СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СЕРЫВ ФОНОВОМ И ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОМ БОЛОТАХ[3] Л. В. Карпенко

Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, Красноярск, karp@ksc.krasn.ru

Приводится сравнительный анализ содержания тяжелых металлов и серы в торфах фонового и техногенно загрязненного болот.

Исследования проводились в районе сильного воздействия аэротехногенных выбросов ОАО ГМК «Норильский никель», который относится к третьей зоне нарушенности [1].

В геоморфологическом отношении территория исследований представляет собой низменную аккумулятивную равнину водно-ледникового генезиса, подверженную устойчивым неотектоническим опусканиям (так называемая Норильская котловина), по которой протекает р. Рыбная. Фоновые высоты составляют 60-100 м и последовательно нарастают к югу. Поверхность в целом плосковолнистая, с преобладающими уклонами 0-1°.

Почвы преимущественно легкосуглинистого или супесчаного гранулометрического состава. Повсеместно распространена мерзлота, которая залегает на глубине в среднем 0,5-0,6 м и играет роль водоупора. По этой причине, несмотря на облегченный состав почвообразующих пород, равнинные участки поверхности с малыми уклонами дренируются недостаточно и почти сплошь заболочены.

В ботанико-географическом отношении - это подзона равнинных лесотундр. Соответственно, главные зональные компоненты растительности здесь - низкопродуктивные леса северотаежного облика и мохово-лишайниковые тундры. По причине ослабленной дренированности территории характерными элементами ландшафта являются также мерзлые мохово-лишайниковые болота, образующие обширные комплексы с тундрами и лесными рединами.

Объектом наших исследований являлось низинное травяно-моховое болото, залегающее в неглубокой водораздельной депрессии на первой надпойменной террасе р. Рыбной. Его обследование в полевых условиях проводилось традиционными методами. Для установления уровня загрязнения болотной экосистемы тяжелыми металлами и серой в различных элементах микрорельефа болота были взяты образцы торфа на глубине 0-5 и 5-10 см.

Микрорельеф болота образуют плоские торфяные бугры с мерзлым минеральным ядром, мочажины различной степени увлажнения, микроповышения (остатки деградированных сфагновых гряд, состоящие из собственно бугра, валиков и пятен «выливания»), пятна торфа, почти лишенные растительного покрова («голый» торф) и многочисленные озера. Приводим краткое описание растительности болотных комплексов.

Естественный растительный покров плоских торфяных бугров сильно нарушен. Куртинами встречаются низкорослый багульник (Ledum decumbens) и кассандра (Chamaedaphne calyculata). На отдельных кочках и бугорках растут злаки: вейник (Cala- magrostis langsdorffii, C. neglecta), овсяница овечья (Festuca ovina) и алтайская (F. altaica), мятлик (Poa palustris), зубровка (Hierochloe spp.). В микропонижениях встречаются морошка (Rubus chamaemorus), водяника (Empetrum nigrum), звездчатка (Stellaria spp.), хвощ

полевой (Equisetum arvense). Степень покрытия плоского торфяного бугра травянистой растительностью - sp.-sol. Мохово-лишайниковый покров на поверхности бугров отсутствует.

Растительность мочажин с открытой водной поверхностью образована мощными зарослями пушиц: многоколосковой (Eriophorum polystachyon L.), Шейхцера (E. scheuchzeri) и рыжеватой (E. russeolum). Рыхлый моховый ковер, имеющий характер сплавин, на 100 % переплетенных талломами Cephalozia connivens.

В растительном покрове сухих мочажинах доминируют осоки кругловатая (Carex rotundata) и прямостоячая (C. stans). Редко встречаются пушица, вейник, хвощ, морошка, багульник. Степень покрытия мочажин растительностью не более sol.-sp.

Древесный ярус деградированных моховых гряд представлен единичными сухими мертвыми лиственницами. Поверхность гряд устлана отбеленными отмершими остатками ив и кустарничковой березы. Здесь изредка произрастают низкорослая морошка и багульник, имеющие красно-фиолетовые и оранжевые листья.

На валиках, окаймляющих пятна выливания, доминируют низкорослые ивы. Из травянистой растительности редко произрастают пушицы, вейник, хвощ, осоки, мытник болотный (Pedicularis palustris) и нардосмия (Nardosmia frigida). На пятнах «выливания» встречаются хвощ, пушица, вейник, осоки, мытник, соссюрея (Saussurea parvifolia), кипрей (Epilobium palustre). Степень покрытия растениями не превышает sp.-sol.

Пятна «голого» торфа заняты редко растущей пушицей рыжеватой и Шейхцера, осоками вздутой, плетевидной и прямостоячей и сильно деградированными зелеными мхами. По краям пятен имеются валики из торфа, на которых растут вейник незамечаемый, овсяница овечья, мятлик арктический. Болотные кустарнички достигают в высоту не более 3-5 см, степень проективного покрытия - sol. Они имеют распластанную форму кустов, листья пожухлые, красно-фиолетового цвета. Деградированный моховый покров по окрайкам пятен образован Drepanocladus aduncus, D. lycopodioides, Meesia triquetra.

Таким образом, геоботаническое обследование болота свидетельствует, что из растительного покрова полностью выпали лиственница, кустарничковая береза, ивы, сфагновые мхи и лишайники, значительно поражен листовой аппарат морошки. Токсический эффект проявился и в изменении структуры растительного покрова мерзлых бугров пучения - здесь широкое развитие получили несвойственные гидроморфным ландшафтам злаковые группировки.

Характеристика торфяной залежи. Торф на грядах и буграх, лишенный естественной растительности, сильно минерализован, засорен древесными остатками отмерших болотных кустарничков и лиственницы. Он сухой, имеет слоистую структуру, слабо связан с нижележащим слоем. Происходит интенсивное разрушение торфа в мочажинах, о чем свидетельствуют пятна «голого» торфа.

Торфяная залежь маломощная, не превышает 0,5 м. Верхние и средние слои сложены низинными гипновым и осоковым видами торфа, в основании залежи залегают древесно-травяной и древесно-осоковый торфа. Влажность торфа варьирует слабо - 78,5 %, увеличиваясь с глубиной залежи. Степень разложения торфа низкая и колеблется по слоям от 3,0 до 17,0 %. Торф отличается повышенной зольностью - от 12,5 до 36,5 %, а, следовательно, и высоким объемным весом - 0,45-0,90 г/см3. На отдельных участках болота он сильно минерализован, о чем отмечалось выше и его зольность аномальна для торфов - 46,0-62,0 %.

Сравнительный анализ содержания в торфе тяжелых металлов и серы. Как следует из таблицы 1, максимальная аккумуляция всех исследованных химических элементов отмечается в поверхностном (0-5 см) слое торфа, причем их концентрация, в зависимости от микрорельефа, сильно варьирует: по меди - от 121,9 до 869,5; по никелю - от 181,0 до 1641,0; по кобальту - от 14,7 до 48,7; по свинцу - от 8,8 до 26,6. В нижележащем слое торфа (5-10 см) концентрация почти всех химических элементов значительно уменьшается.

Максимальное количество всех элементов содержится в образцах торфа, отобранных из пятна «голого» деградированного торфа: меди - 869,5, никеля - 1365,9, кобальта - 48,7 и свинца 26,6 мг/кг. Немного менее загрязненными являются образцы торфа, отобранные из сухой мочажины, где концентрации меди, никеля, кобальта и свинца равны, соответственно, 705,3; 1641,0; 38,2 и 18,6 мг/кг. Третье место по содержанию техногенных поллютантов занимает мочажина с открытой водной поверхностью, где в торфе содержится меди - 610,9; никеля - 1286,9; кобальта - 26,8; свинца - 23,7 мг/кг.

Степень техногенного загрязнения образцов торфа, отобранных из сухой деградированной моховой гряды и плокобугристого комплекса, намного ниже по сравнению с вышеперечисленными элементами микрорельефа болота. Так, в торфе из деградированной моховой гряды концентрация меди составляет 193,5; никеля - 309,6; кобальта - 15,6; свинца - 8,8 мг/кг.

Коэффициент рассчитывался по формуле: Кс = Ci / Сф, где Ci - концентрация i-го химического элемента в исследуемом объекте, Сф - фоновое содержание элемента.

Так как на данный момент нет сведений о ПДК тяжелых металлов и серы в торфах исследованной территории, для анализа загрязнений мы применили коэффициент техногенной концентрации химического элемента - Кс, который характеризует степень его концентрирования в техногенно загрязненном болоте (долина р. Рыбная) относительно фонового содержания. В качестве фона приняли содержание исследуемых элементов в торфе болота, расположенного в долине р. Горбиачин, территории, значительно удаленной от источника выбросов (см. табл. 1).

