Техногенные углеводороды в почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский

Качинский, Владимир Леонидович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Техногенные углеводороды в почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский
ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Техногенные углеводороды в почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский"

На правах рукописи

У,

Каминский 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

24 ДПР 2014

Москва-2014

005547644

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 «/4 » апреля 2014 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Горбунова Ирина Алдаровна.

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 люминесцентно-битумологического 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 в связи с природными условиями и свойствами органических поллютантов;

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

5. Сравнить факторы трансформации и поведение ТУВ в почвах арктотундровых, южнотундровых и среднетаежных ландшафтов. Объеюы 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 сравнительно-географический, 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.

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 эколого-геохимического 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 безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011); XVIII Всероссийская 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» (Санкт-Петербург, 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 14 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., с.н.с. Е.М. Никифоровой, всему коллективу кафедры и сотрудникам 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 химико-аналитических 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 - метаново-нафтеновые 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 барьерах-концентраторах; 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 75100% (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 (//-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 et 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 острова Большой Ляховский

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 - 80-100 дней.

Район характеризуется крайне малым (167 мм) среднегодовым 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.

Территория острова Большой Ляховский представляет собой кустарничково-травяно-лишайниково-моховую арктическую тундру. 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

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, что способствует формированию латеральных геохимических потоков (Горбацкий,1970; Романовский, 1993). Для почв характерно неглубокое (40-60 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 3040 см, 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 Юм 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).

Глава 3. Объекты и методы исследования 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 находятся два крупных скопления бочек (дизельное топливо и трансформаторное масло) в количестве более 10 000 шт., составленных в 4-7 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).

В условиях загрязнения изучены следующие техногенно-трансформированные почвы: битуминозные оглеевающиеся почвы по

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; БЛ-31 - БЛ-33), дерново-глеевые почвы расширенного днища ложбины (БЛ-9; БЛ-13); слаборазвитые почвы суженного днища ложбины (БЛ-10-БЛ-12; БЛ-14; БЛ-15), горные скелетно-шебнистые почвы. Исследовано 11 техногенных площадок (ТП-1-ТП-Х1) 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.

Условные обозначения: § Десятки тысяч бочек | Тысячи и сотни бочек

\ -изогипсы . БЛ-31-точка исследования

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 (1С14-2з) и нафтеновых УВ (1С24-34), индивидуальных м-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

(1С14-2з)/(^С24-з4) характеризует изменение доли более подвижных метаново-нафтеновых УВ по сравнению с менее подвижными нафтеновыми УВ в составе нефтепродуктов в почвах.

Таблица. 1

Химико-аналитические работы

Определяемый химический параметр Метод определения Количество почвенных образцов, шт.

Содержание гексановых битумоидов Люминесцентно-битумологический 297

Суммарное содержание метаново-нафтеновых и нафтеновых УВ Капиллярная газожидкостная хроматография 70

Содержание метаново-нафтеновых и нафтеновых УВ 70

Содержание н-алкапов (21 соединение) 70

Содержание изопреноидов -фитана и пристана 70

Содержание органического углерода Сухое сжигание 282

Гранулометрический состав почв Лазерная гранулометрия 19

Степень трансформации ТУВ, связанная преимущественно с их микробиологическим разложением, количественно оценивалась по коэффициенту биологической деградации (Кузнецов, Иларионов и др., 2000), который рассчитывался как отношение суммы более устойчивых к биодеградации изопреноидов (пристана и фитана) к сумме менее устойчивых ;/-алканов - (гептадекана и октодекана) (г/-С|9+м-С2о)/(Сп+С|8). Повышенные его значения свидетельствуют о более интенсивной степени биотрансформации ТУВ в почвах.

Глава 4. Общая хара1стеристика техногенных изменений почв острова Большой Ляховскнй

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

поллютантов

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 (БЛ-1) уменьшается 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 44 000-88 000 мг/кг.

