Введение к работе
Актуальность исследования. Природные ландшафты Кольского Заполярья на протяжении более 60 лет испытывают интенсивное техногенное воздействие со стороны предприятий черной и цветной металлургии. Лесные биоценозы, находящиеся на пределе условий нормального существования (Раменская М.Л., 1983; Костина В.А., 2003; Королева Н.Е., 2009), аккумулируют значительные объемы загрязняющих веществ, в том числе высокотоксичных тяжелых металлов. Интенсивная промышленная эмиссия токсичных соединений существенно изменяет свойства почв (Чертов О.Г., Меньшикова Г.П., 1983; Евдокимова Г.А. и соавт., 1984; Израэль и соавт., 1989; Chertov O.G. et al., 1993; Никонов В.В., Копцик Г.Н., 1999; Евсеев А.В., 2002; Переверзев В.Н. с соавт., 2002), разрушает почвенные геохимические барьеры (Добровольский Г.В., Никитин Е.Д., 1986; Глазовская М.А., 1997), изменяет структуру растительных ассоциаций и биогеохимические особенности растений (Кабата-Пендиас А., Пендиас Х, 1989; Ильин В.Б., 1985, 1991; Касимов Н.С., 2004; Добровольский В.В., 2009).
Комплексные эколого-геохимические исследования природных биогеосистем, подверженных воздействию промышленных предприятий, позволяют выявить особенности накопления и миграции химических элементов в пределах систем элементарных ландшафтов, оценить объемы загрязняющих веществ, депонированных в их основных компонентах (Скарлыгина-Уфимцева М.Д., 1980; Сает Ю.Е. и соавт., 1990; Водяницкий Ю.Н., 2010). Установление эколого-геохимических особенностей природных и техногенно измененных ландшафтов позволяют прогнозировать дальнейшие изменения в пределах данных природных комплексов и рекомендовать методы и приемы их восстановления (Мелихов И.С., 1961; Красовская Т.М., Евсеев А.В., 1990; Глазов М.В., 1997; Мотузова Г.В., 2000, 2001; Никонов В.В. и соавт., 1999, 2005)
Цель и задачи исследования. Цель исследования – проведение комплексного эколого-геохимического исследования и оценка геохимического состояния ландшафтов крайнего северо-запада Кольского полуострова. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Изучение физико-географических условий и ландшафтной структуры региона в ходе полевых исследований и работы с литературными и статистическими данными;
2. Исследование почвенного покрова рассматриваемого региона, выявление особенностей распространения основных типов почв, их морфологическая, физико-химическая и геохимическая характеристика;
3. Характеристика растительного покрова региона, исследование вещественного состава распространенных видов растений;
4. Определение содержания кислоторастворимых форм и валовых концентраций тяжелых металлов (Cu, Ni, Mn, Co, Zn, Pb, Cd) в почвообразующих породах, почвенных горизонтах, снеге и наземных органах растений;
5. Оценка степени трансформации природных ландшафтов в зоне влияния горно-металлургического комбината «Печенганикель», поселок Никель.
Объекты исследования. Объектами исследования являлись северо-таежные, лесотундровые и горно-тундровые ландшафты крайнего северо-запада Кольского полуострова, расположенные в пределах правобережной части долины реки Паз (Патсойоки) и обрамляющей серии останцовых возвышенностей.
Материально-фактическая база и методы исследования. В качестве картографической основы исследования были использованы топографические карты масштаба 1:200000 и 1:100000, а также ландшафтная карта заповедника «Пасвик» масштаба 1:25000, составленная к.г.н. Н.В. Поликарповой. В ходе исследования также использовались: тектоническая карта (1:1000000), геологическая карта (1:1000000 и 1:200000), почвенная карта (1:2000000) и другие картографические материалы.
