную в 20 км от пос. Никель, подверженную умеренному влиянию промышленного предприятия (10-20 км) и подверженную интенсивному техногенному воздействию (0-10 км).

5. Почвы фонового участка характеризуются сильнокислой и кислой реакцией (3,5-4,5), малым количеством поглощенных оснований, низкой насыщенностью почвенного поглощающего комплекса (5-40 %) и высоким содержанием органического вещества, представленного в основном грубым гумусом с заметной ролью почвенных липидов (5-20 %) и фракциями гуми-новых кислот (30-40 %). Почвы, формирующиеся в условиях интенсивного

техногенного воздействия отличаются менее кислой реакцией, показатели которой приближаются к 5,0-6,0, пониженными показателями гидролитической кислотности, более высокими показателями насыщенности ППК (20-60 %) и значительным содержанием органического вещества, представленного в основном слаборазложившимся материалом.

6. Содержание кислоторастворимых форм тяжелых металлов в почвах фоновой территории зависит от типа почвообразования, состава почвообра-зующих пород и ландшафтной обстановки. Наибольшие концентрации металлов характерны для верхних органогенных горизонтов: Мп - 300-1000 мг/кг, Си - 20-200 мг/кг, № и Ъъ - 10-100 мг/кг, РЬ - 10-30 мг/кг, Со - 1-10 мг/кг, Сё - 0,5-1 мг/кг.

Почвенный покров территории, подверженной выбросам комбината «Печенганикель», содержит в верхних горизонтах почв значительный объем подвижных форм тяжелых металлов: Мп - 100-500 мг/кг, Си - 1500-2600 мг/кг, № - 800-2000 мг/кг, Ъл - 20-80 мг/кг, РЬ - 50-350 мг/кг, Со - 20-60 мг/кг.

Коэффициент суммарного загрязнения, рассчитанный для верхних горизонтов почв (То), расположенных в пределах зоны интенсивного влияния выбросов комбината, имеет высокие показатели (100-175). Наибольшие значения достигают 300, что характеризует чрезвычайно опасный уровень загрязнения почв.

7. Растительный покров фоновой территории представлен сосновыми северотаежными лесами с различным участием березы и осины. Отмечается большое видовое разнообразие кустарничковой и травянистой растительности, многочисленные виды мхов и лишайников. Территория, подверженная сильному техногенному воздействию, характеризуется значительным сокращением видового разнообразия, исчезновением лишайников, наиболее чувствительных к атмосферному загрязнению, понижением бонитета древесных растений и отмиранием хвойных пород. Территория, расположенная в 2-5 км зоне от поселка представляет собой типичную техногенную пустошь, практически лишенную растительного покрова.

8. Количество и вещественный состав зольного материала растений зависит от ландшафтных позиций, занимаемых видом, особенностей почвенного покрова и удаленности от источника атмосферных выбросов. Максимальные показатели зольности характерны для листьев осины и морошки (6-8 %), минимальные для лишайников (0,2-1,0 %). Наибольшее количество элемент-определений проведено для листьев березы и хвои сосны. Установлено, что данные растения, собранные в пределах фоновой территории содержат значительное количество Са, К, М& Р, а среди рассеянных элементов лидирует Мп (500-2300 мг/кг), Ъп (50-300 мг/кг) и N1 (10-65 мг/кг). Для сосны и березы характерны высокие показатели Кб для № (1000), РЬ (80-100), Мп (10-20) и гп(5-10).

Содержание основных биофильных элементов в наземных органах растений сравнимо с фоновыми показателями. Отмечено более высокое содержание Ре, Б и С1, и значительное уменьшение содержания Мп (200-400 мг/кг)

и Ъа (10-150 мг/кг). Среди рассеянных элементов в золе растений преобладают № и Си, концентрации которых возрастают до 300-500 мг/кг. Значительные концентрации металлов в почве способствуют относительному снижению величины показателя биологического поглощения этих элементов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Ежов А.Ю. Тяжелые металлы в растительном покрове северо-запада Кольского полуострова. // Преподаватель XXI век. М.: Изд-во «Прометей». - 2011. № 1. Часть 2. - С. 221-226. (0,35 п.л.).