Метаново-нафтеновые УВ (IC14-23) характеризуются в целом меньшей степенью выраженности поверхностной аккумуляции в почвах по сравнению с нафтеновыми УВ (IC24-34). 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 6 500 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 80160 мг/кг) легких и-алканов (С|4-С2б) 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 (1С14-2з)/(1С24-з4) 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 (1С14-2з)/(1С24-з4) увеличивается сверху вниз более чем на порядок - от 0,2-1,1 в битуминизиронном поверхностном горизонте (0-5 см) до 3,1^,7 в нижней части почвы на глубинах 40-70 см (рис. 4). Это свидетельствует о более интенсивном просачивании подвижных метаново-нафтеновых УВ в нижние горизонты почв водораздельной поверхности. В дерново-глеевых почвах днища ложбины, криоземах склона и горных скелетно-щебнистых почвах показатель (1С14-2з)/(ХС24-з4) не изменяется или изменяется очень слабо с глубиной при мощности профиля почв 10-50 см.

(1Сн-2з)/(1С24-з4) Нормальные алканы

О 25000 50000 мг/кг о 1 г 3 4 5 0 40 80 120 160 МГ/КГ

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

многолетнемерзлых пород; ЕСи.гз ~ метаново-нафтеновые УВ; ХС2.1.34 - нафтеновые УВ

Глава 6. Распределение техногенных углеводородов в почвенно-геохимических 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 (5-10 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 8 000 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 повышениями и понижениями рельефа фиксировались и другими исследователями (Инвентаризация источников..., 2010).

Геохимический ,,

......................^ ^ , Условные обозначения:

ландшафт Э '

-поверхностный геохимический поток углеводородов

-подошва сезонно-талого многолетней мерзлоты

----граница залегания

гранитов

- дернина

ТГ1-4 -

битуминозные субстраты

С13М1. 2 -

криометалюрфи' горизонты

150 250

расстояние от источника загрязнения, м

С — почвообразуюхцая порода

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 метаново-нафтеновыми УВ. При этом в одном из сопряжений тяжелые компоненты характеризуются максимумами (800-1400 мг/кг) содержания в почвах трансаккумулятивных ландшафтов и относительно пониженными (100-800 мг/кг) концентрациями - в почвах трансэлювиальных ландшафтов. Более легкие компоненты отличаются отсутствием устойчивого выраженного

латерального тренда изменения содержания в почвах. Отмечается слабая тенденция увеличения их концентрации от почв транэлювиальных (150-600 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.

Условные обозначения:

I С*

1С,«5

эпр обованпя

30 150 225 350 500 800 950 1350 1600

ркстижие отисточннк* к

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-С^+и-СгоМСп+С«) (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-С^+и-СгоМСп+С^) 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.

А)

Б)

В)

2 "

Я зо

о 40

СЗ X 50 К ю 60

100

Г)

—— - подошва сезонно-талого слоя многолетнемерзлых пород

Д) Е)

012345678 01234567В

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) (Малоземельская тундра).

В арктотундровых почвах, относительно обедненных органическим углеродом (менее 2,2%), отмечаются низкие значения (1-3) коэффициента биологической деградации ТУВ. При содержании органического углерода 2,35,2% 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.

ВЫВОДЫ:

1. В почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский в результате техногенного загрязнения УВ их концентрации достигают 5000080000 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, С^-Сгб) 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 более подвижных метаново-нафтеновых УВ по сравнению с менее 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^ 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:

Статьи в реферируемых журналах списка ВАК:

1.Качинский, В Л. Поведение битуминозных веществ в почвах южнотундровых и среднетаежных ландшафтов: барьеры-экраны и барьеры-концентраторы / В.Л. Качинский // Вестник МГУ. - 2013. - Сер. География.-№1. - С. 68-75.

2.Качинский, ВЛ., 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, ВЛ., 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.

Тезисы основных докладов:

4.Костюк, Д.Н., Качинский, ВЛ., Геннадиев, А.Н. Техногенная трансформация почв территории Коровинского газоконденсатного месторождения (Малоземельская тундра) / Д.Н. Косгкж, В.Л. Качинский, А.Н. Геннадиев // Материалы докладов конференции «Ресурсный потенциал почв -основа продовольственной и экологической безопасности России». - СПб (1-4 марта, 2011): Издательство дом Санкт-Петербургского государственного университета.- 2011. - С. 415-416.

