WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

ТРАНСФОРМАЦИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЧВ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Автореферат докторской диссертации

 

На правах рукописи

Копцик Галина Николаевна

ТРАНСФОРМАЦИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ почв

ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Специальность 03.02.13 - почвоведение Специальность 03.02.08 -экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва, 2012


Работа выполнена на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты:

Мотузова Галина Васильевна, доктор биологических наук, профессор, факультет почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, профессор

Капелькина Людмила Павловна, доктор биологических наук, профессор, Научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, главный научный сотрудник

Сапожников Петр Михайлович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Почвенный институт им. В.В. Докучаева, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация:

Полярно-Альпийский Ботанический Сад-Институт им. Н.А. Аврорина КНЦ РАН

Защита диссертации состоится « 29 »     мая      2012 года в 15 час. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, д. 1, стр. 12, факультет почвоведения, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «       »                              2012 г.


Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук


4ЈbO*L


А. С. Никифорова


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние десятилетия важным фактором деградации лесных экосистем планеты признано атмосферное загрязнение (Ковда, 1985; Смит, 1985; Израель и др., 1989; Ulrich, 1989; van Breemen, 1990; The global exposure..., 1999; Vallack et al., 2001). Всемирно известны катастрофические последствия загрязнения вблизи предприятий цветной металлургии в Садбери (Канада), Дактауне (США), Квинтеросе (Чили), Квинстауне (Автралия), Ашио (Япония), Карабаше (Россия) и др. (Udachin et al., 2003; Kozlov, Zvereva, 2007).

Почва служит приемником большинства техногенных веществ, вовлекаемых в биосферу, их главным аккумулятором и регулятором миграции (Глазовская, 1978; 1997, 1999; Микроэлементы..., 1981; Добровольский, Гришина, 1985; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Добровольский, Никитин, 1990; Соколова и др., 1991; 2001; Мотузова, 1999, 2000; 2001). Являясь геохимическим барьером на пути миграции поллютантов, почва предохраняет сопредельные среды от загрязнения. Однако возможности почвы как буферной системы не безграничны. Аккумуляция поллютантов и продуктов их превращения в почве может сопровождаться ее деградацией и токсичным воздействием на фито-, зоо-, микробоценозы, грунтовые и поверхностные воды, приземные слои атмосферы.

Проблема атмосферного загрязнения особенно актуальна для лесных экосистем Кольского полуострова, формирующих северный предел распространения древесной растительности. Основные загрязнители - горно-металлургические комбинаты (ГМК) «Печенганикель» и «Североникель», крупнейшие в Европе источники выбросов диоксида серы (S02) и тяжелых металлов (ТМ), преимущественно Ni и Си, в атмосферу. Первые признаки повреждения экосистем в окрестностях ГМК «Североникель» были отмечены в середине 1960-х годов, а систематические исследования начаты в 1970-е годы (Добровольский, 1972; Раменская, 1974; Дончева, 1978, Крючков, 1987; Крючков, Макарова, 1989). Оценка состояния лесных экосистем в окрестностях ГМК «Печенганикель» впервые была осуществлена в начале 1990-х годов в рамках российско-норвежского сотрудничества (Effect of Air Pollutants..., 1992, 1995).

Предпринятые в последнее время активные исследования экосистем Северной Фенноскандии (Лесные экосистемы..., 1990; Капелькина, 1993; Козлов и др., 1993; Евдокимова, 1995; Воздействие металлургических производств..., 1995; Лукина, Никонов, 1996, 1998; Ярмишко, 1997; Экологический атлас..., 1999; Кашулина, 2002, 2010; Черненькова, 1987, 2002; Лянгузова, 2010; Tommervik et al., 1993; Aamlid et al., 1995, 2000; Derome, Lindroos, 1998; Reimann et al., 1998; Steinnes et al., 2000; Arctic Pollution..., 2006) привели к накоплению обширного экспериментального материала, отражающего изменения свойств почв и биоценозов под воздействием атмосферного загрязнения. Однако многофакторность    воздействия,    многокомпонентный    состав    атмосферных

3


выбросов, сложный характер процессов взаимодействия почв с загрязняющими компонентами осадков, высокое природное варьирование, отсутствие длительных наблюдений за состоянием почв, различия методологических и методических приемов затрудняют обнаружение четких закономерностей. Количественная оценка трансформации и устойчивости почв, их роли в деградации лесных экосистем в условиях атмосферного загрязнения и реакции на сокращение выбросов далека от завершения. Необходимость ремедиации техногенных территорий ставит перед исследователями и практиками новые вопросы.

Цель работы - оценка трансформации и устойчивости почв как основы сохранения и восстановления лесных экосистем Кольской Субарктики в условиях атмосферного загрязнения серой и тяжелыми металлами.

Задачи исследований:

  1. Установить основные закономерности и особенности трансформации почв под воздействием атмосферного загрязнения.
  2. Изучить основные процессы и механизмы взаимодействия почв с поллютантами (протонами, серой, никелем и медью).
  3. Дать оценку и прогноз устойчивости почв лесных экосистем к кислотным выпадениям. Оценить современные экологические риски избыточного накопления тяжелых металлов в почвах.
  4. Проанализировать состояние лесных фитоценозов и роль почв в их техногенной дигрессии.
  5. Оценить    эффективность     ремедиации    техногенных    пустошей    и разработать рекомендации по дальнейшему восстановлению экосистем. Научная   новизна.    Дана   комплексная   оценка   состояния   почв   и

фитоценозов лесных экосистем в условиях многокомпонентного атмосферного промышленного загрязнения, основанная на системном подходе и включающая последовательные этапы теоретического обоснования, полевых и аналитических исследований и применения апробированных математических моделей.

Впервые на единой методологической основе оценена устойчивость почв по отношению к кислотным выпадениям и тяжелым металлам. Впервые в отечественном почвоведении оценены современные риски избыточного накопления тяжелых металлов путем сравнения их реальных содержаний в почвах с критическими, рассчитанными с помощью выведенных на основании экотоксикологических экспериментов зависимостей от свойств почв.

Впервые количественно охарактеризованы основные процессы, контролирующие поведение протонов, серы и тяжелых металлов в подзолах региона (выветривание, поглощение протонов, сульфатов и тяжелых металлов).

Впервые исследован состав почвенных растворов, извлеченных из фоновых и загрязненных подзолов с помощью вакуум-фильтрационного метода. Обнаружено увеличение миграционной активности органического вещества, калия,   натрия,   кальция,   магния,   марганца,   цинка,   кадмия,   свинца,   меди,

4


сульфатов, нитратов, хлоридов и, особенно, никеля в растворах под воздействием загрязнения. Низкий градиент концентрации сульфатов в почвенных растворах под ельниками связан с сокращением атмосферных выбросов ГМК «Североникель», что соответствует европейской тенденции восстановления природных вод в регионах с низкой сульфат-адсорбционной способностью.

Подчеркнута роль лесной подстилки как биогеохимического барьера на пути миграции протонов и тяжелых металлов в почвах. На основании полевых исследований и модельных экспериментов оценена буферная емкость подстилки по отношению к протонам, никелю и меди. Установлена постепенная потеря подстилкой барьерной функции с нарастанием загрязнения, проявляющаяся в проникновении металлов вглубь почв и сужении соотношения концентраций элементов в растворах из подстилок и иллювиальных горизонтов.

Впервые на основе сопряженных почвенно-геоботанических исследований и многопараметрического анализа показана роль техногенной трансформации свойств почв в деградации лесных фитоценозов, включая снижение их разнообразия и нарушения поглощения элементов растениями. Установлена количественная связь содержания тяжелых металлов в органах сосны и ели с содержанием доступных соединений металлов в почвах. Дана сравнительная оценка аккумуляции тяжелых металлов в древостоях сосновых и еловых лесов и в почвах.

Впервые на основе 20-летних исследований выявлены закономерности пространственно-временной динамики аккумуляции тяжелых металлов в почвах и растениях сосновых и еловых лесов в связи с сокращением атмосферных выбросов комбинатов «Печенганикель» и «Североникель».

Защищаемые положения:

К защите представляется общая концепция устойчивости почв по отношению к поллютантам как основы сохранения, поддержания и восстановления экосистем в условиях длительного многокомпонентного атмосферного промышленного загрязнения, включающая следующие положения:

  1. Доминирующие в почвенном покрове автономных ландшафтов Кольского полуострова маломощные иллювиально-железистые/гумусовые подзолы сохраняют основные свойства, типичное строение профиля и классификационную принадлежность в условиях атмосферного промышленного загрязнения. Трансформация свойств почв под прямым и косвенным воздействием поллютантов проявляется в накоплении тяжелых металлов, обеднении элементами питания и органическим веществом и, в конечном итоге, приводит к деградации подзолов в абраземы альфегумусовые на техногенных пустошах.
  2. Маломощные подзолы характеризуются низкой устойчивостью к подкислению в связи с низкой скоростью выветривания - единственным долговременным источником оснований в почвах, низкой сульфат-адсорбционной способностью, низкими запасами обменных оснований. Для

5


предотвращения антропогенного подкисления необходимо 90% сокращение выбросов диоксида серы в атмосферу по сравнению с уровнем 1990 г.

3.     Низкая буферность подзолов по отношению к тяжелым металлам определяет

их высокую подвижность, биологическую доступность и токсичность. Ана

лиз современных экологических рисков на основании зависимости

критических содержаний тяжелых металлов от свойств почв свидетельствует

об избыточном накоплении никеля и, особенно, меди в отношении

биоразнообразия и функционирования наземных экосистем Кольского п-ова.

Развит подход к нормированию содержания тяжелых металлов и рассчитаны

их критические уровни в органогенных и минеральных горизонтах,

дифференцированные в зависимости от свойств почв.

  1. Поведение основных поллютантов - протонов, серы, никеля и меди в подзолах обусловлено спецификой элементов, уровнем поступления и свойствами почв, в первую очередь, кислотностью, содержанием органического вещества и оксалаторастворимых соединений алюминия и железа, контролирующих процессы сорбции, ионного обмена и осаждения/растворения.
  2. Лесная подстилка является важным биогеохимическим барьером, эффективно связывающим поллютанты и препятствующим их проникновению вглубь почвы и в сопредельные среды. Под воздействием сильной техногенной нагрузки защитные функции подстилки ослабляются вплоть до полной утраты.
  3. В сочетании с экстремальными климатическими условиями и прямым воздействием атмосферных поллютантов техногенная трансформация почв -важный фактор дигрессии лесных экосистем на северном пределе их распространения. Среди почвенных свойств содержание в подстилке доступных соединений тяжелых металлов и обеспеченность ее элементами питания вносят определяющий вклад в сохранение и восстановление разнообразия и функционирования экосистем.

Практическая значимость. Развита методология и методы оценки состояния почв как компонентов лесных экосистем в условиях интенсивного атмосферного загрязнения. Оценена степень техногенной трансформации почв Кольского п-ова. Предложен подход к оценке устойчивости почв к тяжелым металлам и нормированию их содержания в зависимости от свойств почв. Дан прогноз изменения состояния почв в условиях различных сценариев сокращения атмосферных выпадений. Уточнены рекомендации по проведению экологического мониторинга в условиях атмосферного загрязнения. Разработаны рекомендации по коррекции технологии хемо-фитостабилизации загрязненных тяжелыми металлами почв. Материалы исследований вошли в отчеты по НИР факультета почвоведения МГУ, ИГКЭ РАН, ЦЭПЛ РАН, ВНИИ охраны природы, по программам межфакультетского сотрудничества МГУ, «Университеты России», Минприроды, Кольской ГМК. Результаты исследований включены в учебные пособия «Трансформация органического вещества почв» (1990), «Организация и

6


проведение почвенных исследований для экологического мониторинга» (1991), «Почвенно-экологический мониторинг» (1994), «Принципы и методы оценки устойчивости почв к атмосферным кислотным выпадениям» (1998) и использованы при проведении практик студентов факультета почвоведения и биологического факультета МГУ, выполнении дипломных и аспирантских работ.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены более чем на 40 научных конференциях, симпозиумах, съездах. Среди них - всероссийские съезды почвоведов (Санкт-Петербург, 1996; Суздаль, 2000, Ростов-на-Дону, 2008), Ломоносовские чтения (МГУ, 1997, 2002), всероссийские и международ-ные конференции: Проблемы устойчивости биологических систем (Харьков, 1990), Растения и промышленная среда (Днепропетровск, 1990), Norwegian-Russian Symposium (Svanvik, 1992, 1994), EERO Symposium on Chemical Risk Assessment (Moscow, 1994), Acid Reign 1995 (Goteborg, 1995), 10th World Clean Air Congress (Helsinki, 1995), ICEP-3 (Budapest, 1996), Biogeochemistry of Trace Elements (Berkeley, 1997; Uppsala, 2003), Environmental Pollution in the Arctic (Tromso, 1997; Rovaniemi, 2002), Криопедология'97 (Сыктывкар, 1997), Экология таежных лесов (Сыктывкар, 1998), Fourth IUFRO Division 8 Conference (Kyoto, 1998), 10th ISCO Conference (West Lafayette, Indiana, 1999), Экологический мониторинг лесных экосистем (Петрозаводск, 1999), Acid Rain 2000 (Tsukuba, 2000), Annual Meeting of ASA, CSSA and SSSA (Charlotte, NC, 2001), Nickel Conference (Murmansk, 2002), Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям (Москва, 2002), Eurosoil (Freiburg, 2004; Vienna, 2008), Современные проблемы загрязнения почв (Москва, 2004, 2007, 2010), Acid Deposition (Prague, 2005), Современные экологические проблемы Севера (2006), 10th Congress of CSSS (Sibe-nik, 2006), Mining and the Environment (Sudbury, 2007), Soil and Wetland Ecotoxico-logy (Barcelona, 2007), Soil Processes under Extreme Meteorological Conditions (Bay-reuth, 2007), TIES 2007 (Mikulov, 2007), Pedometrics 2007 (Tuebingen, 2007), Реме-диация загрязненных почв: проблемы, перспективы, инновации (Москва, 2008), Экологические проблемы Северных регионов и пути их решения (Апатиты, 2008), BOSICON 2009 (Rome, 2009), Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства (Краснодар, 2010), География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов (Пу-щино, 2010), Опыт иностранных и российских компаний в сфере рекультивации техногенных территорий (Заполярный, 2010), Экология мегаполисов: фундаментальные основы и инновационные технологии (Москва, 2011), Охрана окружающей среды и промышленная деятельность на Севере (Норильск, 2011), заседаниях кафедры общего почвоведения факультета почвоведения МГУ (2004, 2011).

Личный вклад автора. Диссертация представляет законченную научно-исследовательскую работу, опирающуюся на полученные лично автором или под ее руководством результаты. Основой диссертации являются материалы, собранные при выполнении плановых работ по темам НИР кафедры общего почвоведе-

7


ния факультета почвоведения МГУ (1991-2012), в рамках российско-норвежского сотрудничества в области охраны окружающей среды (1991-95), ГНТП «Экологическая безопасность России» (1993-94), EERO (1994-95), ФЦП «Интеграция», по проектам РФФИ (1996-98, 2002-04, 2005-07, 2008-10, 2011-13), НАТО (1995, 1996-98), NWO-РФФИ (2002-05), ИНТАС (2002-05), Научного Совета Норвегии (1996), FP6 ЕС (2005-08), договору с ОАО «Кольская ГМК» (2010-12).

Благодарности. Автор глубоко благодарен своему первому учителю профессору Л.А. Гришиной, привившей интерес к почвенно-экологическим исследованиям и определившей формирование научного мировоззрения. Автор сердечно благодарен своим учителям и коллегам Т.И. Евдокимовой, Т.А. Соколовой, Л.А. Воробьевой, А.С. Владыченскому, М.И. Макарову, С.Я. Трофимову, Н.П. Недбаеву, Е.А. Каравановой, Ю.А. Завгородней, М.М. Карпухину за поддержку, консультации и помощь в части экспериментальных исследований. Автор признателен коллективу кафедры общего почвоведения за доброжелательное отношение при выполнении работы. Искренняя благодарность зарубежным коллегам К. Venn, D. Aamlid, S. Teveldal, L. Strand (Норвежский институт леса и ландшафтов, Норвегия), A. Stuanes (Сельскохозяйственный университет Норвегии), W. De Vries, B.-J. Groenenberg (Университет и исследовательский центр Вагенингена, Нидерланды), S. Lofts (Центр окружающей среды Ланкастера, Великобритания), С. Alewell (Байройтский университет, Германия), G. Spiers (Лаврентьевский университет, Канада) за творческие дискуссии, обсуждение новых идей и полезные советы. Автор искренне признателен своим молодым коллегам и ученикам, СЮ. Ливанцовой, И.Е. Смирновой, И.В. Ермакову, Т.А. Щербенко, А.И. Захаровой, М.С. Кадулину, А.И. Бенедиктовой, всем студентам, в разное время внесшим свой неоценимый вклад в полевые и аналитические исследования. Эта работа не состоялась бы без постоянной поддержки, критических замечаний и всесторонней помощи СВ. Копцика.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 145 работ, из них 2 монографии, 4 главы в монографиях (3 в зарубежных), 64 статьи, их них 34 - в рецензируемых отечественных (26) и зарубежных (8) журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов, изложена на 384 страницах машинописного текста, включает список литературы из 498 наименований, 48 рисунков и 56 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЧВ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ С АТМОСФЕРНЫМИ ПОЛЛЮТАНТАМИ

Антропогенное поступление S02 в атмосферу и обусловленные им кислые осадки привели к подкислению почв и природных вод многих регионов планеты (Смит, 1985; Кислотные дожди, 1989; Кислотные осадки..., 1999; Reuss,

8


Johnson, 1986; Ulrich, 1989 и др.). Естественная кислотность лесных почв таежной зоны обусловлена в основном органическими кислотами, образующимися при разложения растительных остатков. Поступление из атмосферы минеральных кислот антропогенного происхождения приводит к подкислению почв, проявляющемуся в снижении рН, потере обменных оснований, мобилизации Al и ТМ и сопровождающемуся нарушением баланса минерального питания растений.

Сера - важный элементом минерального питания растений, однако, ее избыточное поступление сопровождается подкислением почв (Френей, Уильяме, 1983; Ulrich, 1989; Mitchell, Lindberg, 1992 и др.). Значительная часть сульфатов, поступающих с атмосферными осадками, сохраняет мобильность и активно мигрирует в почве (Фокин и др., 1982). Связывание поступающей из атмосферы серы почвенными компонентами - важнейший фактор регулирования потока сульфатов и ассоциированных катионов в почвах и их подкисления. Однако механизмы связывания и высвобождения серы и количественные аспекты ее миграции и аккумуляции в почвах остаются неясными.

Средняя техногенная нагрузка ТМ на сушу колеблется в пределах 0.1-10 мг/м2 в год (Ковда, 1985), а вблизи локальных источников их атмосферных выбросов превышает 100 мг/м2 (Sivertsen, Bekkestad, 1995). Характер и форма миграции и аккумуляции ТМ определяются как свойствами самих металлов, их реакционной способностью, характером соединений, так и условиями миграции -температурой, влажностью, величиной рН, Eh, наличием и составом органического вещества, минеральных компонентов и т.д. (Химия тяжелых металлов ..., 1985; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Обухов, 1990; Пинский, 1997; Мотузова, 1999; Водяницкий, 2010). К настоящему времени накоплено много экспериментальных данных по изменению содержания ТМ в почвах в окрестностях металлургических комбинатов (Решетников , 1990; Лукина, Никонов , 1996; Кашулина , 2002; Freedman, Hutchinson, 1980; Winterhalder, 1996; McMartin et al., 1999). Однако запасы, мобильность, биологическая доступность и токсичность металлов, роль подстилки в их аккумуляции в лесных почвах остаются недостаточно изученными. Работы по рекультивации техногенных ландшафтов (Капелькина, 1993; Махонина, 2003; Андроханов, 2005) посвящены, в основном, промышленным отвалам и редко - подверженным атмосферному загрязнению территориям.

При взаимодействии биосферы с загрязняющими веществами особая роль принадлежит почвам, т.к. их буферные свойства определяют не только степень изменения самих почв, но и количество поллютантов, поступающее в почвообразующие породы, грунтовые и поверхностные воды, в растения и пищевые цепи. Реакции, протекающие при взаимодействии почв с поллютантами, в значительной мере контролируют последствия атмосферных выпадений для экосистем и биосферы в целом. Однако вопросы количественной оценки устойчивости почв лесных экосистем по отношению к поллютантам остаются во многом нерешенными. Это особенно актуально это для индустриальных северных

9


регионов России, где интенсивный техногенный прессинг на фоне суровых природных условий, с одной стороны, и ограниченность экспериментальных данных, с другой, препятствуют проведению такого анализа.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Исследования проводили в лесных экосистемах Кольской субарктики в зонах влияния ГМК "Печенганикель" и "Североникель" (рис. 1). Зональные сосновые и еловые леса на северном пределе своего распространения характеризуются низкорослыми сильно разреженными древостоями, в напочвенном покрове преобладают лишайники, зеленые мхи и кустарнички. Почвообразующие породы представлены в основном сильно завалуненными несортированными моренными и сортированными флювиогляциальными отложениями легкого гранулометрического состава. В почвенном покрове автономных ландшафтов доминируют маломощные иллювиально-железистые и иллювиально-гумусовые подзолы.

Рис. 1. Расположение основных объектов исследования в зоне влияния ГМК «Печенганикель» и «Североникель». Концентрации SO2 и выпадения серы даны по «Экологический Атлас Мурманской области» (1999).

Вдобавок   к   суровым   климатическим   условиям   лесные   экосистемы северной Фенноскандии в течение более чем шести десятилетий испытывают

10


воздействие атмосферных выбросов ГМК «Печенганикель» и «Североникель», преобладающими компонентами которых являются SO2 и ТМ, преимущественно Ni и Си. По величине выбросов SO2 в атмосферу комбинаты занимают одно из первых мест в Европе и первое - в ее северной части (Barrett, Protheroe, 1995). Экологические проблемы в регионе обострились с начала 1970-х годов с переходом с местных сульфидных медно-никелевых руд с низким содержанием серы (6.5%), Ni (0.54%) и Си (0.25%, Mudd, 2010) на привозную норильскую руду, содержащую до 30% серы, 2.35% Ni и 2.7% Cu (Boyd et al., 2009). К середине 1980-х годов, периоду максимальной промышленной активности, ежегодные выбросы загрязняющих веществ (преимущественно SO2) в Мурманской области достигли почти 1 млн. т (Baklanov et al., 1994). Благодаря реконструкции производства выбросы SO2 были значительно сокращены и в настоящее время не превышают 108 (ГМК «Печенганикель») и 34 (ГМК «Североникель») тыс. т в год, снизившись на 58 и 85% по сравнению с уровнем 1990 г. Выбросы в атмосферу твердых веществ предприятиями Кольской ГМК составляют около 10 тыс. т/год, Ni и Си - 650 и 610 т/год соответственно. В настоящее время в результате резкого сокращения выбросов ГМК «Североникель» выпускает в атмосферу вдвое меньше твердых веществ, чуть больше Ni и втрое больше Си, чем ГМК «Печенганикель», сохранившем выбросы ТМ на прежнем уровне.

Основные поллютанты - Ni и Си - образуют аномалии регионального характера, охватывающие площадь в 100 000 км2; существенное загрязнение затрагивает ~65 000 км2 или 45% общей площади Мурманской области (Кашулина, 2002). В сочетании с суровыми природными условиями даже незначительные нагрузки загрязняющих веществ могут оказывать существенное воздействие на жизнедеятельность лесных экосистем.

Объектами исследования послужили экосистемы сосновых и еловых лесов, произрастающие на северной границе их ареала в автономных ландшафтах, как наиболее чувствительные к атмосферному загрязнению. Детально исследованы сосновые (13 участков мониторинга на расстоянии 8-77 км в южном направлении от ГМК «Печенганикель») и еловые (10 участков мониторинга на расстоянии 7-200 км в южном направлении от ГМК «Североникель») леса, развитые на иллювиально-железистых и иллювиально-гумусовых подзолах (рис. 1). Наряду с лесными экосистемами, находящимися на различных стадиях техногенной дигрессии (фоновые леса, стадия дефолиации, техногенные редколесья), исследованы техногенные пустоши на дерново-подзоле иллювиально-железистом и абраземах альфегумусовых до и после ремедиации вблизи источников загрязнения. Исследования проводили в течение 1991-2011 гг.

В работе применяли широкий спектр методов полевого и лабораторного исследования почв и растений. Состояние почв и фитоценозов лесных экосистем, техногенных пустошей и участков ремедиации оценивали на постоянных участках мониторинга размером 30·40 и 20·20 м с учетом пространственного варьиро-

11


вания. Взаимодействие почв и растений с поллютантами изучали в серии модельных экспериментов. В твердой фазе почв определяли гранулометрический, минералогический состав, содержание С, ?, S, аморфных (оксалаторастворимых) соединений Fй, Al и Мп, кислотность, катионообменные свойства, содержание адсорбированных (извлекаемых 0.02 М NaH^PO^ и водорастворимых сульфатов, экстрагируемых «царской водкой» (AR), потенциально доступных (0.43 М HNO3) и доступных (1 М CH3COONH4, 1 М NH4N03) соединений ТМ. Почвенные растворы извлекали с помощью вакуумного пробоотборника Rhizon. Для характеристики жидкой фазы почв использовали также водные вытяжки (почва: раствор 1:2), пропущенные через фильтры с размером пор 0.45 мкм. Озоление растений проводили концентрированной HNO3 при нагревании с добавлением 30% раствора Н2Ог. Аналитические методы включали кондуктометрию, потенциометрии-ческое титрование, колориметрию, пламенную фотометрию, атомно-абсорбционную спектроскопию, эмиссионную спектроскопию с индуктивно-связанной плазмой, ионообменную хроматографию. Анализы проводили в лабораториях факультета почвоведения МГУ и ИППЭС КНЦ РАН. При обработке результатов использовали методы описательной статистики, корреляционного, регрессионного и многопараметрического анализов, модель химического равновесия WHAM VI, процесс-ориентированные модели PROFILE и SMART.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА КИСЛОТНОСТЬ И КАТИОНООБМЕННЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Возможность подкисления подзолов Кольского п-ва под воздействием сильной кислотной нагрузки показана в серии модельных экспериментов. В длительном модельном эксперименте (рис. 2) почвенные колонки обрабатывали разбавленной H2S04 с рН от 5.7 (контроль) до 2.5, что соответствовало ежегодной кислотной нагрузке от 0.001 до 1.76 моль(+)/м2. Общее количество добавленных за 5 мес. «осадков» соответствовало 5-летней норме. Модельные осадки с рН 4.5 не изменяли свойства почв и почвенных растворов. 95-99% добавленных протонов удерживалось почвами и появлялось в фильтратах после периода, зависящего от кислотной нагрузки и мощности почвенных монолитов. Поглощение протонов сопровождалось выносом основных катионов, в первую очередь Са и Mg, свидетельствуя о вкладе катионного обмена в обеспечение буферности почв по отношению к кислотам. Воздействие имитированных кислых осадков приводило к снижению рН, количества обменных оснований и степени насыщенности, росту обменной кислотности и доли обменного Al в почвах. Поступление кислых осадков с рН 3.5 и 2.5 вызывало обеднение подстилок обменным Са на 21 и 31%, обменным Mg - на 19 и 23%; степень насыщенности основаниями снижалась с 30 до 7%. Потери обменных оснований в результате сильнокислой обработки (рН 2.5) превышали их исходное количество в почвах, видимо,   в  результате   перехода  необменных   форм   в  обменные   вследствие

12


ускоренного   выветривания   и  минерализации.   Наибольшие   изменения   были характерны для верхних горизонтов О и Е, наименьшие - для ВС.


Реакции поглощения протонов лесными почвами изучены в ходе двух модельных экспериментов: 1) непрерывного потенциометрического титрования водных вытяжки и суспензии до рН 3.0 и 2) доведения рН водной суспензии до 3.0 и поддержания его на этом уровне в течение 10 недель. Лесные подстилки обладают высокой буферной емкостью (26-65 ммоль(+)/кг) и полностью нейтрализуют современную кислотную нагрузку. Они поглощают поступающие в ходе потенциометрического титрования протоны за счет быстрых катионообменных реакций, необменного протонирования растворимых и нерастворимых органических соединений. Еще выше поглощение протонов (100-300 ммоль(+)/кг) подстилками в длительном эксперименте. Обладая высокой буферной емкостью, почти на порядок превышающей таковую минеральных горизонтов, подстилки являются важным барьером, предохраняющим минеральные горизонты от подкисления.

Подзолам сосновых лесов в зоне влияния ГМК «Печенганикель» свойственны низкие значения рН, повышенная обменная кислотность, низкие запасы обменных оснований и емкость катионного обмена (ЕКО, рис. 3). Подстилки отличаются максимальной кислотностью, рННго часто < 4.0. Обменная кислотность изменяется от 80 до 230 ммоль(+)/кг. В составе обменных катионов доминируют Н-ионы и обменные основания, преимущественно Са, в сумме занимающие от 65 до 95% обменных позиций (рис. 4). Оставшиеся обменные позиции заняты преимущественно Al и ТМ (Fe, Mn, Ni, Cu). Содержание обменного К в подстилке снижается вблизи комбината (рис. 4). Вероятно, К как

13


мобильный катион может быть вытеснен с обменных позиций катионами поллютантов и вынесен из загрязненных почв.

«Печенганикель». Боковые стороны перетянутых прямоугольников - нижний и верхний квартили, отрезающие по 25% наименьших и наибольших значений. Линии перетяжки соответствуют медианам, значения медиан указаны также числом в их естественном масштабе. Пунктирные "усы" справа и слева от прямоугольника - интервал, в котором лежат отсеченные значения, если они не выходят за пределы полуторного значения межквартильного интервала (р75-р25). Выпадающие за эти пределы значения указаны крестиками.

Подзолы ельников в зоне влияния ГМК «Североникель» немного кислее по сравнению с подзолами сосняков. С нарастанием атмосферного загрязнения подстилки ельников обедняются не только обменным К, но и Са, Mg. По-видимому, низкие запасы обменных оснований не могут в течение длительного времени обеспечивать связывание кислотных компонентов атмосферных осадков.

Кислотное состояние подзолов контролируется как естественными (почвообразующие породы, минералогический и гранулометрический состав, органическое вещество почв), так и антропогенно обусловленными (атмосферные выпадения, техногенная дигрессия фитоценозов) факторами. Высокая пространственно-временная изменчивость осложняет выявление четких закономерностей. Выпадения щелочной пыли препятствуют подкислению почв у источ-

14


ников загрязнения. Однако некоторые признаки свидетельствуют о возможном процессе антропогенного подкисления. Исследуемые подзолы характеризуются высокой кислотностью всего профиля, в большинстве почв "фронт подкисления" проникает на глубину более 0.5 м. Снижение содержания обменных Са, Mg и К в верхних горизонтах почв вблизи источников загрязнения свидетельствуют о возможном вытеснении, мобилизации и выносе обменных оснований в кислых условиях. Потери обменных оснований могут быть результатом их замещения протонами и катионами ТМ, а также Al в поглощающем комплексе органогенных и минеральных горизонтов загрязненных почв. В связи с низкими запасами обменных оснований и медленным их пополнением за счет выветривания продолжающиеся кислотные выпадения могут привести к усилению подкисления этих чувствительных почв и нарушению баланса элементов питания.

Обменные   катион ы  , %    ЕКО

Расстояние, км (север - юг)

Рис. 4. Доля обменных катионов в ЕКО подстилок подзолов.

ГЛАВА 4. ПОВЕДЕНИЕ СЕРЫ В ПОЧВАХ

Доминирующие на Кольском полуострове маломощные подзолы характеризуются невысоким содержанием и запасами серы (510-1110 кг/га в слое 0.5 м). Подстилка отличается максимальным содержанием серы (730-3000, в среднем 1700 мг/кг) в пределах профиля. Распределение серы в минеральной части профиля характеризуется минимумом в подзолистом (в среднем 71 мг/кг), максимумом - в иллювиальном (60-400, в среднем 190 мг/кг) горизонте и постепенным снижением к почвообразующей породе (63 мг/кг).

В составе серосодержащих соединений органогенных горизонтов всех исследованных подзолов и минеральных горизонтов подзолов на сортированных флювиогляциальных отложениях преобладают органические соединения серы (рис. 5). Их содержание и запасы определяются совокупностью процессов поглощения и трансформации растениями, возвращения с опадом, превращений с участием микроорганизмов. Образование органических соединений является важным механизмом связывания серы в почвах, особенно в песчаных подзолах с низкой сульфат-адсорбционной способностью.

Содержание адсорбированных сульфатов в минеральной части профилей изменяется от 1 до 280 мг/кг с максимумом в иллювиальных горизонтах. Доля адсорбированных сульфатов обычно не превышает 20-40% от общего содержания серы в песчаных подзолах на сортированных флювиогляциальных отложениях и достигает 80% в подзолах на несортированной морене (рис. 5). Большая часть адсорбированных сульфатов растворима в воде и отличается высокой мобильностью. Однако в подзолах на несортированной морене водорастворимая фракция обычно не превышает 30% сульфатов, извлекаемых раствором фосфата.

Содержание серы и ее органических соединений в подстилках возрастает с приближением к источнику загрязнения. Однако различия в содержании серы в почвах фоновых и загрязненных участков не так велики, как в ее атмосферных выпадениях. При этом содержание серы и адсорбированных сульфатов в минеральных горизонтах почв не зависит от их поступления из атмосферы, а определяется преимущественно почвенными свойствами. Большинство подзолов по-прежнему способны связывать сульфаты в адсорбированной форме. Содержание сульфатов и их десорбция характеризуются сильным варьированием в связи с высокой природной изменчивостью гранулометрического состава, рН и количества органического вещества, оксидов и гидроксидов Al и Fe в почвах. Повышенное соотношение SH2o/S064 в иллювиальных горизонтах подзолов вблизи

16


комбината свидетельствует о возросшей мобильности сульфатов под воздействием техногенной нагрузки. В настоящее время содержание серы как в верхних органогенных, так и в минеральных горизонтах почв снизилось по сравнению с началом 1990-х годов, отражая троекратное снижение ее выбросов в атмосферу.

ГЛАВА 5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Длительное воздействие атмосферных выбросов ГМК "Печенганикель" и "Североникель" привело к загрязнению почв ТМ на значительной площади. С ростом техногенной нагрузки содержание основных поллютантов, Ni и Си, в подстилке возрастает на 2-3 порядка, достигая 6000-7000 мг/кг вблизи комбинатов. При этом содержание Ni и Си в подстилках еловых лесов вблизи ГМК «Североникель» выше, чем в подстилках сосновых лесов вблизи ГМК «Печенганикель» в связи с многолетними повышенными выбросами первого. Подстилка сосновых лесов содержит больше Ni, чем Си в связи с преобладанием его в составе выбросов комбината «Печенганикель». Повышенное по сравнению с Ni содержание Си в подстилках еловых лесов определяется ее превалирующим поступлением из атмосферы вблизи ГМК «Североникель» вплоть до 2005 г., когда соотношение металлов в составе выбросов изменилось, и большей буферной емкостью подстилок по отношению к Си. Повышенное содержание Ni и Cu в подстилке наблюдается на удалении не менее 40 км от ГМК "Печенганикель" и 100 км от ГМК "Североникель" (рис. 6-7). Зависимости концентраций ТМ от расстояния хорошо аппроксимируются степенным законом.

С приближением к источникам загрязнения содержание Cd увеличивается на порядок (до 2-3 мг/кг), прослеживается тенденция к росту содержания РЬ (до 25 и 80 мг/кг). Резко, на 1-2 порядка, возрастает содержание Fe. Содержание Мп и Zn в подстилке по мере приближения к комбинатам снижается, особенно резко вблизи ГМК «Североникель», вероятно, в результате вытеснения его из ПИК катионами поллютантов и последующего выноса с почвенными водами.

ТМ характеризуются преимущественно аккумулятивно-элювиально-иллювиальным распределением по профилю с явным максимумом в подстилках и незначительным - в иллювиальных горизонтах. Иллювиальный максимум наиболее четко выражен для РЬ. С ростом загрязнения профильное распределение становится регрессивно-аккумулятивным. Содержание ТМ в минеральной части профиля в значительной степени определяется составом почвообразующих пород.

Многократное увеличение содержания и запасов Ni и Си в подстилке с ростом атмосферного загрязнения с очевидностью свидетельствует об ее барьерной функции (рис. 6-7). Роль лесной подстилки как важного биогеохимического барьера, препятствующего проникновению ТМ вглубь почв, в поверхностные и грунтовые воды наглядно проявляется при сравнении удельных (нормированных на мощность) запасов соединений никеля и меди в генетических

17


горизонтах фоновых и загрязненных почв. Если профильное распределение удельных запасов экстрагируемых смесью кислот соединений Ni в фоновых почвах характеризуется максимумом в породе, то в загрязненных почвах максимум смещается в подстилку. При этом более подвижные, доступные и потенциально доступные для растений соединения Ni и Си во всех почвах концентрируются в подстилке. Конечно, общая аккумуляция Ni в минеральной части почв достигает гораздо больших величин за счет большей плотности и мощности горизонтов. Запасы экстрагируемых смесью кислот соединений Ni в слое 0.5 м фоновых почв составляют около 4-10, а загрязненных - 70 г/м2 мелкозема. Однако если запасы Ni в подстилке не превышают нескольких процентов от общих запасов этих соединений в фоновых почвах, то в загрязненных почвах они достигают 35%. Запасы соединений Си в слое 0.5 м фоновых почв составляют 3-7 г/м2, а загрязненных - 30 г/м2. Вклад подстилки в формирование этих запасов возрастает от нескольких процентов в фоновых почвах до 70-85% в загрязненных почвах.

Основные закономерности поглощения Ni и Си почвами проанализированы в лабораторных статических экспериментах. С увеличением концентрации металлов в растворе возрастает поглощение их почвами. Лесные подстилки характеризуются большей поглотительной способностью, чем иллювиальные горизонты. Во всем диапазоне концентраций активность Си в подстилках гораздо ниже, чем в минеральных горизонтах. Изотермы адсорбции Си аппроксимируются уравнениями Генри для подстилок и уравнениями Фрейндлиха и Ленгмюра для иллювиальных горизонтов. Выявлена прямая связь параметров уравнений адсорбции Си с рН, содержанием ила и углерода и обратная связь - с содержанием подвижных соединений Си в почвах.

Повышенное содержание Ni в минеральных горизонтах почв в непосредственной близости от комбинатов связано, очевидно, с его проникновением из подстилки. Термодинамические свойства наиболее вероятных соединений Ni, поступающих с атмосферными выпадениями, свидетельствует об их повышенной растворимости по сравнению с соединениями Си. Соединения Ni в почвах также отличаются повышенной подвижностью по сравнению с Си. В процессе деградации лесных экосистем и развития эрозии в непосредственной близости от комбината подстилка теряет способность к аккумуляции Ni, концентрация его в верхних горизонтах снижается, а глубина проникновения вниз по профилю растет. Рост концентрации металлов в почвенных растворах загрязненных подзолов также свидетельствуют об усилении миграции элементов под воздействием техногенной нагрузки (табл. 1). Высокая аккумулирующая способность подстилок и ее ослабление под воздействием техногенной нагрузки подтверждены результатами балансовых расчетов в лабораторных модельных экспериментах с колонками. Под воздействием 5-летней нормы имитированных загрязненных осадков фоновая подстилка накапливает 710 мг Ni/м2 и 810 мг

18


Cu/m . Загрязненная подстилка сохраняет буферную способность по отношению к Си (710 мг/м2), но резко снижает накопление Ni (280 мг/м2). Ni обладает повышенной мобильностью по сравнению с Си и, как показали результаты расчетов с помощью модели WHAM VI, активно мигрирует по профилю подзолов как в ионной форме, так и в составе комплексных органических соединений.

Значимых изменений содержания доступных соединений Ni и Си в подстилках сосновых лесов в зоне влияния ГМК «Печенганикель» по сравнению с таковым в 1991-2002 гг. не выявлено. В условиях сохраняющихся объемов вы-

20


бросов ТМ комбинатом это свидетельствует о стабилизации, установлении динамического равновесия в системе атмосферные выпадения - почва. В подстилках еловых лесов вблизи ГМК «Североникель» содержание доступного Ni имеет тенденцию к снижению, отражая значительное сокращение его выбросов; содержание Си значимо не меняется. Дальнейшее сокращение выбросов приведет к снижению содержания в почвах ТМ, но с заметным временным отставанием, вызванным их высокими запасами, накопленными в предыдущие десятилетия.

ГЛАВА 6. ТРАНСФОРМАЦИЯ ПОЧВЕННЫХ РАСТВОРОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Почвенные растворы подзолов лесных экосистем Кольского п-ова характеризуются кислой реакцией, высоким содержанием органического вещества, преобладанием среди катионов Са, а среди анионов неорганических кислот - сульфатов (рис. 8). Растворы подзолов ельников обогащены Са, Mg, Al и Cu и обеднены нитратами и аммонием по сравнению с подзолами сосняков.

С приближением к источникам загрязнения концентрации Ni в почвенных растворах возрастают на 1-3 порядка, Си на порядок, Cd в несколько раз, превышая критические значения (табл. 1). Доля ТМ в сумме катионов возрастает от десятых долей до единиц процента. При этом Си более прочно фиксируется органическим веществом подстилки, a Ni и Cd активно вымываются в нижележащую толщу.

Рис.   8.   Изменение   катионно-анионного   состава   почвенных   растворов   по градиентам загрязнения.

Техногенная трансформация подзолов сопровождается снижением концентраций К, а под ельниками - еще и Са, Mg, Na, Mn и Zn в растворах подстилок и ростом концентраций этих элементов в иллювиальных горизонтах. С

21


нарастанием атмосферного загрязнения концентрации углерода органических веществ в растворах подстилок снижаются, отражая деградацию фитоценозов. Концентрации сульфатов в растворах подзолов сосняков возрастают, а ельников -изменяются слабо в связи с более резким сокращением выбросов SO2 (рис. 8).

Таблица 1. Изменения состава почвенных растворов подзолов по градиентам загрязнения (мг/л, средние значения)

R*

Сров

Са

Mg

К

Al

Мп

Ni

Cu

Cd

Pb

Zn

Подзолы под сосняками в зоне влияния ГМК «Печенганикель»

Горизонт О

41

150

9.21

2.42

9.49

1.38

0.88

0.11

0.051

0.0017

0.008

0.13

16

87

7.71

4.30

8.38

1.54

0.82

0.55

0.19

0.0018

0.004

0.09

8

61

18.7

11.4

3.42

0.49

1.17

3.18

0.64

0.0051

0.002

0.15

Горизонт BHF

41

12

0.71

0.31

0.43

0.01

0.02

0.001

0.0001

0.0001

<dl"

0.03

16

10

2.32

2.12

4.49

0.79

0.33

0.075

0.001

0.0003

<DL

0.10

8

27

5.77

2.00

2.54

0.50

0.18

1.03

0.002

0.0011

<DL

0.08

Отношение концентраций элементов в горизонтах О и BHF

41

13

13

7.7

22

200

42

120

510

17

100

4.3

16

9

3.3

2.0

1.9

1.9

2.5

7.3

200

5.3

370

0.9

8

2

3.2

5.7

1.3

1.0

6.4

3.1

270

4.8

9

2.0

Подзолы под ельниками в зоне влияния ГМК «Североникель»

Горизонт О

101

120

11.2

4.1

9.7

2.53

0.98

0.100

0.133

0.0006

0.0046

0.18

28

ПО

3.99

0.83

6.75

0.34

1.02

0.175

0.272

0.0009

0.0048

0.04

7

64

4.39

1.18

1.25

0.74

0.13

1.307

0.612

0.0024

0.0028

0.05

Горизонт BHF

101

8

1.32

0.60

0.40

0.03

0.03

0.003

0.001

0.0001

<DL

0.01

28

9

2.58

0.76

3.37

0.24

0.35

0.150

0.003

0.0005

<DL

0.03

7

5

3.65

1.24

0.98

0.15

0.19

1.357

0.004

0.0010

<DL

0.06

Отношение концентраций элементов в горизонтах О и BHF

101

15

8.5

6.8

24

85

38

34

220

7.5

46

13

28

12

1.5

1.1

2.0

1.4

2.9

1.2

ПО

1.8

26

1.4

7

12

1.2

1.0

1.3

4.9

0.7

1.0

150

2.4

14

0.8

- расстояние от комбинатов, км,    - < предела обнаружения (РЬ <0.0005 мг/л).

Лесная подстилка обладает на один-два порядка повышенными концентрациями всех элементов в растворе по сравнению с иллювиальным горизонтом. Сужение соотношения концентраций элементов в растворах из этих

22


горизонтов  с  нарастанием  загрязнения  свидетельствует  о  частичной  потере подстилкой барьерных функций (табл. 1).

С помощью регрессионного анализа обнаружена прямая связь концентраций Ni, Cu и Zn в почвенных растворах с содержанием потенциально доступных соединений металлов в почвах и концентрациями растворимого органического вещества.

ГЛАВА 7. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ КАК КОМПОНЕНТОВ ЭКОСИСТЕМ К ЗАГРЯЗНЯЮЩИМ ВЕЩЕСТВАМ

Современные подходы к оценке устойчивости почв к загрязняющим веществам основаны на почвенно-экологических принципах. Экологическая устойчивость почв определяется их способностью предотвращать поступление поллютантов в сопредельные среды в количествах, представляющих опасность для живых организмов. Степень проявления негативных процессов обусловливается как соотношением и формами поступления поллютантов и их трансформацией во времени, так и природой и емкостью буферных систем почвы. Под экологическим риском понимается вероятность возникновения негативных изменений или отдалённых неблагоприятных последствий этих изменений в экосистемах, вызванных воздействием поллютантов.

Маломощные кислые песчаные подзолы Кольского п-ова характеризуются низкой устойчивостью к антропогенному подкислению. Поглощение (связывание) поступающих с атмосферными осадками протонов происходит в процессах выветривания минералов, катионного обмена и адсорбции сульфатов. Для анализа и прогноза долговременной реакции почв лесных экосистем на кислотную нагрузку апробированы стационарные и динамические процесс-ориентированные модели.

Подзол иллювиалыю-железисгый                          Подзол иллювиалыю-гумусовый

Рис. 9. Гранулометрический состав подзолов.

Скорость выветривания оценена с помощью многослойной геохимической   модели  PROFILE   на   основании   детального   исследования   грануломет-

23


рического и минералогического состава подзолов. Гранулометрический состав характеризуется преобладанием фракции мелкого песка, содержание ила не превышает 1-3% (рис. 9). В минералогическом составе доминируют кварц и полевые шпаты, преимущественно плагиоклазы, а также амфиболы и биотит. Оценка по модели PROFILE свидетельствует о низкой скорости выветривания, не превышающей 0.05-0.28 кмоль(+)/(гатод) в слое 50 см. В связи с низкой скоростью выветривания, единственным долговременным источником оснований в почве, исследуемые подзолы чувствительны к подкислению.

Модельная оценка с помощью динамической процесс-ориентированной модели SMART (Simulation Model for Acidification's Regional Trends) подтверждает низкую устойчивость маломощных кислых песчаных подзолов Кольского п-ова к антропогенному подкислению. Их долговременная реакция на атмосферные кислотные выпадения определяется величиной кислотной нагрузки и почвенными свойствами. Современный уровень кислотных выпадений не приводит к существенным изменениям химических свойств фоновых почв (рис. 10). Однако повышенная кислотная нагрузка сопровождается, согласно расчетам, быстрым снижением рН почв и потерей ими обменных оснований. При этом нейтрализация поступающих из атмосферы кислотных компонентов осуществляется в процессах выветривания минералов, адсорбции протонов и растворения алюмосодержащих соединений. Сокращение выбросов на 30% снизит, но не устранит негативные изменения свойств почв; для их прекращения необходимо 90% сокращение выбросов S02 в атмосферу. Удовлетворительное совпадение расчетных величин с экспериментальными  позволяет  считать  прогноз  реалистичным  несмотря  на

24


принятые в модели допущения, неопределенность входных параметров и критических значений диагностических показателей подкисления почв.

Следует отметить, что несмотря на локальное подкисление почв в зоне влияния источников загрязнения одновременное поступление щелочных и щелочно-земельных металлов с атмосферными выпадениями тормозит подкисление в региональном масштабе. Происходящее на протяжении последних двух десятилетий сокращение выбросов SO2 в атмосферу способствует улучшению кислотного состояния почв.

Оценка устойчивости почв по отношению к тяжелым металлам и нормирование их содержания основаны на определении критического (порогового) воздействия, соответствующего допустимому риску. Критическими считаются такие содержания / концентрации ТМ в почвах / почвенных растворах, которые не оказывают заметное неблагоприятное воздействие на растения и почвенную биоту. К этим величинам количественно близки токсикологические показатели, соответствующие нижнему пределу толерантности организмов.

Результаты биотестирования с помощью представителей семейств Gramнneae, Роасеае и Brassicaceaeсвидетельствуют о высокой фитотоксичности ТМ в загрязненных почвах и растворах. Эффективные концентрации Ni в растворе, вызывающие 5% снижение (ECs) длины проростков, изменяются в пределах 0.65-2.9 мг/л, а Си - в пределах 0.16-1.0 мг/л. В длительном опыте с Avena sativa и Secale cereale ЕС5 добавленного в иллювиально-гумусовые подзол Ni меняются в диапазоне 1.7-7.7, а Си - 3.8-23 мг/кг в зависимости от вида и органа растения.

Влияние свойств почв на фитотоксичностъ никеля и меди исследовали в модельном эксперименте с 6 типами почв, различающихся по кислотности, содержанию органического вещества и ила (подзолы иллювиально-железистый и иллювиально-гумусовый, дерново-подзол иллювиально-железистый, дерновая, дерново-подзолистая и аллювиальная светлогумусовая почвы). Реакция тест-объектов, щучки дернистой (Deschampsia cespitosa) и райграсса многолетнего (Lolium perenne), на воздействие ТМ сходна. Внесение Ni и Си в почвы в виде нитратов в концентрациях от 0 до 600 мг/кг сопровождалось замедлением прорастания и снижением фитомассы злаков. В зависимости от свойств почв 5%-ное снижение фитомассы щучки происходило в диапазонах 1.7-16 и 5.6-30 мг/кг сорбированных и 0.09-0.44 и 0.01-0.14 мг/л водорастворимых Ni и Си соответственно. Совместное присутствие металлов вызывало снижение показателей фитотоксичности. Си отличается большей фитотоксичностью по сравнению с Ni.

Согласно результатам фитотоксикологических экспериментов при существующих в корнеобитаемой толще почв концентрациях Ni и Си вероятно их токсичное воздействие на лесную растительность на расстоянии до 25-35 км от источников загрязнения. Пониженные по сравнению с ПДК величины ECs ТМ в почвах и растворах ставят вопрос об уточнении величин нормативных показателей на основе экологических принципов.

25


Современные риски избыточного накопления ТМ оценивали путем сравнения реальных содержаний их потенциально доступных соединений в почвах с критическими содержаниями, рассчитанными с помощью выведенной на основании экотоксикологических экспериментов зависимости от рН и содержания органического вещества (Lofts et al., 2004). Анализ показал, что высокое атмосферное поступление ТМ, в первую очередь Си, представляет реальную угрозу для функционирования и биоразнообразия почв и наземных экосистем Кольского п-ова. Критические содержания Си в подстилках сосновых и еловых лесов превышены на расстоянии до 30 км от источников загрязнения; небольшие превышения характерны и для иллювиальных горизонтов подзолов ельников. Избыточным накоплением Си и Ni по сравнению с их критическими содержаниями отличаются почвы техногенных пустошей как до, так и после ремедиации. Современное накопление РЬ и Cd не превышает их критических концентраций в почвах. Величины критических содержаний металлов в значительной степени определяются свойствами почв. Бедные органическим веществом иллювиально-железистые подзолы менее устойчивы по отношению к ТМ по сравнению с иллювиально-гумусовыми подзолами. Критические содержания ТМ в подстилках примерно на порядок превышают таковые в минеральных горизонтах. Ремедиация почв не приводит к увеличению их устойчивости к ТМ.

Варьирование свойств почв, методические ограничения, применение основанных на результатах лабораторных экотоксикологических экспериментов функций для расчета критических содержаний металлов в почвах могут оказывать заметное влияние на итоги анализа рисков избыточного поступления ТМ в наземные экосистемы. Полученные результаты представляют собой первую попытку анализа экологических рисков воздействия ТМ в регионе и должны уточняться по мере совершенствования методологии и методов оценки и накопления экспериментальных данных.

ГЛАВА 8. РОЛЬ ПОЧВ В ТЕХНОГЕННОЙ ДИГРЕССИИ ЛЕСНЫХ

ФИТОЦЕНОЗОВ

Дигрессия растительных сообществ экосистем сосновых и еловых лесов в зонах влияния медно-никелевых комбинатов на Кольском п-ове обусловлена комплексом факторов, среди которых ведущую роль играет атмосферное загрязнение. Прямое воздействие атмосферных поллютантов и вызванные им нарушения питательного режима почв, действующие на фоне суровых климатических условий, контролируют разнообразие видов как с корневой (деревья, кустарнички, злаки), так и с атмосферной (лишайники, мхи) стратегиями питания, определяя снижение разнообразия фитоценозов, деградацию и гибель лесных экосистем. Загрязнение сопровождается обеднением видового состава, снижением проективного покрытия и фитомассы напочвенного покрова. Известные как биоиндикаторы Pinus sylvestris,   виды  рода  Cladonia,  Pleurozium  schreberi  и

26


Hylocomium splendens наиболее чувствительны, тогда как Betula tortuosa, Empetrum hermaphroditum, Vaccinium vitis-idaea, напротив, сравнительно устойчивы к атмосферному загрязнению (рис. 11). Среди мхов Pohlianutansсравнительно устойчив к воздействию поллютантов, заселяя подстилку техногенной пустоши в отсутствие конкуренции со стороны других видов. Для объективной дифференциации стадий техногенной сукцессии фитоценозов в условиях атмосферного загрязнения полезны ординационные методы; при этом индекс выравненное™ видов наиболее четко разделяет сообщества.

В сочетании с экстремальными климатическими условиями и прямым воздействием атмосферных поллютантов техногенная трансформация почв является важнейшим фактором деградации напочвенного покрова лесных фитоценозов. Среди почвенных свойств уровни загрязнения подстилки ТМ и обеспеченности элементами питания вносят определяющий вклад в уменьшение разнообразия фитоценозов (рис. 11).


Pohlia nutans

0.4

-0.4

-0.4


Polltrichum commuti

Deschampsia cespitosa?                      Ю|{

їCladonia gracilis,^ '

Лшв

Hylocomium splendent

Cladonia rangiferina • ^^EmpetriJ.m.mgnjrr Vaccinium vitis-idaea

ДРв

Pinus sylvestris

Cladina stellaris

Pleuzozium schreben^  ¦ Cladonia uncialis

0.2

0.4

-0.2

ГК1


Рис. 11. Связь разнообразия фитоценозов с атмосферными выпадениями (слева) и свойствами почв (справа). Дрв, ТКВ, Лшв, Мхв - индексы разнообразия древесного, травяно-кустарничкого, лишайникового и мохового ярусов; SBbin, NiBbin и СиВып - атмосферные выпадения поллютантов, R - расстояние до комбината; Мощн - мощность, Запасы - запасы подстилки; символами элементов обозначены содержания их доступных соединений в почвах.

Элементный состав сосны и ели в фоновых районах типичен для бореальных лесов Кольского полуострова. И сосна, и ель относятся к низкозольным кали-кальцефилам.

Элементы питания. Хвоя сосны текущего года характеризуется преобладанием N и К, а также повышенным содержанием Са и Mg по сравнению

27


с другими органами. При старении хвои элементный состав ее меняется в сторону накопления малоподвижного Са в форме оксалатов и потери подвижных К, Mg и N в связи с их локализацией в зоне активного роста растений. Возрастные закономерности изменения содержания элементов питания сохраняются в условиях загрязнения. Мелкие ветви сосны характеризуются высокими уровнями накопления минеральных элементов, сопоставимыми с ассимилирующими органами. Кора и древесина ствола отличаются низким содержанием макроэлементов (за исключением Са в коре).

Ель характеризуется сходными с сосной природными особенностями распределения элементов питания и их возрастной динамики в различных органах. При этом и хвоя текущего года, и многолетние органы ели почти вдвое обогащены Са по сравнению с сосной. С нарастанием загрязнения содержание Са и Mg в хвое ели снижается в связи с выщелачиванием кислыми осадками. Содержание К и N, напротив, возрастает, вероятно, в связи со снижением возраста хвои и ретра-нслокацией элементов из интенсивно опадающей хвои в хвою текущего года.

Поллютанты. Хвоя сосны и ели фоновых участков отличается повышенным содержанием поллютантов по сравнению с незагрязненными районами Кольского п-ова как в связи с выбросами местных предприятий, так и с дальним атмосферным переносом. С приближением к источникам загрязнения содержание серы в органах сосны и, особенно, ели увеличивается (табл. 2).

Содержание Ni и Си в хвое фоновых участков при старении практически не меняется, а в хвое загрязненных участков возрастает. Многолетние ветви и кора накапливают металлы по сравнению с хвоей (рис. 12). Содержание ТМ в древесине сосны и ели, также как и макроэлементов, очень низкое. При этом ель поглощает значительно больше Ni и Си по сравнению с сосной, вероятно, в связи с большей листовой поверхностью и повышенными выбросами металлов ГМК «Североникель» по сравнению с ГМК «Печенганикель».

Накопление ТМ органами сосны и ели по градиентам загрязнения характеризуется сходными закономерностями, наиболее ярко проявляющимися у ели. Рост атмосферного загрязнения сопровождается резким накоплением в хвое Ni и Си (табл. 2). По сравнению с фоном концентрации этих металлов в хвое елового редколесья возрастают соответственно в 60-70 и 20 раз. Следует отметить уменьшение возраста хвои с 5-6 лет на условно фоновых территориях до 2-3 лет вблизи комбината. Под воздействием загрязнения содержание Ni и Си в мелких ветвях и коре ели увеличивается на 2 порядка по сравнению с фоном, что в значительной степени обусловлено механическим осаждением и накоплением металлсодержащей пыли на поверхности коры благодаря ее шероховатой структуре. С приближением к источнику загрязнения концентрации Ni в древесине ели возрастает в 5, меди - в 1.5 раза. Анализ древесины сосны и ели по годовым кольцам также свидетельствует о загрязнении ТМ молодой (25-летней) древесины по сравнению со старой, сформировавшейся в период низкого уровня промышленных выбросов.

28

Рис. 12. Изменчивость содержания серы, никеля и меди в органах сосны в зоне влияния ГМК «Печенганикель» (слева) и ели в зоне влияния ГМК «Североникель» (справа). Хвоя 0 - хвоя текущего года, хвоя 3 - хвоя 3-его года жизни. Приведены среднее (п), медиана (—), нижний и верхний квартили (границы прямоугольника), 95% доверительный интервал (-Ц -р). Звездочки - значения, выходящие за рамки 95% доверительного интервала.

Содержание РЬ и Cd, сопутствующих поллютантов, возрастает от хвои к многолетним органам. При этом ель накапливает в несколько раз больше РЬ, чем сосна. С приближением к комбинату содержание РЬ в хвое, мелких ветвях и коре ели увеличивается в десятки раз по сравнению с фоном. Однако в древесине свинец не накапливается. С ростом атмосферного загрязнения содержание Cd в хвое, ветвях и коре увеличивается в 4-7 раз, в древесине - вдвое.

29


В отличие от большинства ТМ концентрации Мп и Zn в хвое, ветвях и коре ели снижаются с нарастанием загрязнения. Обеднение хвои ели Мп и Zn обусловлено, вероятно, антагонистическими отношениями с Fe, Ni, Cu. Вероятны также процессы выщелачивания Мп и Zn кислыми осадками. Содержание металлов в древесине мало меняется с расстоянием от источников загрязнения.

При анализе коэффициентов накопления (табл. 2) обращает на себя внимание обеднение хвои элементами питания (Са, Mg и Zn) и обогащение хвои и многолетних органов серой и ТМ, особенно Ni и Си. Характеризующиеся максимальным накоплением поллютантов многолетняя хвоя и кора сосны и ели могут быть рекомендованы для биомониторинга атмосферного загрязнения.

Таблица 2. Коэффициенты накопления элементов в органах сосны и ели техногенных редколесий по отношению к фоновым участкам

Органы

Са

Mg

К

N

S

Ni

Cu

Cd

Pb

Zn

Сосна

Хвоя 0 г.

0.8

0.8

0.9

0.9

1.3

4.4

2.9

1.1

1.5

0.4

Хвоя 3 г.

0.7

1.1

0.9

1.1

1.4

17

11

1.6

14

0.2

Ветви

1.7

1.0

1.6

0.7

2.2

10

8.1

3.4

7.4

0.3

Кора

1.4

7.1

3.6

1.2

8.5

27

18

1.7

1.1

1.9

Древесина

1.2

1.3

1.1

1.0

0.5

1.6

0.9

1.3

2.2

1.0

Ель

Хвоя 0 г.

0.5

0.8

1.4

1.3

2.0

60

24

7.6

17

0.2

Хвоя 3 г.

0.9

0.6

1.3

1.4

2.7

75

18

4.2

13

0.5

Ветви

0.9

1.1

3.5

0.8

10

260

120

3.2

28

0.6

Кора

0.9

0.6

0.3

0.9

2.9

320

210

3.9

10

0.6

Древесина

1.3

1.6

1.3

0.8

5.5

5.5

1.5

2.0

0.6

1.1

Мониторинг элементного состава сосны и ели на протяжении 20 лет (1991-2011 гг.) позволил охарактеризовать временную динамику загрязняющих веществ. Уровень поглощения Ni и Си хвоей и корой сосны в фоновом сосняке остался прежним. Не изменился он и для молодой хвои на загрязненных участках, тогда как трехлетняя хвоя в техногенном редколесье накопила к настоящему времени больше Ni и Си по сравнению с прошлым десятилетием. Поскольку аналогичного накопления не наблюдается в коре сосны, а выбросы ТМ ГМК «Печенганикель» постоянны, логично предположить преимущественно почвенный источник поступления ТМ в растения за счет снижения их барьерных функций под воздействием техногенной нагрузки.

Поглощение Ni и Си хвоей ели сохраняется на прежнем уровне в фоновом ельнике и демонстрирует тенденцию к снижению на загрязненных участках, особенно в елово-березовом редколесье (7 км от комбината). Уменьшение поглощения ассимилирующими органами ели ТМ связано преимущественно со сниже-

30


нием доли их поступления из атмосферы. Замедленный отклик ели на сокращение выбросов ТМ обусловлен их большими запасами, накопленными в почве.

Аккумуляция тяжелых металлов в биомассе сосны и ели. Сосновые леса Кольского п-ова характеризуются низкой биомассой и продуктивностью. Биомасса сосны не превышает 5 кг/м2 в фоновых сосняках и снижается до 1-2 кг/м2 с нарастанием загрязнения (рис. 13). Основной вклад в биомассу вносит древесина (64-80%), доля коры не превышает 10-12%. Доли хвои и мелких ветвей

31


в фоновых условиях составляют 15 и 10% и снижаются вследствие дефолиации с ростом загрязнения.

В сосновых лесах (рис. 13), удаленных от источника загрязнения, сосна накапливает ~9 мг Ni, 10 мг Си, 1-2 мг РЬ, 0.4 мг Cd и 50-80 мг/м2 Zn. Под воздействием техногенного загрязнения, несмотря на снижение биомассы, накопление Ni и Си в биомассе сосны возрастает, a Zn - снижается. В загрязненных районах кора сосны аккумулирует наибольшее количество Ni и Си (до 90% от общего содержания металла в биомассе).