2. Ежов А.Ю. Медь и никель в ландшафтах северо-запада Кольского полуострова. // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». — 2011. № 1. М.: Изд-во МГОУ. - С. 89-94. (0,38 п.л.).

3. Ежов А.Ю. Техногенное загрязнение тяжелыми металлами ландшафтов северо-запада Кольского полуострова. // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». - 2010. № 1. М.: Изд-во МГОУ. - С. 98-103. (0,38 п.л.).

4. Ежов А.Ю. Кольский Север — арена боевых действий с Природой. // Экология и жизнь. М.: Изд-во «Финтрекс». 2011. № 8. - С. 74-77. (0,19 п.л.).

5. Ежов А.Ю. Экологические функции северо-таежных почв при промышленном загрязнении. // Материалы Международной научной конференции «Ресурсный потенциал почв — основа продовольственной и экологической безопасности России». - СПб.: Издательский дом СПбГУ, 2011. - С. 387-388.(0,13 пл.).

6. Ежов А.Ю. Эколого-геохимические особенности подзолов северо-запада Кольского полуострова. // Материалы Всероссийской научной конференции XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв». Под ред. Б.Ф. Апарина. - СПб.: Издательский дом СПбГУ, 2010. -С. 138-140. (0,13 п.л.).

7. Ежов А.Ю. Коэффициент биологического поглощения как индикационный показатель геохимических особенностей ландшафтов. // Материалы Первой Всероссийской научно-практической конференции «Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование». — М.: МПГУ, 2010.-С. 21-25.(0,31 п.л.).

8. Ежов А.Ю. Зольность покровообразующих растений на северо-западе Кольского полуострова. // Биологическое разнообразие - определяющие факторы, мониторинг. Материалы региональной научной конференции, посвященной 20-летию заповедника «Кузнецкий Алатау». Отв. ред. С.Г. Бабина; Гос. природн. Заповедник «Кузнецкий Алатау» — Кемерово: Издательский дом «Азия», 2009.-С. 130-131. (0,13 п.л.).

9. Ежов А.Ю. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в генетических горизонтах почв ГПЗ «Пасвик», Мурманская область. // Материалы Всероссийской научной конференции XII Докучаевские молодежные чтения

«Почвы и продовольственная безопасность России». Под ред. Б.Ф. Апарина. - СПб.: Издательский дом СПбГУ, 2009. - С. 144-145. (0,13 пл.).

10. Ежов А.Ю., Алещукин Л.В. Тяжелые металлы в почвах северо-запада Кольского полуострова на примере государственного природного заповедника «Пасвик». // Сборник научных тезисов V Международного совещания «Геохимия биосферы». Новороссийск: НИИ геохимии биосферы ЮФУ, 2008. - С. 113-115. (0,19 пл., авторский вклад 50 %).

11. Ежов А.Ю., Куликова Е.Е. Критерии отбора образцов и зольность покровообразующих видов растений заповедника «Пасвик». // Сборник научных тезисов V Международного совещания «Геохимия биосферы». Новороссийск: НИИ геохимии биосферы ЮФУ, 2008. - С. 71-72. (0,13 пл., авторский вклад 50 %).

12. Ежов А.Ю. Геохимические аспекты экологического состояния природных ландшафтов северо-запада Кольского полуострова на примере территории заповедника «Пасвик». // Сборник научных трудов географического факультета. М.: МПГУ, 2007. - С. 23-25. (0,19 пл.).

Подписано в печать 06.04.2012 Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5 Тираж 100 Экз. Заказ № А487 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-кт, д.28 Тел. 8-495-782-88-39

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Ежов, Артем Юрьевич, Москва

61 12-11/128

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет»

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛАНДШАФТОВ СЕВЕРО-ЗАПАДА КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

Специальность: 25.00.23 - физическая география и биогеография, география

почв и геохимия ландшафтов.