5. Костюк, Д.Н., Качинский, ВЛ. 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, 2011 г): Коми научный центр УРО РАН. - 2011.- С. 172-174.

6.Качинский, ВЛ., 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, ВЛ. Влияние природных факторов на поведение битуминозных веществ в почвах острова Большой Ляховский (архипелаг Новосибирские острова) / В.Л. Качинский // Материалы пятой международной научной

образование». - СПб (19-24 ноября, 2012 г.): Издательство дом Санкт-Петербургского государственного университета. - 2012. - С. 125-128.

8.Каминский, B.JI. Особенности миграции и аккумуляции техногенных углеводородов в почвах арктотундровых ландшафтов (архипелаг Новосибирские острова) / B.J1. Каминский // 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.Каминский, B.JI., 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. 112116.

11.Kachinskiy, V. Technogenic hydrocarbons in arctic tundra soils of the island Bolshoy Liakhovsky (Novosibirskie islands) /V. Kachinskiy // Abstract of Book of the International conférence BCD 2013. Biochars, Composts, and Digestates Production, Characterization, Régulation, Marketing, Uses and Environmental Impact. - Bari, October 17-20. - 2013 - PS4.2.05.

Подписано в печать 04.04.201<Т. Формат 60x90/16 Объём 1 условный печ. л. Тираж 100 экз. Отпечатано в копицентре « СТ ПРИНТ » Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус, e-mail: globus9393338@yandex.ru тел.: 8 (495) 939-33-38

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Качинский, Владимир Леонидович, Москва

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Географический факультет

ТЕХНОГЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В ПОЧВАХ АРКТОТУНДРОВЫХ ЛАНДШАФТОВ ОСТРОВА БОЛЬШОЙ ЛЯХОВСКИЙ

(НОВОСИБИРСКИЕ ОСТРОВА)

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

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

На правах рукописи

04201457732

Качинский Владимир Леонидович

Научный руководитель: д.г.н., проф. Геннадиев А.Н.

Москва-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................................4

Глава 1. Существующие представления о свойствах техногенных

углеводородов и их поведении в почвах различных ландшафтов...............12

1.1 .Особенности состава техногенных углеводородов...............................12

1.2.Самоочищение почв от техногенных углеводородов.............................15

1.2.1. Физико-химическая и микробиологическая деградация техногенных углеводородов в почвах........................................................................16

1.2.2. Рассеяние техногенных углеводородов в почвах с водными потоками...20

1.2.3. Закрепление техногенных углеводородов на геохимических барьерах в почвах...........................................................................................22

Глава 2. Физико-географическая характеристика острова Большой

Ляховский....................................................................................26

2.1. Геолого-геоморфологические условия.............................................26

2.2. Климатические условия..........................................................................31

2.3 .Растительность.............................................................................34

2.4. Геокриологические условия...........................................................36

2.5. Характеристика почв..............................................................................39

Глава 3. Объекты и методы исследований...............................................44

3.1. Объекты исследований.................................................................44

3.2. Методика химико-аналитических работ и обоснование системы диагностических показателей поведения техногенных углеводородов в почвах...........................................................................................50

Глава 4. Общая характеристика техногенных изменений почв острова Большой Ляховский.........................................................................57

4.1. Морфологические техногенные изменения почв.................................57

4.1.1. Свойства фоновых почв..............................................................57

4.1.2. Свойства техногенно-трансформированных почв......................................59

4.2. Уровень и характер углеводородного загрязнения почв........................66

4.3. Содержание органического углерода в почвах....................................69

поллютантов.......................................................................................................73

5.1. Распределение гексановых битумоидов в профилях почв в связи с геохимическими барьерами и криогенными процессами............................73

