Физико-географическая характеристика территории природного парка

Оглавление Введение Глава 1. Методика исследования

1.1 Изучение геохимических процессов поверхностных вод и почвенного покрова

1.2 Методы исследования

1.2.1 Полевые исследования

1.2.2 Камеральная обработка полевых материалов Глава 2. Физико-географическая характеристика районов исследования

2.1 Физико-географическая характеристика территории природного парка «Кондинске озера»

2.2 Физико-географическая характеристика территории Тюменского федерального заказника Глава 3. Сравнительный анализ химического состава торфов и поверхностных вод средней тайги и подтайги Заключение Список литературы

Почвы являются важным компонентом биосферы, т.к. почвенная оболочка определяет множество процессов, происходящих в природе. Это связано со способностью почв аккумулировать химические вещества разного происхождения. Почвенный покров рассматривают как биологический поглотитель и нейтрализатор различных загрязнений. Нарушение или даже уничтожение этого важнейшего звена приведет к необратимым изменениям функционирования биосферы.

Современное воздействие хозяйственной деятельности на природу сопровождается изменениями процессов, происходящих в почвах. Поэтому на современном этапе важно знание процессов взаимодействие почв, атмосферных осадков, растительности, грунтовых вод, т.к. каждое звено этой системы претерпевает антропогенное изменение. Особое значение приобретает исследование этих процессов в районах нефтедобычи Тюменской области, где активность хозяйственного воздействия очень велика.

В Тюменской области большие площади заняты болотами, в которых формируются торфяно-болотные почвы, торфяной слой которых аккумулирует химические элементы. Изучение систем растения-торфообразователи — торфяной слой торфяно-болотных почв — поверхностные воды стали объектом исследования данной дипломной работы. Территориями, где происходил сбор полевых образцов во время производственных практик, стал природный парк «Кондинские озера», расположенный в средней тайге, и заказник «Тюменский», расположенный в подтайге.

Цель работы — сравнительный анализ химического состава растений-торфообразователей, торфяно-болотных почв (торфяного слоя), поверхностных вод в экосистемах средней тайги и подтайги.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать состояние изученности проблемы.

2. Изучить физико-географическую характеристику районов исследования.

3. Собрать полевые материалы, провести химические анализы состава торфов, поверхностных вод и растений.

4. Выполнить камеральную обработку полученных результатов анализов.

Основой для дипломной работы стали:

1. Материалы, собранные в период прохождения полевых и производственных практик на территории Тюменского заказника и природного парка «Кондинские озера» и фондовые материалы кафедры физической географии и экологии ТюмГУ.

2. Результаты химических анализов, выполненные в период прохождения стажировки в институте почвоведения и агрохимии СО РАН г. Новосибирск;

Глава 1. Методика исследования

1.1 Изучение геохимических процессов поверхностных вод и почвенного покрова Геохимические процессы миграции химических элементов являются объектами исследования с начала ХХ века (В.И. Вернадский, А. Е. Ферсман, Ф. У. Кларк, А. П. Виноградов, А. Кабата — Пендиас, В. Б. Ильин, А. И. Сысо, В. А. Касатиков, К. И. Трифонов, В. А. Девисилов, Г. А. Ларионов, В. Я. Хренов и многие другие). Во многих работах рассмотрены четыре основных типа миграции химических элементов, описаны специфические черты.

Изучение проблемы взаимозависимости химического состава поверхностных вод, почв и растений началось относительно недавно. Это объясняется временем технической модернизации спектрального анализа, когда стали использоваться дифракционные решетки и двойные монохроматоры с автоматическим сканированием, дающие исправленные спектры при проведении спектральных анализов.

В работе А. Кабата — Пендиас и Х. Пендиас «Микроэлементы в почвах и растениях» (1989) подробно описаны биохимические и геохимические процессы, влияющие на распределение, поглощение, миграцию большого количества микроэлементов в растениях и почвах и представлен подробный химический состав растений.

В монографии В. Б. Ильина «Тяжелые металлы в системе почва — растение» (1991) рассмотрена миграция тяжелых металлов из незагрязненных и техногенно загрязненных почв в растения, произрастающие на этих почвах. Охарактеризованы направления, перемещения тяжелых металлов в почвенном профиле в процессе почвообрахования.

Работа В. Б. Ильина и А. И. Сысо «Микроэлементы в почвах и растениях Новосибирской области» (2001) посвящена анализу распределения химических элементов по почвенному профилю, взаимосвязь химического состава почв с почвообразующими породами, содержание тяжелых металлов в растениях и сезонная динамика их концентрации.

Исследования В. А. Касатикова, А. И. Еськова, В. А. Черникова и др. (2003), К. И. Трифонова, В. А. Девисилова (2007), Х. А. Джувеликяна, Д. И. Щеглова, Н. С. Горбуновой (2009) Г. А. Ларионова, Е. П. Царевой, Н. В. Шипцовой (2009) посвящены изучению особенностей процессов миграции различных элементов (марганец, железо, медь, никель и др). в почвах и миграция тяжелых металлов в биологической цепи почва — растение — животное.

Для регионов, в которых отбирались образцы воды и почв для химических анализов, исследования такого рода приводили В. Я. Хренов (2011), В. А. Боев (2012), В. М. Калинин и В. Ю. Хорошавин (2012)

1.2 Методы исследования

1.2.1 Полевые исследования При сборе полевых материалов были использованы нормативно-правовые документы: ГОСТ 17.4.3.01−83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб», ГОСТ 31 861–2012 «Вода. Общие требования к отбору проб», рекомендации Р52.24.353−2012. «Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод».

Отбор проб воды, торфа из болотно-торфяных почв и растений, для химического анализа, проводился с территории природного парка «Кондинские озера» (подзона средняя тайга) и Тюменского федерального заказника (подзона подтайга).

Отбор проб воды.

Пробы поверхностных вод Тюменского заказника и природного парка «Кондинские озера» проводился в соответствии с ГОСТ 31 861–2012 «Вода. Общие требования к отбору проб» и рекомендациями Р52.24.353−2012. «Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод» (утв. Росгидрометом 10.05.2012).

В Тюменском заказнике пробы воды отбирались из р. Ахманка, р. Бухталка и в болотном массиве.

Ахманка — река в России, протекает в Свердловской области, Тюменской области. Устье реки находится в 246 км по левому берегу реки Тура. Длина реки составляет 53 км. По данным государственного водного реестра России относится к Иртышскому бассейновому округу, водохозяйственный участок реки — Тура от впадения реки Тагил и до устья, без рек Тагил, Ница и Пышма, речной подбассейн реки — Тобол. Речной бассейн реки — Иртыш. (http://dic.academic.ru)

Точка отбора проб воды находится в среднем течении реки, в 50 м ниже бобровой плотины. Ширина реки 2,27 м, максимальная глубина 0,24 м, максимальная скорость 0,06 м/с. Долина выражена хорошо, имеет трапецеобразную форму. Берега высокие (2−2,5 м). Правый берег залесен березой, липой, тополем, редко сосной. Левый берег изрезан оврагами с ивняком, злаковыми, разнотравьем, хвощем полевым. Координаты точки отбора проб: 57° 33' 13,0″ с.ш.; 64° 59' 28,1″ в.д.

Бухталка — река в России, протекает в Свердловской области, Тюменской области. Устье реки находится в 13 км по левому берегу реки Ахманка. Длина реки составляет 19 км. По данным государственного водного реестра России относится к Иртышскому бассейновому округу, водохозяйственный участок реки — Тура от впадения реки Тагил и до устья, без рек Тагил, Ница и Пышма, речной подбассейн реки — Тобол. Речной бассейн реки — Иртыш. (http://dic.academic.ru)

В момент отбора проб ширина реки составила 5,6 метра. Максимальная глубина 0,32 метра. Течения нет. Русло заросло растительностью. Берега умеренно крутые. Координаты отбора проб: 57° 28' 54,3″ с. ш; 65° 08' 15,5″ в.д. На левом берегу произрастает тростник, липа, береза, осина, подрост ели, злаковые, разнотравье. На правом берегу — парковый березняк.

В природном парке «Кондинские озера» пробы воды отбирались из р. Еныя — основной водной артерии парка. Река образуется из слияния рек Большая Еныя и Малая Еныя, течет на северо-запад и впадает в залив в северо-восточной части оз.Арантур. Ширина русла 3−5 м, глубина до 1,2 м. Пойма реки левосторонняя, заболочена и заросла лиственным лесом.

Способы отбора:

1. С моста

2. С судна

3. В районе брода

4. С берега Каждый вид отбора проб имеет свои особенности.

К мостам обычно есть хороший доступ, можно точно определить место взятия пробы, контролировать точку отбора как по вертикали, так и по горизонтали, безопасно производить отбор проб при любых погодных условиях и при любом состоянии водотока. Неудобства связаны с движением дорожного транспорта, а также судов по реке. (Р52.24.353−2012.)

Отбор проб с судов является гибкой формой отбора проб, поскольку может быть осуществлен в любой точке продольного или поперечного сечения реки. Однако необходимо точно привязать точку отбора проб к наземным ориентирам. Необходимо убедиться, что судно не нарушило донные отложения и они не попали в пробу. (Р52.24.353−2012.)

При отборе проб в районе брода в малых реках неизбежно нарушаются придонные слои вод. Поэтому оператор должен входить в воду ниже по течению от места отбора.

Отбор проб с берега следует применять только при отсутствии других возможностей. Пробу предпочтительно отбирать в местах с быстрым течением или с внешнего берега излучины реки, где обычно она глубокая и быстрая. (Р52.24.353−2012.)

При отборе пробы с поверхности водоема или водотока чаще всего используют стеклянную (полиэтиленовую) бутыль или эмалированное ведро.

При отборе проб с определенной глубины используют оборудование различных конструкций. Основной их частью является цилиндрический сосуд (пластмассовый, металлический), открытый с обеих сторон и снабженный плотно прилегающими крышками, закрывающимися при помощи пружины фиксированными спусковыми устройствами. Сосуд с крышками, зафиксированными в открытом положении, погружают в воду до требуемой глубины. После достижения требуемой глубины при помощи спускового устройства закрывают крышки и сосуд поднимают на поверхность. Пробу выливают в бутыль через выпускной кран. Пробоотборник можно снабдить термометром для одновременного измерения температуры (Р52.24.353−2012.).

Отбор проб воды для проведения химического анализа производился нами преимущественно с берега и в районе брода (в соответствии с ГОСТ 31 861–2012 и рекомендациями Р52.24.353−2012) с глубины 0,3−0.5 м. Каждая проба отбиралась в чистую пластиковую бутылку (объемом 2 литра), которая предварительно трижды ополаскивалась водой из места отбора пробы. После отбора к каждой бутылке прикреплялась этикетка, содержащая информацию о дате и времени отбора пробы; названии водного объекта; № пробы, географических координатах и Ф.И.О. специалиста, который занимался отбором пробы.

Отбор проб почв.

Отбор проб почв производился в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01−83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб».

В нашем исследовании отбор проб почвы для химического анализа производился из торфяного горизонта. Вес каждой пробы составлял до 0.4 кг. К каждой пробе прикреплялась почвенная этикетка, содержащая информацию о наименовании хозяйства; места взятия пробы; № разреза; № образца; типе почвы; почвенном горизонте; глубине взятия пробы; дате и Ф.И.О. специалиста, отбирающего пробу. Общее количество проб почв, исследуемое в дипломной работе — 20 шт.

Отбор проб растений.

Пробы растений для последующего химического анализа отбирались на тех же участках, что и пробы почвы. Наземную часть травяного покрова срезали острым ножом, не засоряя почвой, укладывали в пластиковый контейнер, вкладывали этикетку, которая содержала в себе информацию о дате, времени, коде учетной площадки и Ф.И.О. специалиста, занимающегося отбором проб.

1.2.2 Камеральная обработка полевых материалов При химическом анализе определялись следующие химические элементы: Fe, Zn, Pb, Mn, Ni, Cu, Cd, Co. Большинство из них можно отнести к тяжелым металлам, поскольку известно до сорока различных определений термина тяжелые металлы, и нет возможности указать на одно из них, как наиболее принятое. Соответственно, список тяжелых металлов, согласно разным определениям, будет включать разные элементы. Используемым критерием может быть атомный вес свыше 50, и тогда в список попадают все металлы, начиная с ванадия, независимо от плотности. Другим, часто используемым, критерием является плотность, примерно равная или большая плотности железа (8 г/см³), тогда в список попадают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а, например, более легкое олово выпадает из списка. Существуют классификации, основанные и на других значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые классификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их к тяжелым, некоторые исключают нецветные металлы (железо, марганец).

Термин тяжелые металлы чаще всего рассматривается с природоохранной точки зрения и, таким образом, при включении в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность, токсичность, тип и характер миграции, а также объём использования в хозяйственной деятельности.

Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец, определяются как токсичные металлы. Некоторые элементы, такие как кадмий, обычно имеющие токсичное влияние на живые организмы, могут быть полезны для некоторых видов. (http://dic.academic.ru)

Химический анализ воды Анализ воды производился атомно-абсорбционным методом. Этот метод основан на свойстве атомов металлов поглощать в основном состоянии света определенных длин волн, который они испускают в возбужденном состоянии. Необходимую для поглощения резонансную линию чаше всего получают от лампы с полым катодом, изготовленным из определяемого элемента. (Васильев, 1989)

В атомно-абсорбционной спектроскопии, так же как и в молекулярной, действует закон Ламберта-Бугера-Бера. Смысл данного закона заключается в том, что атом, ион или молекула, поглощая квант света, переходит в более высокое энергетическое состояние. Обычно это бывает переход с основного, невозбужденного уровня на один из более высоких, чаще всего на первый возбужденный уровень. Вследствие поглощения излучения при прохождении его через слой вещества интенсивность излучения уменьшается и тем больше, чем выше концентрация светопоглощающего вещества. (Васильев, 1989).