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата географических наук

на правах рукописи

Ежов Артем Юрьевич

Научный руководитель -заслуженный деятель науки РФ, академик РАЕН,

доктор географических наук, профессор

В.В. Добровольский

Москва-2011

Содержание

Введение 4 Глава 1. Физико-географическая характеристика района исследований 10

1.1 Географическое положение 10

1.2 Тектоника, геологическое строение и рельеф 11

1.3 Климатическая характеристика 22

1.4 Поверхностные воды 29

1.5 Растительность 33

1.6 Почвенный покров 34 Глава 2. Методика исследований 46

2.1 Методика полевых исследований 46

2.2 Методика лабораторно-аналитических исследований 51 Глава 3. Эколого-геохимические параметры почвенного покрова северо-запада Кольского полуострова 55

3.1 Характеристика почв и почвообразующих пород фоновых

ландшафтов 55

3.1.1 Гранулометрический состав 5 5

3.1.2 Минералогический состав 5 7

3.1.3 Петрогенные элементы 60

3.1.4 Рассеянные элементы 64

3.1.5 Физико-химические свойства 72

3.1.6 Геохимически активные формы рассеянных элементов 80 3.2. Эколого-геохимическая характеристика почв и почвообразующих пород в условиях техногенного загрязнения 91

3.2.1 Поступление загрязняющих веществ в ландшафты северо-запада Кольского полуострова 91

3.2.2 Физико-химические свойства 99

3.2.3 Геохимически активные формы рассеянных элементов 105

3.3 Трансформация природных ландшафтов в условиях

техногенного загрязнения 108

Глава 4. Эколого-геохимические параметры растительного покрова ландшафтов северо-запада Кольского полуострова 114

4.1 Ландшафтные особенности растительного покрова 114

4.2 Геохимическая характеристика покровообразующих

видов растений фоновых ландшафтов 123

4.3 Геохимическая характеристика покровообразующих

видов растений в условиях техногенного загрязнения 131

Заключение 138

Литература 142

Введение

Актуальность исследования. Природные ландшафты Кольского Заполярья на протяжении более 60 лет испытывают интенсивное техногенное воздействие со стороны предприятий черной и цветной металлургии. Лесные биоценозы, находящиеся на пределе условий нормального существования (Раменская M.JL, 1983; Костина В.А., 2003; Королева Н.Е., 2009), аккумулируют значительные объемы загрязняющих веществ, в том числе высокотоксичных тяжелых металлов. Интенсивная промышленная эмиссия токсичных соединений существенно изменяет свойства почв (Чертов О.Г., Меньшикова Г.П., 1983; Евдокимова Г.А. и соавт., 1984; Израэль и соавт., 1989; Chertov O.G. et al., 1993; Никонов В.В., Копцик Г.Н., 1999; Евсеев A.B., 2002; Пере-верзев В.Н. с соавт., 2002), разрушает почвенные геохимические барьеры (Добровольский Г.В., Никитин Е.Д., 1986; Глазовская М.А., 1997), изменяет структуру растительных ассоциаций и биогеохимические особенности растений (Кабата-Пендиас А., Пендиас X, 1989; Ильин В.Б., 1985, 1991; Касимов Н.С., 2004; Добровольский В.В., 2009).

Комплексные эколого-геохимические исследования природных биогеосистем, подверженных воздействию промышленных предприятий, позволяют выявить особенности накопления и миграции химических элементов в пределах систем элементарных ландшафтов, оценить объемы загрязняющих веществ, депонированных в их основных компонентах (Скарлыгина-Уфимцева М.Д., 1980; Сает Ю.Е. и соавт., 1990; Водяницкий Ю.Н., 2010). Установление эколого-геохимических особенностей природных и техногенно измененных ландшафтов позволяют прогнозировать дальнейшие изменения в пределах данных природных комплексов и рекомендовать методы и приемы их восстановления (Мелихов И.С., 1961; Красовская Т.М., Евсеев A.B., 1990; Глазов М.В., 1997; Мотузова Г.В., 2000, 2001; Никонов В.В. и соавт., 1999, 2005)

Цель и задачи исследования. Цель исследования - проведение комплексного эколого-геохимического исследования и оценка геохимического

состояния ландшафтов крайнего северо-запада Кольского полуострова. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение физико-географических условий и ландшафтной структуры региона в ходе полевых исследований и работы с литературными и статистическими данными;

2. Исследование почвенного покрова рассматриваемого региона, выявление особенностей распространения основных типов почв, их морфологическая, физико-химическая и геохимическая характеристика;

3. Характеристика растительного покрова региона, исследование вещественного состава распространенных видов растений;

4. Определение содержания кислоторастворимых форм и валовых концентраций тяжелых металлов (Си, №, Мп, Со, Zn, РЬ, Сё) в почвообразую-щих породах, почвенных горизонтах, снеге и наземных органах растений;

5. Оценка степени изменения природных ландшафтов в зоне влияния атмосферных выбросов горно-металлургического комбината «Печенгани-кель», поселок Никель.

Объект исследования. Объектами исследования являлись северотаежные, лесотундровые и горно-тундровые ландшафты крайнего северо-запада Кольского полуострова, расположенные в пределах правобережной части долины реки Паз (Патсойоки) и обрамляющей серии останцовых возвышенностей.

Предмет исследования - почвы, почвообразующие породы, растительность и снеговой покров рассматриваемой территории.

Материально-фактическая база и методы исследования. Полевые исследования проводились автором в 2007-2009 гг., в ходе которых было заложено 10 профилей, в пределах которых проведен комплекс полевых исследований на 48 опорных точках. Два профиля (8 точек) заложены в непосредственной близости от поселка Никель и представляют ландшафты, подверженные интенсивному техногенному воздействию. Остальные профиля заложены на территории, условно принятой нами за фоновую. Большая часть

ключевых точек расположена в пределах заповедника «Пасвик». На всех точках проводился отбор образцов покровообразующих растений (350 образцов), генетических горизонтов почв (170 образцов) и почвообразующих пород (40 образцов). В холодный период года в пределах территории, подверженной интенсивному техногенному воздействию, проводился отбор образцов снега (20 образцов).

В качестве картографической основы исследования были использованы топографические карты масштаба 1:200000 и 1:100000, а также ландшафтная карта заповедника «Пасвик» масштаба 1:25000, составленная к.г.н. Н.В. Поликарповой. В ходе исследования также использовались: тектоническая карта (1:1000000), геологическая карта (1:1000000 и 1:200000), почвенная карта (1:2000000) и другие картографические материалы.

Большая часть аналитических исследований самостоятельно осуществлена автором в лаборатории кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ. Проведено более 2000 элемент-определений подвижных форм тяжелых металлов в образцах почв, почвообразующих пород, золе растений, снеговой воде; более 1500 элемент-определений валовых концентраций в почве и золе растений; более 1000 общих химических анализов; 50 гранулометрических и 40 минералогических анализов почвообразующих пород и минеральных горизонтов почв.

Статистическая обработка и анализ фактического материала проводилась автором с использованием пакета «Описательная статистика» Microsoft Excel 2007.

Научная новизна. Впервые для крайнего северо-запада Кольского полуострова установлены эколого-геохимические особенности трансформации природных ландшафтов в условиях воздействия металлургического предприятия, расположенного в поселке Никель. Установлены особенности латеральной и радиальной миграции рассеянных элементов в пределах систем геохимически сопряженных ландшафтов. Выявлены особенности элементного состава покровообразующих видов растений.

Практическая значимость исследования. Фактический материал, полученный в ходе исследования, может быть использован как база данных при дальнейшем изучении, как рассматриваемой территории, так и сопредельных регионов. Результаты исследования внедрены в практику научной работы государственного природного заповедника «Пасвик», использованы при подготовке ежегодного научного отчета - «Летописи природы заповедника «Пасвик»» (справка о внедрении № 221/003 от 10.07.2009). Результаты исследований за 2007-2008 гг. представлены в Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации.

Результаты авторских исследований использовались при разработке и чтении учебных курсов «Индикация состояния окружающей среды» и «География почв с основами почвоведения» на географическом факультете Московского педагогического государственного университета.

Апробация работы. Основные результаты проведенного исследования докладывались на заседании комиссии геохимии ландшафта Московского центра Русского географического общества (2007, 2009), на научных чтениях МПГУ (2009), на совещании в рамках «Круглого стола молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки» (Москва, 2009), на заседаниях кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ (2007, 2009), а также на конференциях: V Международное совещание «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2008); Всероссийская научная конференция XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России», (Санкт-Петербург, 2009); Региональная научная конференция «20-летие заповедника Кузнецкий Алатау» (Кемерово, 2009); Всероссийская научная конференция XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв» (Санкт-Петербург, 2010); I Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование» (Москва, 2010); Международная конференция «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной экологической безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011).

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано двенадцать печатных работ общим объемом 2,64 пл., в том числе три в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Защищаемые положения.

1. Особенности проявления ландшафтообразующих факторов в пределах северо-запада Кольского полуострова предопределили разнообразие биогеосистем и, как следствие, геохимических обстановок, представляющих собой катены закономерно сменяющих друг друга элементарных ландшафтов.

2. Геохимические параметры фоновых ландшафтов характеризуются значительной активностью химических элементов и являются результатом особенностей функционирования биогеосистем на границе полярной и боре-альной почвенно-биоклиматических зон.

3. Промышленные предприятия северо-запада Кольского полуострова являются источниками значительного объема рассеянных элементов, поступающих с атмосферными выбросами в ландшафты расположенные на расстоянии до 20-30 км. Почвенный покров аккумулирует значительный объем загрязняющих веществ, многие из которых относятся к высокотоксичным соединениям.

4. Растительный покров региона испытывает значительное техногенное воздействие, что сказывается на изменении естественных растительных ассоциаций, обеднении видового состава, вплоть до полного исчезновения растительности и формирования техногенных пустошей. В химическом составе наземных вегетативных органов растений наблюдается потеря биофильных элементов и накопление токсичных объемов N1, Си, РЬ, Со.

5. Биогеосистемы северной и центральной частей заповедника «Пас-вик», расположенного в зоне распространения атмосферных выбросов ГМК «Печенганикель», принимают значительные объемы поллютантов, концентрирующихся в подстилке, органогенных горизонтах почв и наземных частях растений.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 155 страниц машинописного текста, включая 25 таблиц, 38 рисунков. Список литературных источников включает 146 наименований, в т.ч. 8 на иностранном языке.

Благодарности. Автор выражает особую благодарность научному ру-

ководителю академику РАЕН, д.т.н., профессору [В.В. Добровольскому, искреннюю признательность за неоценимую помощь и поддержку при проведении полевых и лабораторно-аналитических работ, ценные советы и замечания к.г.н., проф. Л.В. Алещукину, к.г.н., доц. Е.Е. Куликовой и к.г.н., доц. Е.А. Фураеву. За помощь в организации полевых работ и предоставление литературных и статистических материалов по природе заповедника автор признателен заместителю директора ФГБУ «Государственный заповедник «Пас-вик»» по научной работе, к.г.н. Н.В. Поликарповой, а также зав. сектором рентгеноспектральных методов анализа ЦЛАВ ГЕОХИ им. В.И. Вернадского РАН, к.т.н. И.А. Рощиной за помощь в проведении валового химического анализа почвенных горизонтов и золы растений.

Глава 1. Физико-географическая характеристика района исследований.

1.1 Географическое положение.