5.2. Профильное распределение гексановых битумоидов в почвах различного гранулометрического состава..............................................................83

5.3. Вертикальная дифференциация почв по содержанию метаново-нафтеновых и нафтеновых углеводородов..............................................................85

5.4. Радиальное распределение индивидуальных «-алканов в почвах.............92

Глава 6. Распределение техногенных углеводородов в почвенно-геохимических сопряжениях...........................................................................106

6.1. Распределение гексановых битумоидов в почвенно-геохимических сопряжениях.................................................................................106

6.2. Дифференциация почвенно-геохимических сопряжений по содержанию метаново-нафтеновых и нафтеновых углеводородов...............................118

6.3. Латеральное распределение индивидуальных н-алканов в почвах..........123

Глава 7. Количественная оценка степени трансформации техногенных углеводородов в почвах в связи с их свойствами.................................126

7.1. Техногенные углеводороды в почвах с различными условиями аэрации.. 127

7.2. Техногенных углеводороды в почвах при разной глубине залегания кровли многолетней мерзлоты.....................................................................131

7.3. Техногенные углеводороды в почвах в зависимости от состава и содержания органических поллютантов................................................133

7.4. Техногенные углеводороды в почвах в различных физико-географических условиях.....................................................................................................136

Выводы................

Список литературы Приложения..........

.140 144 160

Введение

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 (Красовская, 1999). Основной депонирующей средой в ландшафтах, принимающей на себя техногенные углеводороды (ТУ В), являются почвы. В результате углеводородного загрязнения происходит как трансформация самих почв (Shaver, G.R., Giblin, А.Е et al., 2006; Шамраев, Шорина, 2009), так и органического загрязнителя. Широкий спектр этих вопросов рассматривался исследователями при изучении почв, загрязненных ТУ В. 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 воздействие углеводородного загрязнения на почвы арктотундровых территорий и они считаются наиболее уязвимыми, характеризуясь низким потенциалом самоочищения от углеводородных поллютантов.

В 60-х гг. XX в. на различных архипелагах и островах Российского арктического сектора (арх. Земля Франца Иосифа, Новая Земля, Новосибирские острова, остров Врангеля и др.) значительно усилилось техногенное давление на природную среду. В этих районах были созданы объекты инфраструктуры (военные базы, аэропорты, метеорологические станции и др.), куда осуществлялся массовый завоз нефтепродуктов для работы техники и отопления. Вплоть до 90-х гг. экосистемы этих территорий постоянно подвергались загрязнению ТУВ. В настоящий момент здесь существует множество техногенно-трансформированных в результате углеводородного загрязнения участков, а также хозяйственных заброшенных объектов: многочисленные скопления бочек с остатками нефтепродуктов,

котельные, локаторные станции и др. Загрязненные объекты на этих территориях необходимо инвентаризировать, их воздействие на окружающую среду должно быть изучено для разработки научных основ рекультивации арктотундровых почв. В некоторых районах, например на арх. Земля Франца Иосифа, уже началась рекультивация территорий, проведено сжигание оставленного топлива, компостирование бочек с нефтепродуктами на месте с дальнейшим вывозом утилизированного материала (рис. 1).

Рис. 1. Рабочий момент компостирования бочек на арх. Земля Франца Иосифа

Следует особо подчеркнуть, что ландшафтные условия арктической тундры, заключающиеся в крайне малом количестве атмосферных осадков, очень низких температурах и коротком периоде сезонного протаивания почв, не способствуют их самоочищению от углеводородов (УВ). В этой связи важна оценка ландшафтного воздействия арктотундровых природных условий на геохимические особенности поведения ТУВ в почвах.

Полевые данные для настоящего исследования были собраны в ходе экспедиции Русского географического общества на архипелаг Новосибирские острова в августе-сентябре 2012 года. В пределах архипелага заброшенные объекты хозяйственной инфраструктуры широко распространены на островах Большой Ляховский (полуостров Кигилях, мыс Шалаурова), Котельный (метеостанция Санникова, аэропорт Темп), Жохова (аэропорт) и прибрежной

части полуострова Бунге (рис. 2). В качестве объектов исследования были выбраны 4 ключевых участка на полуострове Кигилях (остров Большой Ляховский): 1 - фоновый и 3 - в той или иной степени техногенно-трансформированных в результате углеводородного загрязнения в различных ландшафтных условиях.