Большая часть аналитических исследований проведены автором в лаборатории кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ. Проведено более 2000 элемент-определений подвижных форм тяжелых металлов в образцах почв, почвообразующих пород, золе растений, снеговой воде; более 1500 элемент-определений валовых концентраций в почве и золе растений; более 1000 общих химических анализов; 50 гранулометрических и 40 минералогических анализов почвообразующих пород и минеральных горизонтов почв.
Статистическая обработка и анализ фактического материала проводились автором с использованием пакета «Описательная статистика» Microsoft Excel 2007.
Научная новизна. Впервые для крайнего северо-запада Кольского полуострова установлены эколого-геохимические особенности трансформации природных ландшафтов в условиях воздействия металлургического предприятия, расположенного в поселке Никель. Установлены особенности латеральной и радиальной миграции рассеянных элементов в пределах систем геохимически сопряженных ландшафтов. Выявлены особенности элементного состава покровообразующих видов растений.
Практическая значимость исследования. Фактический материал, полученный в ходе исследования, может быть использован как база данных при дальнейшем изучении, как рассматриваемой территории, так и сопредельных регионов. Результаты исследования внедрены в практику научной работы государственного природного заповедника «Пасвик», использованы при подготовке ежегодного научного отчета – «Летописи природы заповедника «Пасвик»» (справка о внедрении № 221/003 от 10.07.2009). Результаты исследований за 2007-2008 гг. представлены в Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации.
Результаты авторских исследований использовались при разработке и чтении учебных курсов «Индикация состояния окружающей среды» и «География почв с основами почвоведения» на географическом факультете Московского педагогического государственного университета.
Защищаемые положения.
1. Особенности проявления ландшафтообразующих факторов в пределах северо-запада Кольского полуострова предопределили разнообразие биогеосистем и, как следствие, геохимических обстановок, представляющих собой катены закономерно сменяющих друг друга элементарных ландшафтов.
2. Геохимические параметры фоновых ландшафтов характеризуются значительной активностью химических элементов и являются результатом особенностей функционирования биогеосистем на границе полярной и бореальной почвенно-биоклиматических зон.
3. Промышленные предприятия северо-запада Кольского полуострова являются источниками значительного объема рассеянных элементов, поступающих с атмосферными выбросами в ландшафты расположенные на расстоянии до 20-30 км. Почвенный покров аккумулирует значительный объем загрязняющих веществ, многие из которых относятся к высокотоксичным соединениям.
4. Растительный покров региона испытывает значительное техногенное воздействие, что сказывается на изменении естественных растительных ассоциаций, обеднении видового состава, вплоть до полного исчезновения растительности и формирования техногенных пустошей. В химическом составе наземных вегетативных органов растений наблюдается потеря биофильных элементов и накопление токсичных объемов Ni, Cu, Pb, Co.
5. Биогеосистемы северной и центральной частей заповедника «Пасвик», расположенного в зоне распространения атмосферных выбросов ГМК «Печенганикель», принимают значительные объемы поллютантов, концентрирующихся в подстилке, органогенных горизонтах почв и наземных частях растений.
Апробация работы. Основные результаты проведенного исследования докладывались на заседании комиссии геохимии ландшафта Московского центра Русского географического общества (2007, 2009), на научных чтениях МПГУ (2009), на совещании в рамках «Круглого стола молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки» (Москва, 2009), на заседаниях кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ (2007, 2009), а также на конференциях: V Международное совещание «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2008); Всероссийская научная конференция XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России», (Санкт-Петербург, 2009); Региональная научная конференция «20-летие заповедника Кузнецкий Алатау» (Кемерово, 2009); Всероссийская научная конференция XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв» (Санкт-Петербург, 2010); I Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование» (Москва, 2010); Международная конференция «Ресурсный потенциал почв – основа продовольственной экологической безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011).
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано двенадцать печатных работ общим объемом 2,64 п.л., в том числе три в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 155 страниц машинописного текста, включая 25 таблиц, 38 рисунков. Список литературных источников включает 146 наименований, в т.ч. 8 на иностранном языке.