Как следует из табл. 1, варьирование коэффициента концентраций по меди в поверхностных слоях торфа (0-5 см) на различных элементах микрорельефа болота составляет от 13,1 до 93,5 раз, а в слое 5-10 см величины превышений намного меньше - 0,7-14,8 раз. Превышения коэффициентов концентрации по никелю в поверхностном слое торфа варьируют от 24,8 до 224, 8 раз; в слое 5-10 см - от 2,6 до 75,5 раз. Коэффициент техногенной концентрации по кобальту показывает, что содержание элемента в слое торфа 0-5 см превышает фон в 6,1-20,3 раза, а в слое 5-10 см - в 1,1-9,2 раза. На двух элементах микрорельефа болота коэффициент концентрации свинца ниже фона - в торфе из плоскобугристого комплекса и из сухой деградированной моховой гряды - 0,4-0,5 раз. На остальных микрокомплексах превышение над фоном составляет 1,9-4,8 раз.

В загрязнении болот, как и всей природы северной тайги и лесотундры Красноярского севера, большую роль играют выбросы НГМК оксидов и диоксидов серы. Диоксид серы составляет около 95 % отходящих газов предприятий комбината [2].

Далее рассмотрим уровень концентрации техногенного загрязнения торфяных почв валовой серой, сравнивая его с фоном (содержанием серы в торфе болота «Горбиачин»).

В слоях торфа, расположенных на глубине 5-10 см, содержание серы и коэффициент концентрации значительно меньше. В образцах торфа, отобранных из плоского торфяного бугра и сухой деградированной моховой гряды содержание валовой серы ниже фона и коэффициент техногенной концентрации ниже единицы. Это можно объяснить тем, что торф этих элементов микрорельефа подвергся значительной деградации с глубоким разрушением органического вещества, что привело к снижению его способности поглощать серу.

Таблица 1

Валовое содержание элементов в торфе, мг/кг (числитель)

и коэффициент техногенной концентрации

знаменатель) в зависимости микрорельефа болота

Таблица 2

Валовое содержание серы в торфе, мг/кг из различных микроэлементов болота (числитель)

и коэффициент техногенной концентрации (знаменатель)

Таким образом, установлено, что торф, взятый на анализ из разных микрокомплексов болотной экосистемы «Рыбная», сильно загрязнен медью, никелем, кобальтом и свинцом. Наименее устойчивыми к такому загрязнению оказались дренированные участки болота - плоские торфяные бугры и сухие деградированные моховые гряды, о чем свидетельствуют прерывисто-куртинный характер травяно-кустарничкового покрова, бедный флористический состав и визуально заметные признаки поражения гидроморфной растительности. Торфообразование здесь полностью прекратилось.

Мочажины с избыточным и достаточно хорошим увлажнением, несмотря на явные критические нагрузки, не дают видимой реакции на повышенное содержание в торфе техногенных поллютантов, о чем свидетельствует визуальная оценка состояния их растительности. Ранее также отмечалось [3], что в болотах из-за накопленной в них полуразложившейся органики не происходит ухудшения произрастания растительности из-за увеличения антропогенного пресса.

Литература Пристяжнюк С. А. Оценка состояния растительного покрова методами лихеноиндикации (на примере Севера Средней Сибири) // Сиб. экол. журн. - 2008. - № 3. - С. 407-415. Большой Арктический заповедник/ Е. Е. Сыроечковский, В. Б. Куваев [и др.] // Заповедники России. Заповедники Сибири. - М.: Логата, 2000. - С. 56-81. Арманд А. Д., Кайданова В. В., Кушнарева Г. В., Добродеев В. Г. Определение пределов устойчивости геосистем на примере окрестностей Мончегорского металлургического комбината //Известия Акад. наук. Сер. геогр. - 1991. - № 1. - С. 93-104.

THE CONTENTS OF HEAVY METALS AND SULFUR

IN BACKGROUND AND TECHNOGENIC POLLUTED BOGS

L. V. Karpenko

The comparative analysis of the contents of heavy metals and sulfur in peats background and technogenic polluted bogs is resulted. A source of pollution - Open Society GMK «Norilsk nickel».