Остров&Де-Лонгаь

О, ,__. w НИИ 1(1,.

. КоХ£ЛЬНЬ1И

— / 4 О. ЖоховсР

/ SLJs. о s»—. *

| ■ кмич

ОахнилолоХ^, _ . ш— Hß—тшыл'

» , Земля Бунге

' ' О. Новая Сифирь

t V- C riU. . f

^£222 IKUIukmEU о

"r " *а - ли. а.

П.-ов Кигилях

i.SuJiiNCui

jyjjjic Шалаурова

Большой Ляховский

Условные обозначения: уровень техногенного воздействия ^ - сильный ® - слабый (Инвентаризация..., 2010)

Рис. 2. Картосхема расположения объектов инфраструктуры на архипелаге Новосибирские острова

Изучение фоновых арктотундровых ландшафтов архипелага Новосибирские острова началось в 1897 г. с полярной экспедиции Толля. Позднее здесь работали такие исследователи как В.Д. Александрова (1971), H.H. Романовский (1959), H.A. Караваева (1963, 1965), В.О. Таргульян (1963) и другие. Оценка углеводородного загрязнения почв территорий этого

архипелага началась недавно - только в 2010 г организацией «Фонд полярных исследований «Полярный фонд» (Инвентаризация источников..., 2010).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

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

5. Сравнить факторы трансформации и поведение ТУВ в почвах арктотундровых, южнотундровых и сред нетаежных ландшафтов.

Работа состоит из 7 глав, введения и заключения, списка литературы и 9 приложений. В первой главе приводится литературный обзор, посвященный характеристике свойств компонентов загрязняющих углеводородных веществ и особенностям их поведения в почвах различных ландшафтов. Во второй главе дается характеристика физико-географических условий объектов исследования. Третья глава посвящена рассмотрению объектов, методов исследования и обоснованию системы диагностических показателей поведения ТУВ в почвах. В четвертой главе показаны особенности техногенных изменений в арктотундровых почвах. В пятой и шестой главах характеризуются геохимические особенности и анализируются факторы

радиальной и латеральной дифференциации почв по содержанию различных компонентов углеводородных загрязнителей в связи с ландшафтными арктотундровыми условиями и свойствами органических поллютантов. В этих же главах приводятся данные, полученные автором для почв среднетаежных и южнотундровых ландшафтов, которые сравниваются с почвами арктотундровых ландшафтов. В шестой главе количественно оценивается степень трансформации ТУВ в изученных почвах в связи с различными ландшафтными факторами и свойствами органических поллютантов. В заключении приводятся выводы на основе проведенной работы.

На защиту выносятся следующие положения:

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 ТУ В мигрируют интенсивнее.

3. Приуроченность латерального потока ТУВ к приповерхностным или надмерзлотным горизонтам почв определяется конкретными геокриолитологическими и геоморфологическими условиями. Более подвижные метаново-нафтеные 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.

Апробация работы: материалы диссертационной работы доложены на заседаниях кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (в период 2011-2013 г.г.). Основные положения работы были включены в доклады на следующих конференциях: «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011); XVIII Всероссийская 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» (Санкт-Петербург, 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, compostsanddigestates. Production, characterization, regulation, marketing, uses and environmental impact» (Бари, Италия, 2013).

лаборатории углеродистых веществ биосферы географического факультета МГУ за внимательное отношение и конструктивные замечания к работе. Автор искренне благодарит к.б.н. Ю.А. Завгороднюю

Информация о работе

Качинский, Владимир Леонидович
кандидата географических наук
Москва, 2014
ВАК 25.00.23

Диссертация

Техногенные углеводороды в почвах арктотундровых ландшафтов острова Большой Ляховский - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы