Почвенно-экологическое состояние острова Cамойловский, дельта реки Лены
|
Введение 3
1.1 Почвы дельт криолитозоны 5
1.2 Особенности почвообразования в условиях криолитозоны 12
1.3 Особенности почвообразования в дельтах рек 18
1.4 Оценка почвенно-экологического состояния почв 19
1.5 Природные условия дельты реки Лены и о. Самойловский 30
1.5.1 Геоморфология 30
1.5.2 Климат 33
1.5.3 Гидрологические условия 36
1.5.4 Ландшафты 38
1.5.5 Растительный покров 38
1.5.6 Почвенный покров 39
1.6 Объекты и методы 48
1.6.1 Метод определения гранулометрического состава почв 48
1.6.2 Метод определения количественного содержания тяжелых металлов в почве 48
1.6.3 Метод определения микробиологической активности почв 50
1.6.4 Метод определения содержание органического углерода в почве 50
1.6.5 Метод определения актуальной кислотности почв 50
1.7 Результаты и обсуждение 51
1.7.1 Оценка содержания органического углерода в почвах 51
1.7.2 Оценка pH почв 54
1.7.3 Оценка микробиологической активности почв 55
1.7.4 Оценка содержания тяжелых металлов в почве 58
1.7.5 Оценка гранулометрического состава почв 64
Выводы 66
Благодарности 68
Литература 69
1.1 Почвы дельт криолитозоны 5
1.2 Особенности почвообразования в условиях криолитозоны 12
1.3 Особенности почвообразования в дельтах рек 18
1.4 Оценка почвенно-экологического состояния почв 19
1.5 Природные условия дельты реки Лены и о. Самойловский 30
1.5.1 Геоморфология 30
1.5.2 Климат 33
1.5.3 Гидрологические условия 36
1.5.4 Ландшафты 38
1.5.5 Растительный покров 38
1.5.6 Почвенный покров 39
1.6 Объекты и методы 48
1.6.1 Метод определения гранулометрического состава почв 48
1.6.2 Метод определения количественного содержания тяжелых металлов в почве 48
1.6.3 Метод определения микробиологической активности почв 50
1.6.4 Метод определения содержание органического углерода в почве 50
1.6.5 Метод определения актуальной кислотности почв 50
1.7 Результаты и обсуждение 51
1.7.1 Оценка содержания органического углерода в почвах 51
1.7.2 Оценка pH почв 54
1.7.3 Оценка микробиологической активности почв 55
1.7.4 Оценка содержания тяжелых металлов в почве 58
1.7.5 Оценка гранулометрического состава почв 64
Выводы 66
Благодарности 68
Литература 69
Почвы - один из основных полифункциональных компонентов биосферы. Ее свойства позволяют идентифицировать изменения гидрологического режима, интенсивность различных видов выветривания, динамику накопления и выноса элементов земной коры в экосистемах и пр. Река Лена имеет наибольшую по площади дельту, находящуюся в пределах зоны сплошного распространения вечной мерзлоты на территории российской Арктики. Данный водный объект обладает рядом специфических черт, связанных с генезисом процессов, обеспечивающих перенос вещества и энергии между компонентами географической оболочки на данном участке.
Почва является пространственным базисом любой наземной экосистемы, скорость ее формирования определяет скорость формирования всех других компонентов экосистемы и качество их функционирования (фито-, микробо-, зооценозов и т. д.), в то же время почвы являются интегральным природным образованием, несущим в себе отражения климатических, литологических, геоморфологических, геохимических, биологических, гидрологических и прочих условий их формирования и развития. Представляется крайне интересной и актуальной оценка почвенно-экологического состояния как способности той или иной территории обеспечивать развитие и функционирование почвы и почвенного покрова, что в свою очередь зависит от специфики местных факторов почвообразования (Гуркова, 2009). Несмотря на уникальность изучаемого региона, территория остается малоизучена и весьма перспективна как для научно-исследовательской деятельности, так и для прикладного использования.
В настоящее время активно ведется освоение криолитозоны России. Почвенной покров мерзлотных областей Якутии подвержен критическим изменениям вследствие повышения средних годовых температур на протяжении последних десятков лет (Десяткин, 2016). Экстенсивное человеческое вмешательство в естественные экосистемы может негативно отразиться на эволюции и разнообразии почвенного покрова данных территорий. В работе было оценено почвенно-экологическое состояние о-ва Самойловский. В качестве объекта исследования выбран почвенный покров острова, подверженного действию природных факторов (речные, поемные процессы), а также антропогенной нагрузке, исходящей от расположенной на нем научно-исследовательской станции «Самойловский». Целью работы является анализ почвенного разнообразия и эффективности выполнения почвами о-ва Самойловский своих ключевых экологических функций В связи с этой целью были поставлены следующие задачи:
определение морфологических особенностей и таксономического разнообразия почв;
идентификация физических, химических, биогенных процессов, протекающих в почвенном покрове данной территории;
анализ почвенных характеристик, как основного индикатора экологического состояния местных экосистем;
выявление основных природных и антропогенных факторов, формирующих экологическую обстановку острова
Почва является пространственным базисом любой наземной экосистемы, скорость ее формирования определяет скорость формирования всех других компонентов экосистемы и качество их функционирования (фито-, микробо-, зооценозов и т. д.), в то же время почвы являются интегральным природным образованием, несущим в себе отражения климатических, литологических, геоморфологических, геохимических, биологических, гидрологических и прочих условий их формирования и развития. Представляется крайне интересной и актуальной оценка почвенно-экологического состояния как способности той или иной территории обеспечивать развитие и функционирование почвы и почвенного покрова, что в свою очередь зависит от специфики местных факторов почвообразования (Гуркова, 2009). Несмотря на уникальность изучаемого региона, территория остается малоизучена и весьма перспективна как для научно-исследовательской деятельности, так и для прикладного использования.
В настоящее время активно ведется освоение криолитозоны России. Почвенной покров мерзлотных областей Якутии подвержен критическим изменениям вследствие повышения средних годовых температур на протяжении последних десятков лет (Десяткин, 2016). Экстенсивное человеческое вмешательство в естественные экосистемы может негативно отразиться на эволюции и разнообразии почвенного покрова данных территорий. В работе было оценено почвенно-экологическое состояние о-ва Самойловский. В качестве объекта исследования выбран почвенный покров острова, подверженного действию природных факторов (речные, поемные процессы), а также антропогенной нагрузке, исходящей от расположенной на нем научно-исследовательской станции «Самойловский». Целью работы является анализ почвенного разнообразия и эффективности выполнения почвами о-ва Самойловский своих ключевых экологических функций В связи с этой целью были поставлены следующие задачи:
определение морфологических особенностей и таксономического разнообразия почв;
идентификация физических, химических, биогенных процессов, протекающих в почвенном покрове данной территории;
анализ почвенных характеристик, как основного индикатора экологического состояния местных экосистем;
выявление основных природных и антропогенных факторов, формирующих экологическую обстановку острова
Дельта реки Лена находится в зоне сплошного распространения ММП. Почвы острова Самойловский развиваются под действием поемно-аллювиальных процессов почвообразования и совокупности зональных процессов таких, как торфообразование, оглеение и криогенез. Почвенное разнообразие представлено 3 стволами (постлитогенные, органогенные и синлитогенные), которые включают 5 отделов (органо-аккумулятивные, альфегумусовые, торфяные, глеевые и стратоземы). Все почвенные пробы были относятся к 5 типам гранулометрического состава: песок, суглинистый песок, опесчаненый суглинок, опесчаненый глинистый суглинок и опесчаненая глина. Стратоземы расположены на территориях, подверженных поемно-аллювиальным процессам, здесь происходит накопление свежего речного материала, в результате чего формируется слоистость почвенной толщи: органические горизонты прослаиваются песками и глинами. Также зачастую встречаются погребенные органические горизонты. Подбуры распространены на острове в районе, который в недавнем прошлом было подвержен поемному режиму, в нем сохранились признаки стратоземов, но при отсутствии ежегодных подтоплений, процессы гумусонакопления выражен в большей степени. Подзолы формируются на хорошо дренированных участках, а также склонах, здесь явно выражена миграция ионов Fe и Al вниз по профили с образованием железистых конкреций в нижележащих горизонтах, в этих почвах практически не развит гумусовый горизонт. В депрессиях термокарстовых котловин развиваются торфяные почвы. Данные почвы являются зональными в дельте, гранулометрический состав - легкий суглинок. Торфяные почвы также являются в дельте зональными почвами, здесь накапливается большое количество органических остатков (от 20 до 40 кг/м2), которые находятся здесь в замороженном состоянии в составе мерзлых пород. Ежегодно происходит депонирование новых органических остатков в ММП. Глеевые почвы формируются на породах тяжелого гранулометрического состава и/или вблизи распространения ММП, на границе с которыми накапливается влага, в результате чего образуются анаэробные условия, изменяются окислительно-восстановительные условия, происходит переход валентности железа на II.
Наиболее высока микробиологическая активность в почвах, где выражены процессы торфообразования и торфонакопления, расположенные на более дренированных территориях При возрастании обводненности и застоя влаги микробиологическая активность падает, наименьшие показатели отмечаются в стратоземах, где ежегодно происходят сезонные подтопления речными водами, размыв гумусоаккумулятивных горизонтов и переотложенные материала, что в большинстве случаем неблагоприятно сказывается на деятельности микробиоты. Следовательно, на активность почвенной эмиссии СО2 непосредственное влияние оказывают орографические особенности местности, гидрологические и климатические показатели на исходном участке. Наибольшее содержание органического углерода приурочено к органогенным горизонтам, в минеральных горизонтах намывного аллювия содержание углерода намного меньше.
На формирование и развитие почв в дельте реки Лена влияют несколько групп природных процессов. Близкое расположение ММП оказывает воздействия в виде развития криогенных процессов.Также породы выступают в виде геохимического барьера, где происходит аккумуляция органики и органо-минеральных соединений. Отмечена аккумуляция ТМ на границе с ММП. Особенности распределения ТМ по профилю непосредственно зависят от характера распределения гумуса, а также кислотности почвы. Среди природных факторов необходимо выявить климатические, геоморфологические, геологические, а также биологические и гидрологические. В связи с тем, что последние десятки лет на территории острова и в его окрестностях не было зафиксировано однозначного тренда увеличения температур воздуха, сложно говорить на данный момент о непосредственных рисках изменения климатических характеристик и в следствие этого повышении эмиссии CO2 на исходном участке.
Разнообразие почвенно-геохимических условий в пределах острова предопределяет различия в уровнях концентраций ТМ в почвах. Исследуемая область в значительной степени удалена от центров промышленной деятельности, в силу чего антропогенная нагрузка предельно мала, почвы являются незагрязненными тяжелыми металлами. Также отсутствуют природные источники предваряющие аномальное содержание ТМ в почвах. Наибольшее валовое содержание кислоторастворимых и подвижных форм ТМ отмечается у цинка. Превышение по ПДК отмечается лишь у подвижных форм Ni в пробах серогумусовой оглееной почвы и стратозема серогумусового. Это может быть связано с комбинацией условий повышенного содержания органического вещества и избыточного увлажнения, в которых происходит трансформация соединений Ni и увеличение подвижных форм этого микроэлемента. При прогнозировании увеличения антропогенной нагрузки и постоянного внесения загрязняющих элементов в почвенный покров данного региона, необходимо отметить возможную аккумуляцию поллютантов в почвенном профиле на границе с многолетнемерзлыми породами, в таких почвах, как глееземы, торфяные, с плохим дренажем в условиях постоянного накопления органики и более тяжелым грунулометрическим составом, также возможна аккумуляция в гумусо-аккумултивных горизонтах почв.
Наиболее высока микробиологическая активность в почвах, где выражены процессы торфообразования и торфонакопления, расположенные на более дренированных территориях При возрастании обводненности и застоя влаги микробиологическая активность падает, наименьшие показатели отмечаются в стратоземах, где ежегодно происходят сезонные подтопления речными водами, размыв гумусоаккумулятивных горизонтов и переотложенные материала, что в большинстве случаем неблагоприятно сказывается на деятельности микробиоты. Следовательно, на активность почвенной эмиссии СО2 непосредственное влияние оказывают орографические особенности местности, гидрологические и климатические показатели на исходном участке. Наибольшее содержание органического углерода приурочено к органогенным горизонтам, в минеральных горизонтах намывного аллювия содержание углерода намного меньше.
На формирование и развитие почв в дельте реки Лена влияют несколько групп природных процессов. Близкое расположение ММП оказывает воздействия в виде развития криогенных процессов.Также породы выступают в виде геохимического барьера, где происходит аккумуляция органики и органо-минеральных соединений. Отмечена аккумуляция ТМ на границе с ММП. Особенности распределения ТМ по профилю непосредственно зависят от характера распределения гумуса, а также кислотности почвы. Среди природных факторов необходимо выявить климатические, геоморфологические, геологические, а также биологические и гидрологические. В связи с тем, что последние десятки лет на территории острова и в его окрестностях не было зафиксировано однозначного тренда увеличения температур воздуха, сложно говорить на данный момент о непосредственных рисках изменения климатических характеристик и в следствие этого повышении эмиссии CO2 на исходном участке.
Разнообразие почвенно-геохимических условий в пределах острова предопределяет различия в уровнях концентраций ТМ в почвах. Исследуемая область в значительной степени удалена от центров промышленной деятельности, в силу чего антропогенная нагрузка предельно мала, почвы являются незагрязненными тяжелыми металлами. Также отсутствуют природные источники предваряющие аномальное содержание ТМ в почвах. Наибольшее валовое содержание кислоторастворимых и подвижных форм ТМ отмечается у цинка. Превышение по ПДК отмечается лишь у подвижных форм Ni в пробах серогумусовой оглееной почвы и стратозема серогумусового. Это может быть связано с комбинацией условий повышенного содержания органического вещества и избыточного увлажнения, в которых происходит трансформация соединений Ni и увеличение подвижных форм этого микроэлемента. При прогнозировании увеличения антропогенной нагрузки и постоянного внесения загрязняющих элементов в почвенный покров данного региона, необходимо отметить возможную аккумуляцию поллютантов в почвенном профиле на границе с многолетнемерзлыми породами, в таких почвах, как глееземы, торфяные, с плохим дренажем в условиях постоянного накопления органики и более тяжелым грунулометрическим составом, также возможна аккумуляция в гумусо-аккумултивных горизонтах почв.