Еловые леса, как и сосновые, обладают низкой биомассой и продуктивностью. Биомасса ели не превышает 8 кг/м2 в фоновых ельниках и постепенно снижается с приближением к источнику загрязнения. Основной вклад в биомассу вносит древесина (70-80%), доля хвои не превышает 9-12, мелких ветвей - 7-12, коры - 3-4%.

В еловых лесах фоновых районов ель накапливает около 6 мг Ni, 11 мг Си, 2 мг РЬ, 0.4 мг Cd и 150 мг ??/м2. Под воздействием загрязнения аккумуляция Ni, Cu, РЬ и Cd елью возрастает и затем вновь снижается в связи с сокращением биомассы. В загрязненных районах ветви и кора ели накапливают наибольшую долю Ni, Cu и РЬ от общего количества металла в биомассе. Cd и Zn аккумулируются преимущественно в древесине, а с ростом загрязнения - и в ветвях.

Связь содержания тяжелых металлов в растениях и почвах при атмосферном загрязнении. С помощью корреляционного анализа обнаружена значимая прямая связь содержания Ni и Си в хвое, ветвях, коре и Ni в древесине сосны с содержанием доступных металлов в подстилках подзолов сосновых лесов вблизи комбината «Печенганикель». В еловых лесах зоны влияния комбината «Североникель» значимая прямая связь между содержанием Ni и Си в органах ели и в почвах характерна как для подстилки, так и для минеральных горизонтов. Прямая корреляция выявлена в ряде случаев для РЬ и Cd.

Связь содержания ТМ в органах сосны и ели (Мераст) с содержанием доступных соединений металлов в почвах (МеПОчва) аппроксимируется уравнением линейной регрессии

log(MepacT) = а + к * log(Meno4Ba), где а и к - эмпирические коэффициенты. Величины коэффициентов а и к представлены в  таблице  3   ([Me]   =  мг/кг,  se  - стандартная  ошибка, R2 -коэффициент детерминации).

Содержание Ni в органах сосны и ели прямо связано с его содержанием как в подстилках, так и в иллювиальных горизонтах почв сосняков и ельников. С ростом содержания доступных соединений Си в подстилке ее содержание в хвое, ветвях и коре сосны и ели также увеличивается. Однако связь практически отсутствует для иллювиальных горизонтов подзолов в обоих типах леса. Результаты регрессионного анализа свидетельствуют о более интенсивном поглощении Ni и Си елью по сравнению с сосной. При этом Ni поглощается

32


активнее, чем Cu (табл. 3). Значимой связи между содержанием Pb, Cd и Zn в биомассе сосны и ели и в почвах не обнаружено.

Таблица 3. Параметры уравнений связи содержания Ni и Си в растениях и почвах

Гори зонт

Орган

Ni

Cu

к

se

R2

к

se

R2

Сосна, сосновые леса в зоне влияния ГМК «Печенганикель»

О

Хвоя 0 года

0.38

0.07

0.73

-

-

-

Хвоя 3 года

0.65

0.08

0.87

0.55

0.12

0.65

Ветви

0.61

0.08

0.82

0.48

0.11

0.62

Кора

0.75

0.11

0.81

1.06

0.12

0.88

Древесина

0.14

0.06

0.26

-

-

-

BHF

Хвоя 0 года

0.39

0.14

0.38

1.45

0.58

0.32

Хвоя 3 года

0.59

0.23

0.34

-

-

-

Ветви

0.64

0.19

0.48

-

-

-

Кора

0.77

0.25

0.43

-

-

-

Древесина

0.19

0.08

0.27

-

-

-

Ель, еловые леса в зоне влияния ГМК «Североникель»

О

Хвоя 0 года

0.68

0.07

0.90

0.60

0.07

0.88

Хвоя 3 года

0.72

0.08

0.91

0.58

0.06

0.91

Ветви

0.95

0.10

0.91

0.76

0.12

0.83

Кора

1.00

0.08

0.95

0.79

0.09

0.89

Древесина

0.37

0.09

0.64

0.09

0.02

0.69

BHF

Хвоя 0 года

0.74

0.12

0.80

-

-

-

Хвоя 3 года

0.78

0.14

0.77

-

-

-

Ветви

1.02

0.19

0.76

-

-

-

Кора

1.08

0.17

0.81

-

-

-

Древесина

0.48

0.06

0.87

-

-

-

Запасы тяжелых металлов в древостоях и почвах. В сосновых и еловых лесах аккумуляция Ni сосной и елью не превышает 10% запасов доступных для растений соединений металла, накопленных в полуметровом слое подзолов (рис. 14). Относительная аккумуляция Си сосной и елью заметно выше и достигает 20-30% запасов ее доступных соединений в почвах. Накопление в биомассе сосны и ели РЬ не превышает обьгано 2-7% относительно его запасов в подзолах. Столь же низка относительная аккумуляция Cd в биомассе ели и немного выше - в биомассе сосны. Сравнительно высокое накопление в биомассе сосны и ели по отношению к запасам в почвах (10-30%) свойственно Zn. С приближением к источнику загрязнения запасы в подзолах доступных для растений соединений Ni и Си возрастают в сотни раз, аккумуляция их в биомассе сосны и ели увеличивается в десятки раз, а относительное накопление снижается.

33


Аналогичные,   но   менее   выраженные   закономерности,   характерны   и   для сопутствующих поллютантов - РЬ и Cd.

Таким образом, наряду с прямым поступлением ТМ из атмосферы, загрязнение почв и дисбаланс элементов питания вносят значительный вклад в техногенную трансформацию фитоценозов в лесных экосистемах. Несмотря на сокращение промышленных выбросов, значительная аккумуляция в почвах ТМ будет оказывать долговременное воздействие на их поглощение растениями благодаря корневому поступлению, а в техногенных редколесьях и пустошах - и поверхностному осаждению почвенной пыли с эродированных поверхностей.

34


ГЛАВА 9. РЕМЕДИАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ПУСТОШЕЙ

Неблагоприятные свойства почв - огромные запасы накопленных ТМ, обеднение элементами питания и органическим веществом, физические потери верхних слоев в результате эрозии, жесткий микроклимат, снижение биологической активности, угнетение корневых систем, истощение запасов семян - препятствуют естественному восстановлению растительности. Поэтому важными задачами являются выбор стратегии и метода ремедиации, оценка ее эффективности и, в случае необходимости, коррекция проводимых мероприятий.

К простым и экономически эффективным методам обработки загрязненных почв insitu, без значительных нарушений территории, относится промывание почв. Промывание с последующим перехватыванием ТМ использовано в инновационном методе Cleansoil (Чистая почва), апробированном для очистки загрязненных почв под существующей инфраструктурой вблизи ГМК «Североникель» на Кольском п-ове. Метод основан на установке системы рукавов, которые могут включать множество секций-карманов, внутри параллельных перфорированных труб, заложенных на ту или иную глубину с помощью горизонтального бурения. Карманы служат вместилищем подходящего сорбента, который поглощает пол-лютанты и может заменяться / удаляться по достижении необходимой степени очистки почв и впоследствии регенерироваться. Для увеличения подвижности связанных в верхних слоях почв ТМ и выноса их до контакта с сорбентом применяли обработку почвы водой, 0.01 М растворами соляной и лимонной кислот в течение двух месяцев. В качестве сорбента ТМ по результатам лабораторных адсорбционных экспериментов был выбран вспученный вермикулит, полученный обжигом природного вермикулита Ковдорского месторождения. Применение соляной и лимонной кислот увеличивало концентрацию Ni и Си в почвенном растворе до 10 раз по сравнению с поливом водой и контролем как в верхних слоях, так и в почвообразующей породе (ниже уровня заложения сорбента). Ni более подвижен по сравнению с Си. Количество мобилизованных ТМ со временем увеличивалось, усиливалась их миграция в нижние горизонты почвы. Процесс сопровождался ростом концентраций Al и Fe в почвенном растворе и выраженным подкислением дерново-подзола при обработке соляной кислотой.

Содержание доступных Ni и Си в верхнем слое обработанных кислотами почв снизилось к концу эксперимента. Результаты свидетельствуют о перераспределении металлов между различными по прочности связи с почвенными компонентами соединениями и с глубиной. Однако доля металлов, высвободившихся из верхних слоев почвы в ходе кислотной обработки, невелика. Хотя НС1 более эффективна в мобилизации и перераспределении ТМ, высока вероятность подкисле-ния почв и потерь элементов питания при ее использовании. Лимонная кислота может быть рекомендована в качестве приемлемого для природной среды экстра-гента ТМ, хотя ее действие ограничено быстрым микробиологическим разложением. Обработка водой не привела к значимым изменениям в содержании ТМ.

35


Вермикулит способен эффективно связывать ТМ, но в полевом эксперименте их значительная часть не была перехвачена системой горизонтальных перфорированных труб с сорбентом. Закладка сорбента слоем более действенна. Система Cleansoil должна работать более эффективно при высоких концентрациях ТМ в почвенных растворах и низких скоростях миграции, в условиях преобладания диффузного механизма перемещения металлов. Частая смена сорбента будет способствовать интенсивному связыванию поллютантов. Однако промывание как «жесткий» метод, сильно нарушающий почвенные функции, следует применять с осторожностью в связи с возможностью токсичного действия мобилизованных поллютантов и загрязнения грунтовых вод.

Среди «мягких» методов стабилизации загрязненных почв insitu, направленных на снижение мобильности и биологической доступности ТМ и практически не нарушающих почвенные функции, относительная дешевизна, легкость в применении и эстетичность определяют преимущества хемо-фитостабилизации. Широкое использование хемо-фитостабилизации положено в основу масштабных работ по ремедиации техногенных территорий, начатых в 2003 г. Кольской ГМК в условиях сокращения атмосферных выбросов на основе канадского опыта (Winterhalder, 1996) и рекомендаций ИППЭС КНЦ РАН.

Ремедиация техногенных пустошей привела к улучшению свойств почв, проявляющемуся в снижении кислотности и обогащении элементами питания и сохраняющемуся в течение нескольких лет. Наименьшей кислотностью и наибольшей обеспеченностью элементами питания отличается почва с насыпным окультуренным слоем. Однако реакция среды большинства обработанных почв остается сильнокислой, а содержание доступных Са, Mg, К и Р гораздо ниже фонового уровня. Почвы обеднены доступным Мп и Zn. Большинство обработанных почв содержит столько же или больше доступных соединений Ni и Си, чем их необработанные аналоги. Во всех почвах (кроме почв с насыпным окультуренным слоем) содержание доступной Си больше, чем Ni, по-видимому, в связи с исчерпанием буферной способности почв по отношению к последнему и его выносом. Это свидетельствует о недостаточности мероприятий по снижению подвижности и биологической доступности металлов.

Посадки ив находятся в удовлетворительном состоянии, большая часть посадок сохранилась, но основные побеги у многих кустов погибли, развиты порослевые побеги. Вблизи комбинатов и на открытых верхних участках склонов с сильными ветрами жизненность кустов ив крайне низкая. Листовые пластинки ив поражены хлорозами и некрозами. Листья ивы в ивовых посадках содержат повышенные количества Ni и Си в связи с высокими уровнями загрязнения ими атмосферы и почв. Среди основных элементов питания содержание Са и Р в листьях ивы превышает фоновый уровень, К - близко к нему и Mg - значительно ниже. Для всех посадок характерен дефицит Мп и Zn, вызванный антагонистическими отношениями с Ni и Си.

36


В целях снижения кислотности, обогащения элементами питания и иммобилизации ТМ необходимо повторное известкование обработанных ранее почв и первичное известкование техногенных пустошей с помощью доломита в дозах до 10 т/га. Использование доломитовой муки в высоких дозах нерационально в связи с ее большими потерями при водной и ветровой эрозии. Для снижения потерь мелиоранта при первичном или повторном известковании песчаных почв целесообразно внесение преимущественно грубых фракций доломита - доломитового песка и доломитовой крошки.

Наряду с нормализацией рН почвенной среды, оптимизацией питательного режима и иммобилизацией ТМ путем известкования и внесения удобрений, важной задачей является увеличение сорбционной емкости песчаных почв за счет использования сорбентов. Кроме традиционных торфа, древесной коры, опилок, целесообразно применение вермикулита Ковдорского месторождения, обладающего высокой емкостью поглощения и эффективно связывающего Ni и Си. Внесение вермикулита может частично компенсировать действие доломита, т.к. способствует повышению рН и обогащению почв Mg.

Хемо-фитостабилизация полезна при больших масштабах загрязнения, однако, его высокий уровень может препятствовать выживанию растений. Посадку ив следует проводить в предварительно подготовленную почву, через два года после ее известкования, во избежание дополнительного поглощения ТМ, вытесненных в почвенный раствор катионами кальция и магния.

Мероприятия по ремедиации техногенных территорий должны включать систематический мониторинг и периодическую коррекцию кислотности и питательного режима почв во избежание дефицита элементов питания и мобилизации тяжелых металлов.

ВЫВОДЫ

  1. Преобладающие в почвенном покрове автономных ландшафтов Кольского полуострова маломощные иллювиально-железистые/гумусовые подзолы отличаются низкой устойчивостью к подкислению в связи с низкой скоростью выветривания - единственным долговременным источником оснований в почвах, низкой сульфат-адсорбционной способностью, низкими запасами обменных оснований. Согласно модельным оценкам, для предотвращения антропогенного подкисления необходимо 90% сокращение выбросов диоксида серы в атмосферу по сравнению с уровнем 1990 г.
  2. Влияние атмосферных выпадений на кислотность почв неоднозначно. Локальное подкисление проявляется в снижении рН и потерях обменных оснований в верхних горизонтах подзолов техногенных редколесий. Одновременное поступление из атмосферы основных катионов препятствуют подкислению загрязненных почв. Сокращение выбросов диоксида серы в

37


атмосферу способствует поддержанию кислотности почв на обусловленном природными факторами уровне.

  1. Выявлены основные закономерности взаимодействия почв с имитированными кислыми осадками. Лесные подстилки обладают высокой буферной емкостью и полностью нейтрализуют современную кислотную нагрузку. Они поглощают поступающие в ходе потенциометрического титрования протоны за счет быстрых катионообменных реакций, необменного протонирования растворимых и нерастворимых органических соединений.
  2. Содержание серы и ее органических соединений в подстилках увеличивается с приближением к источнику загрязнения. Содержание серы и адсорбированных сульфатов в минеральных горизонтах сильно варьирует в зависимости от почвенных свойств. Образование органических соединений серы является важным механизмом ее связывания в подзолах с низкой сульфат-адсорбционной способностью. Большинство подзолов по-прежнему способны связывать сульфаты в адсорбированной форме. Повышенное поступление серы из атмосферы сопровождается ростом мобильности сульфатов. Сокращение выбросов в атмосферу диоксида серы привело к снижению ее общего содержания в подстилках и минеральных горизонтах почв по сравнению с началом 1990-х годов.
  3. Длительное воздействие атмосферных выбросов привело к загрязнению почв никелем и медью на расстоянии не менее 40 км от ГМК «Печенганикель» и 100 км от ГМК «Североникель». Содержание никеля и меди в подстилках подзолов вблизи комбинатов возрастает на 2-3 порядка по сравнению с фоновыми, кадмия и свинца - в 2-8 раз. Содержание марганца и цинка снижается. Сокращение атмосферных выбросов определяет тенденцию к снижению содержания никеля и меди в подзолах еловых лесов в зоне влияния ГМК «Североникель», но со значительным временным лагом, вызванным большими запасами металлов в почвах. Содержание металлов в подзолах сосновых лесов в зоне влияния ГМК «Печенганикель» сохраняется на прежнем уровне.
  4. Подстилка служит важным биогеохимическим барьером, препятствующим миграции тяжелых металлов вглубь почвы и в сопредельные среды. Однако под воздействием загрязнения защитные функции подстилки ослабевают вплоть до полной утраты, и металлы проникают в минеральные горизонты.
  5. С помощью статических и динамических лабораторных экспериментов количественно охарактеризовано распределение никеля и меди между твердой и жидкой фазами почв, обусловленное кислотностью, содержанием органического вещества, ила и подвижных соединений металлов.
  6. Состав почвенных растворов служит чувствительным диагностическим показателем     техногенной     трансформации     почв     под     воздействием

38


атмосферного загрязнения. С ростом загрязнения увеличивается миграционная активность всех элементов и, особенно, никеля. Концентрации никеля, меди и кадмия в растворах превышают предельно допустимые значения. Медь более прочно фиксируется органическим веществом подстилки, а никель активно вымывается в нижележащую толщу. Сужение соотношения концентраций элементов в растворах из подстилок и иллювиальных горизонтов с нарастанием загрязнения свидетельствует о частичной потере подстилкой функции биогеохимического барьера.

  1. На основе анализа современных экологических рисков выявлено избыточное накопление тяжелых металлов в почвах для функционирования и биоразнообразия наземных экосистем Кольского полуострова. Рассчитаны критические уровни содержания тяжелых металлов в почвах, дифференцированные в зависимости от их свойств и различающиеся на порядок для органогенных и минеральных горизонтов подзолов. Критические содержания меди значительно превышены в почвах лесных экосистем на расстоянии до 30 км от источников загрязнения. Избыточное накопление меди и никеля по сравнению с их критическими уровнями свойственно почвам техногенных пустошей как до, так и после ремедиации. Современное накопление свинца и кадмия не превышает их критических содержаний в почвах. Величины критических содержаний металлов в значительной степени определяются свойствами почв.
  2. Загрязнение атмосферы и почв сопровождается изменениями в составе, структуре и функционировании лесных фитоценозов, обусловливая их техногенную дигрессию. Наряду с трансформацией древесного яруса происходит обеднение видового состава, снижение проективного покрытия и фитомассы наземного яруса лесных фитоценозов. Среди почвенных свойств загрязнение подстилки тяжелыми металлами и обеднение элементами питания вносят определяющий вклад в уменьшение разнообразия фитоценозов.
  3. Атмосферное загрязнение приводит к изменениям элементного состава органов сосны и ели, проявляющимся в накоплении никеля, меди, кадмия, свинца и серы и обеднении цинком. Хвоя ели вблизи источника загрязнения обеднена также кальцием, магнием и марганцем и обогащена калием и азотом. Мелкие корни отличаются максимальным накоплением тяжелых металлов. Временная динамика поглощения никеля и меди хвоей и корой практически неизменна для сосны в зоне влияния ГМК «Печенганикель» и характеризуется тенденцией к снижению для ели в зоне влияния ГМК «Североникель» в соответствии с динамикой выбросов комбинатов.
  4. Пространственно-временная динамика содержания тяжелых металлов в многолетней хвое и коре сосны и ели подтверждает целесообразность их использования для мониторинга атмосферного загрязнения. Однако диагностика токсичности металлов по этому признаку проблематична в связи

39


с возможной высокой долей поверхностного осаждения. Несмотря на низкую биомассу хвойных лесов на северном пределе их распространения аккумуляция тяжелых металлов в ветвях и коре, наряду с древесиной, достигает заметных величин и должна быть учтена при моделировании поведения тяжелых металлов в экосистемах и оценке экологических рисков.

  1. С помощью корреляционного и регрессионного анализов обнаружена прямая связь содержания никеля и меди в хвое, ветвях, коре и древесине сосны и ели с содержанием доступных соединений металлов в корнеобитаемом слое почв, ослабевающая с глубиной. В сочетании с экстремальными климатическими условиями и прямым воздействием атмосферных поллютантов техногенная трансформация почв является важнейшим фактором деградации лесных экосистем Кольской субарктики
  2. Иллювиально-железистые/гумусовые подзолы лесных экосистем сохраняют основные свойства, типичное строение профиля и классификационную принадлежность в условиях атмосферного загрязнения. Однако прямое и косвенное воздействие экстремального загрязнения приводит к развитию эрозии, разрушению верхних органогенного и подзолистого горизонтов и деградации подзолов в абраземы альфегумусовые на техногенных пустошах.
  3. Ремедиация техногенных пустошей привела к снижению кислотности и обогащению почв элементами питания. Однако реакция среды большинства обработанных почв остается сильнокислой, а содержание доступных элементов питания ниже фонового уровня и потребности растений, в первую очередь, в магнии и калии. Почвы обеднены доступным марганцем и цинком. Обработка не привела к уменьшению доступности никеля и меди в большинстве почв. Посадки ивы на участках ремедиации находятся в удовлетворительном состоянии, но испытывают дефицит магния, марганца и цинка и поглощают повышенное количество никеля и меди.
  4. Выявлены перспективы «мягких» методов стабилизации загрязненных почв insitu, направленных на снижение мобильности и биологической доступности тяжелых металлов с помощью процессов адсорбции, ионного обмена и осаждения. Даны рекомендации по коррекции технологии хемо-фитостабилизации, включающие использование доломита вместо извести, фракционного состава и доз доломита, разделения во времени начального этапа подготовки почв (известкование), последующего внесения удобрений и посева многолетних трав и, наконец, высадки саженцев древесно-кустарниковых пород. Рекомендовано применение вермикулита Ковдорского месторождения в качестве мелиоранта. Для создания устойчивого травяного покрова целесообразно использование местных видов (например, Deschampsia cespitosa), устойчивых к суровым климатическим условиям и толерантных к повышенному содержанию тяжелых металлов в почвах.

40


СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Главы в монографиях и монографии:

  1. Влияние атмосферного загрязнения на свойства почв / Под ред. Л.А. Гришиной. М: МГУ, 1990. 205 с.
  2. Кислотные осадки и лесные почвы / Под ред. В.В. Никонова, Г.Н. Копцик. Апатиты, 1999. 320 с.
  3. Копцик Г.Н., Соколова Т.А., Макаров М.И., Дронова Т.Я., Толпешта И. Гл. 6.2. Деградация почв под влиянием кислых осадков // Деградация и охрана почв/Под ред. Г.В. Добровольского. М., 2002. С. 290-331.
  4. Koptsik, G., Lofts, S., Karavanova, E., Naumova, N., Rutgers, M. Heavy metals in forest soils: Speciation, mobility and risk assessment. Chapter 6 // Heavy Metal Contamination of Soil: Problems and Remedies / I. Ahmad, S. Hayat, J. Pitchel (Eds.). New Delhi: Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd., 2005. P. 105-156.
  5. Koptsik, G., Eldhuset, Т., Koptsik, S., Aamlid, D. Response of boreal forest ecosystems to extreme air pollution from nickel-processing industry. Chapter 7 // Nickel in Relation to Plants /B. Ali, S. Hayat, A. Ahmad (Eds.). Narosa Publishing House Pvt Ltd., New Delhi, India, 2009. Chapter 7. P. 141-172.
  6. Koptsik G.N., Demidova A.N., Smirnova I.E., Koptsik S.V., Prilepsky N.G. Response of pine forests to long-term air pollution at the northern tree line. Chapter 9 // Pine Forests: Types, Threats and Management / C.T. Frisiras (Ed.). New York: Nova Science Publishers, Inc., 2011.

Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:

  1. Копцик Г.Н., Силаева Е.Д. Буферность лесных подстилок к атмосферным кислотным осадкам // Почвоведение. 1995. № 8. С. 954-962.
  2. Koptsik G., Koptsik S. Critical loads of acid deposition for forest ecosystems in the Kola Peninsula//Water, Air, SoilPollut. 1995. V. 85. P. 2553-2558.
  3. Koptsik G., Mukhina I. Effects of acid deposition on acidity and exchangeable cations in podzols of the Kola Peninsula // Water, Air, Soil Pollut. 1995. V. 85. P. 1209-1214.
  4. Копцик Г.Н., Недбаев Н.П., Копцик СВ., Павлюк И.Н. Загрязнение почв лесных экосистем тяжелыми металлами в зоне влияния комбината "Печенганикель" //Почвоведение. 1998. № 8. С. 988-995.
  5. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Горленко, О.В. Модельный прогноз долговременной реакции подзолов Кольского полуострова на атмосферные кислотные выпадения // Почвоведение. 1999. № 2. С. 271-277.
  6. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Венн К, Омлид Д., Странд Л., Журавлева М.А. Изменение кислотности и катионообменных свойств лесных почв под воздействием атмосферных кислотных выпадений // Почвоведение. 1999. № 7. С. 873-884.

41


  1. Копцик СВ., Копцик Г.Н., Странд Л. Венн К., Омлид Д. Многопараметрический анализ кислотности и катионообменных свойств лесных почв в условиях атмосферных кислотных выпадений // Почвоведение. 1999. № 8. С. 999-1008.
  2. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Омлид Д. Трансформация элементного состава растений лесных биогеоценозов северной тайги под воздействием атмосферного загрязнения // Вестн. Моск. ун-та, сер. почвоведение. 1999. № 3. С. 37-49.
  3. Koptsik G., Teveldal S., Aamlid D., Venn К. Calculations of weathering rate and soil solution chemistry for forest soils in the Norwegian-Russian border area with the Profile model // Appi. Geochem. 1999. V. 14/2. P. 173-185.
  4. Копцик СВ., Копцик Г.Н. Многомерный статистический анализ реакции подстилок лесных почв на атмосферное загрязнение // Экология. 2000. № 2. С. 89-96.
  5. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Мурашкина-Миис М.А. Изменение химического состояния подстилок лесных экосистем под воздействием атмосферного загрязнения//Лесоведение. 2001. № 6. С. 12-20.
  6. Koptsik G., Koptsik S., Aamlid D. Pine needle chemistry near a large point S02 source in Northernmost Europe // Water, Air, Soil Pollut. 2001. V. 130. P. 929-934.
  7. Koptsik, S., Koptsik G. Effects of acid deposition on forest ecosystems in northernmost Russia: modelled and field data. // Water, Air, Soil Pollut. 2001. V. 130. P. 1277-1282.
  8. Копцик Г.Н., Налбандян К.Ф. Загрязнение лесных экосистем тяжелыми металлами в зоне влияния медно-никелевого комбината на Кольском полуострове //Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 - почвоведение. 2002. 4. С. 3-12.
  9. Koptsik G., Teveldal S., Koptsik S., Srand L. Calculations of weathering rate and soil solution chemistry for forest soils in the Norwegian-Russian border area with the PROFILE model. A Reply to the comment by M.E. Hodson // Applied Geochemistry. 2002. V. 17, No. 2. P. 123-127.
  10. Копцик СВ., Копцик Г.Н., Ливанцова С.Ю., Березина Н.А., Вахрамеева М.Г. Анализ взаимосвязи почв и растительности в лесных биогеоценозах методом главных компонент // Экология. 2003. 1. С. 37-45.
  11. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Ливанцова С.Ю., Налбандян К.Ф., Федоров И.Д., Чернявский А.Г. Пространственная изменчивость свойств подзолов лесных биогеоценозов Кольского полуострова в условиях атмосферного загрязнения //Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 - почвоведение. 2003. № 2. С. 37-43.
  12. Копцик Г.Н., Ерусланкина Л.В., Ливанцова С.Ю., Копцик СВ. Влияние атмосферного загрязнения на напочвенный покров лесных БГЦ Кольского полуострова//Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 - почвоведение. 2003. № 3. С. 22-29.
  13. Koptsik S., Koptsik G., Livantsova S., Eruslankina L., Zhmelkova Т., Vologdina Zh. Heavy metals in soils near the nickel smelter: chemistry, spatial variation, and impacts on plant diversity // J. Environ. Monit. 2003. № 5. P. 441-450.

42


  1. Копцик Г.Н. Устойчивость лесных почв к атмосферному загрязнению // Лесоведение. 2004. № 4. С. 61-71.
  2. Копцик СВ., Копцик Г.Н., Меряшкина Л.В. Ординация растительных сообществ лесных биогеоценозов Кольского Севера в условиях атмосферного загрязнения // Экология. 2004. № 2. С. 1-10.
  3. Копцик Г.Н., Алевелл К. Поведение серы в почвах лесных экосистем в условиях интенсивного атмосферного загрязнения // Почвоведение. 2004. № U.C. 1335-1349.
  4. Наумова Н.Б., Рутгерс М, Копцик Г.Н., Лукина Н.В., Милановский Е.Ю., Пампура Т.Н. Метаболическое разнообразие бактериального сообщества в генетических горизонтах ненарушенного Al-Fe-гумусового подзола // Почвоведение. 2004. № 10. С. 1211-1219.
  5. Копцик Г.Н., Лукина Н.В., Копцик СВ., Ливанцова С.Ю., Щербенко Т.А., Ерасова С.А., Удачин Н.В. Поведение тяжелых металлов в подзолах под сосновыми лесами в условиях атмосферного загрязнения на Кольском полуострове //Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 - почвоведение. 2004. № 4. С. 1-11.
  6. Murashkina М., Southard R.J., Koptsik G.N. Soil-landscape relationships in the taiga of northwestern Russia highlight the differences in the U.S. and Russian soil classification systems // Soil Science. 2005. V. 170, No. 6. P. 469-480.
  7. Вологдина Ж.В., Копцик Г.Н., Караванова Е.И. Основные закономерности и особенности поглощения меди подзолами Кольского полуострова // Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 - почвоведение. 2006. № 2. С. 32-40.
  8. Копцик Г.Н., Лукина Н.В., Смирнова И.Е. Влияние атмосферного промышленного загрязнения на состав почвенных растворов подзолов // Почвоведение. 2007. № 2. С. 223-234.
  9. Ермаков И.В., Копцик Г.Н., Копцик СВ., Лофтс С. Миграция никеля и меди в лесных подстилках под воздействием имитированных атмосферных осадков //Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 - почвоведение. 2007. № 3. С. 25-30.
  10. Koptsik G., Alewell С. Sulphur behaviour in forest soils near the largest S02 emitter in northern Europe. Appi. Geochem. 2007. V. 22, Iss. 6. P. 1095-1104.
  11. Ermakov I., Koptsik S., Koptsik G., Lofts S. Transport and accumulation of heavy metals in undisturbed soil columns // Global NEST J. 2007. V. 9, No.3. P. 187-194.
  12. Копцик СВ., Копцик Г.Н., Алябина И.О. Оценка риска избыточного поступления соединений серы в наземные экосистемы Кольского полуострова// Экология. 2008. № 5. С. 347-356.
  13. Копцик Г.Н., Лукина Н.В., Копцик СВ., Щербенко Т.А., Ливанцова СЮ. Поглощение макроэлементов и тяжелых металлов елью в условиях интенсивного атмосферного загрязнения на Кольском полуострове // Лесоведение. 2008 № 2. С. 3-12.
  14. Щербенко Т.А., Копцик Г.Н., Гроненберг Б.-Я., Лукина Н.В., Ливанцова СЮ. Поглощение элементов питания и тяжелых металлов сосной в условиях

43


атмосферного загрязнения // Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 - почвоведение. 2008. № 2. С. 9-16.

40.   Благодатская Е.В., Пампура Т.В., Богомолова И.Н., Копцик Г.Н., Лукина Н.В.

Влияние выбросов медно-никелевого комбината на микробные сообщества

почв лесных биогеоценозов Кольского полуострова // Известия РАН. Серия

биологическая. 2008. № 2. С. 232-242.

Статьи в сборниках, трудах международных и всероссийских конференций:

  1. Koptsik G., N.P.Niedbaiev. Effect of atmospheric deposition on forest soils in the Northwestmost part of Kola Peninsula // Effect of Air Pollutants on Terrestrial Ecosystems in the Border Area between Russia and Norway. Proc. 1st symp. Svanvik, 1992. P. 48-55.
  2. Koptsik G.N., Sokolova T.A., Terekhin V.G. Estimation of forest soil buffering to acid deposition // Effect of Air Pollutants on Terrestrial Ecosystems in the Border Area between Russia and Norway. Proc. 1st symp. Svanvik, 1992. P. 177-184.
  3. Koptsik G., Silaeva E., Mukhina I., Nedbaev N. Forest soil buffering to acid deposition // Effect of Air Pollutants on Terrestrial Ecosystems in the Border Area between Norway and Russia. Proc. 2nd symp. Svanvik, 1994. P. 61-67.
  4. Koptsik G., Koptsik S. Assessment of critical loads of acidity for soils in the Kola Peninsula // Effect of Air Pollutants on Terrestrial Ecosystems in the Border Area between Norway and Russia. Proc. 2nd symp. Svanvik, 1994. P. 54-60.
  5. Aamlid D., Tommervik H., Gytarsky M, Karaban' R., Venn K., Rindal Т., Vassilieva N., Koptsik G., Lobersli E. Determination of exceedance of critical levels in the border area between Norway and Russia // Effect of Air Pollutants on Terrestrial Ecosystems in the Border Area between Norway and Russia. Proc. 2nd symp. Svanvik, 1994. P. 19-24.
  6. Koptsik G. Forest soil response on air pollution in the North-Western part of Kola Peninsula // 10th World Clean Air Congress. Helsinki, 1995. P. 419-422.
  7. Koptsik G., Teveldal S. The main mineralogy in 9 profiles from Kola (6) and Finnmark (3). Norwegian Forest Research Institute Report. Вs, 1995. 78 p.
  8. Koptsik, G., Koptsik, S., Moiseev, В., Makarov, M. and Morgun, L. Critical loads of acid deposition on forest soils in European Russia on different regional scales // ICEP-3. Budapest, 1996. P. 176-187.
  9. Koptsik G.N., Koptsik S.V., Livantsova S.Yu. Assessment of soil quality for biodiversity conservation in boreal forest ecosystems // Sustaining the Global Farm -Selected papers from the 10th ISCO Meeting / D.E. Stott, R.H. Mohtar, G.C. Stein-hardt (eds). ISCO, USD A, Purdue Univ., West Lafayette, IN., 2001. P. 627-634.
  10. Koptsik S.V., Koptsik G.N. Soil pollution patterns in terrestrial ecosystems of the Kola Peninsula, Russia // Sustaining the Global Farm - Selected papers from the 10th ISCO Meeting / D.E. Stott, R.H. Mohtar, G.C. Steinhardt (eds). ISCO, USD A, Purdue University, West Lafayette, IN., 2001. P. 212-216.

44


  1. Ермаков И.В., Копцик Г.Н., Лофтс С, Копцик СВ. Исследование загрязнения и восстановления почв в окрестностях горно-металлургического комбината «Североникель» // Современные экологические проблемы Севера (к 100-летию со дня рождения О.И. Семенова-Тян-Шанского). Материалы международной конференции. Ч. 1. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2006. С. 64-66.
  2. Смирнова И.Е., Щербенко Т.А., Копцик Г.Н. Подвижность и биологическая доступность тяжелых металлов в фоновых и загрязненных почвах Кольского полуострова // Антропогенная динамика природной среды. Материалы международной научно-практ. конференции. Т. 1. Пермь, 2006. С. 185-187.
  3. Ермаков И.В., Смирнова И.Е., Копцик Г.Н., Копцик СВ. Ремедиация загрязненных подзолов в модельных условиях // Современные проблемы загрязнения почв. Сборник материалов 2-ой Международной научной конференции. Т. 2. Москва, 2007. С. 280-283.
  4. Копцик СВ., Копцик Г.Н., Groenenberg B.-J., Lofts S., Voogd J.C, de Vries W. Экологические риски избыточного поступления тяжелых металлов в почвы Кольского полуострова // Современные проблемы загрязнения почв. Сборник материалов 2-ой Междунар. научной конференции. Т. 2. М., 2007. С. 86-87.
  5. Смирнова И.Е., Ермаков И.В., Шевченко Я.В., Г.Н. Копцик. Оценка возможности применения сорбентов для восстановления загрязненной почвы в статических адсорбционных экспериментах // Современные проблемы загрязнения почв. Сборник материалов 2-ой Международной научной конференции. Т. 2. Москва, 2007. С. 323-327.
  6. Смирнова И.Е., Копцик Г.Н. Исследование состава почвенных растворов как способ диагностики техногенной трансформации почв и фитоценозов // Ноосферные изменения в почвенном покрове. Материалы международной научно-практической конференции. Владивосток, 2007. С. 289-292.
  7. Koptsik G., Koptsik S., Aamlid D. Bioavailability and phytotoxicity of heavy metals in soils affected by nickel-processing industry in northern Fennoscandia // Sudbury 2007 Mining and the Environment Conference Proceedings. / P. Beckett, J. Richard, G. Spiers (Eds.). Sudbury, 2007. 10 p.
  8. Koptsik S., Koptsik G., de Vries W., Groenenberg B.-J., Lofts S., Voogd J.C. Present and future risks of excess heavy metal input to terrestrial ecosystems in the Kola Peninsula // Sudbury 2007 Mining and the Environment Conference Proceedings / P. Beckett, J. Richard, G. Spiers (Eds.). Sudbury, 2007. 10 p.
  9. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Лукина Н.В., Исаева Л.Г., Ермаков И.В., Смирнова И.Е., Ливанцова СЮ. Апробация технологии Cleansoil для ремедиации загрязненных тяжелыми металлами почв // Экологические проблемы Северных регионов и пути их решения. Ч. 2. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Апатиты, 2008. С. 57-60.
  10. Тонкова З.О., Смирнова И.Е., Копцик Г.Н. Фиторемедиация альфегумусовых подзолов, загрязненных никелем и медью // Экологические проблемы Север-

45


ных регионов и пути их решения. Ч. 2. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Апатиты, 2008. С. 104-106.

  1. Тонкова З.О., Шевченко Я.В., Смирнова И.Е., Копцик Г.Н. Влияние свойств почв на биодоступность и токсичность никеля и меди для растений // Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий. Материалы второй Всероссийской научной конференции. Астрахань, 2008. С. 194-198.
  2. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Ливанцова С.Ю., Смирнова И.Е. Ремедиация загрязненных тяжелыми металлами почв путем промывания in situ // Экологический вестник Северного Кавказа. 2010. Т. 6, №2. С. 26-30.
  3. Смирнова И.Е., Копцик Г.Н. Потенциальные возможности применения природных минералов и промышленных отходов для рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. Сборник трудов II Всероссийской научной конференции. Краснодар, 2010. С. 44-48.
  4. Смирнова И.Е., Копцик Г.Н. Изменение состава почвенного раствора при восстановлении почв, загрязненных тяжелыми металлами // Современные проблемы загрязнения почв. Сборник трудов Международной научной конференции. Москва, 2010. С. 283-287.
  5. Копцик Г.Н., Копцик СВ., Смирнова И.Е. Современные возможности ремедиации загрязненных территорий: опыт Кольского полуострова. Охрана окружающей среды и промышленная деятельность на Севере. Материалы 2-ой международной экологической конференции. Норильск, 22-24 сентября 2011 г. Норильск, 2011. С. 24-28.

46

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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