Территория исследования расположена в пределах северо-запада Кольского полуострова (крайняя северная точка - 69°23' с.ш., 30° 15' в.д.; крайняя южная точка — 68°54' с.ш., 28°50' в.д.) и включает в себя вытянутый на 85 км в субмеридиональном направлении правобережный участок долины реки Паз (Патсойоки) от поселка Янискоски до поселка Никель. Часть изученной территории находилась за пределами контрольно-следовой полосы государственной границы России и Норвегии. Площадь исследований составляет более 500 км", из которых около 150 км" принадлежат заповеднику «Пасвик». Заложение профилей также проводились на расположенных восточнее заповедника возвышенных массивах - г. Каскама и г. Кораблекк (рис. 1).

Рис. 1. Карта-схема ключевых районов полевых исследований.

1.2 Тектоника, геологическое строение и рельеф.

Район исследования расположен в пределах Балтийского кристаллического щита Восточно-Европейской древней платформы, состоящего, в пределах Кольского полуострова, из трех мегаблоков - Мурманского, Кольского и Беломорского, и менее значительных структур, таких как блок Инари и Лапландский гранулитовый пояс (Геология СССР, том XXVII, 1958; Ранний докембрий..., 2005).

Северо-западный сектор Кольского полуострова располагается на западных структурах Кольского мегаблока и восточной части блока Инари (рис. 2). В пределах Кольского мегаблока выделяют структуры Печенгско-Варзугской и Кольско-Кейвской синклинорных зон, разделенных протяженным Центрально-Кольским антиклинорным блоком. Печенгско-Варзугская зона состоит из трех участков: северо-западного (комплекс сланцеватых амфиболитов протерозоя и нижнепалеозойская свита печенги-кучин), центрального (Заимандровский синклинорий) и восточного (синклинорий свиты имандра-варзуга) (Геология СССР, том XXVII, 1958).

Значительная часть северо-западного сектора Кольского полуострова расположена в пределах структур Печенгской синклинорной зоны (северозападный участок Печенгско-Варзугского пояса). Данная структура изучена достаточно полно, в её пределах пробурена Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3), выполнен комплекс геофизических исследований, в том числе методами глубинного сейсмического зондирования и обменных волн землетрясений (МОВЗ) (Ранний докембрий..., 2005).

По данным геофизических исследований Печенгская структура на глубине разделена Порьиташским разломом на две зоны - Северо-Печенгскую и Южно-Печенгскую. Южно-Печенгская зона представляет собой сильно сжатую синклиналеподобную форму, южное крыло которой осложнено рядом тектонических нарушений взбросово-надвигового типа с падением границ нарушений на юг. Мощность раннепротерозойских отложений достигает 5 км (Ранний докембрий..., 2005).

29°00'

30°00'

31°00'

69°40'

69°40'

69°20'

69°00'

\>>> \17а | ^ ¡176 [ \*>>\18а \ ^ \18б |--¡19

Раннепротерозойские интрузии: 1 - граниты, гранодиориты Вайноспаа и лицко-арагубского комплекса; 2 - плагиограниты, гранодиориты Каскельяврского, Шуонинского и Руосельского куполов; 3 - граниты Нейден. Раннепротерозойские структурно-вещественные комплексы: 4 - Северо-Печенгская зона, 5 - Южно-Печенгская зона, структуры Пасвик и Полмак; 6 - Лапландский гранулитовый комплекс. Позднеархейские структурно-вещественные комплексы: 7 - Беломорский террейн, Нотозерский блок; 8 - террейн Инари; 9-15 - Серварангер-Кольский террейн (9 - Сванвик, 10 - Гарсио,11 - Браннфил-лет, 12 - Бъёрневатн, 13 - Варангер, Киркенес, Хутоявр, 14 - Ярфиорд-Кола, 15 - Хомпен); 16 - Титовский блок; 17 - раннепротерозойские надвиги (а), крутопадающие (б) и субвертикальные (в) разломы; 18 - позднеархейские (а) и крутопадающие (б) разломы; 19 - государственная граница России.

Рис. 2. Схема главных геолого-структурных элементов Лапландско-Печенгского района. Составлена В.И. Пожиленко (Сейсмогеологическая модель..., 1997).

Являясь составной частью Печенгско-Варзугской структурно-фациальной зоны, Печенгс