Закон Бугера — Ламберта — Бера связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной слоя. Чтобы учесть потери света на отражение и рассеяние, сравнивают интенсивности света, прошедшего через исследуемый раствор и растворитель. При одинаковой толщине слоя в кюветах из одинакового материала, содержащих один и тот же растворитель, потери на отражение и рассеяние света будут примерно одинаковы у обоих пучков и уменьшение интенсивности света будет зависеть от концентрации вещества. (Васильев, 1989)

Химический анализ почв Определение тяжелых металлов (ТМ) в почве проводилось нами методом атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной и беспламенной атомизацией. В настоящее время разработаны ПДК для отдельных элементов — меди, цинка, ртути, свинца и др.

При контроле содержания ТМ в почвах возможно сравнить уровень загрязнения почв с естественным фоном. Как правило, при необходимости контроля за техногенным загрязнением почв ТМ, принято определять валовое содержание металла. Однако валовое содержание не всегда может характеризовать степень опасности загрязнения почвы, поскольку почва способна связывать соединения металлов, переводя их в недоступные растениям состояния. Исходя из методических указаний по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства правильнее говорить о роли «подвижных» и «доступных» для растений форм. Определение содержания подвижных форм металлов желательно проводить в случае высоких их валовых количеств в почве, а также, когда необходимо характеризовать миграцию металлов-загрязнителей из почвы в растения. (Методические указания по определению… 1992).

Подвижные формы металлов извлекаются различными экстрагентами в зависимости от типа исследуемых почв и свойств металла. В качестве экстрагентов используют кислоты, различные соли, буферные растворы, бидистиллированную воду. (Методические указания по определению… 1992).

Проводя химический анализ почв мы использовали ацетатно-аммонийный буферный раствор с pH 4,8. Экстракцию проводили из отдельных навесок почв в двухкратной повторности.

Гумусированность почв определялась нами методом титрования. Титрование — установление объема раствора известной концентрации (титранта), количество реагента в котором эквивалентно количеству определяемого компонента в аликвоте анализируемого (титруемого) раствора.

Химический анализ растений Атомно-абсорбционное определение тяжелых металлов в растительных пробах осуществлялось нами на спектрофотометре в растворе азотной кислоты после минерализации растительных проб методом сухого озоления. Для атомизации элементов использовалось воздушно-ацетиленовое пламя.

Компьютерная обработка результатов При компьютерной обработке данных нами использовался программный комплекс Statistica. Это программный пакет для статистического анализа, разработанный компанией StatSoft. Он реализует функции анализа данных, управления данных, добычи данных, визуализации данных с привлечением статистических методов. Основным методом анализа в нашей дипломной работе является факторный и корреляционный анализ.

Факторный анализ — это методика комплексного и системного изучения и измерения воздействия факторов на величину результативного показателя. Фактор — движущая сила, фактическая причина какого-нибудь процесса, обусловливающая его или определяющая его характер. Факторы в результате анализа получают количественную и качественную оценку. Каждый показатель может в свою очередь выступать и в роли факторного, и результативного. Главными целями факторного анализа являются: сокращение числа переменных (редукция данных) и определение структуры взаимосвязей между переменными, т. е. классификация переменных. Поэтому факторный анализ используется или как метод сокращения данных или как метод классификации. (Халафян, 2009).

Примером использования факторного анализа в гидрологии можно обозначить такие исследования, как: зависимость максимальных расходов от толщины снежного покрова и среднесуточных температур воздуха периода снеготаяния; зависимость скорости нарастания толщины льда от среднесуточных температур и толщины снежного покрова.

Глава 2. Физико-географическая характеристика районов исследования

2.1 Физико-географическая характеристика территории природного парка «Кондинске озера»

Территория природного парка «Кондинские озера»" расположена в подзоне средней тайги в верховьях р. Конда. Парк создан с целью сохранения водной системы озер Арантур, Понтур, Рангетур Кондинского речного бассейна и прилегающих территорий с расположенными на них природными ландшафтами, историческими и археологическими памятниками культуры.

Территория природного парка по физико-географическому районированию находится в Кондинской провинции лесной равнинной области (Гвоздецкий, Криволуцкий, Макунина, 1971).

Основу территории провинции составляет Кондинская низменность с абсолютными отметками поверхности около 70 м. Вся территория природного парка расположена в пределах второй надпойменной террасы р. Конды. Поверхность представляет плоскую заболоченную равнину с многочисленными грядами и останцами, озерными котловинами разного генезиса и речными долинами левых притоков Конды. Территория парка сложена водно-ледниковыми песками, реже супесями и суглинками заозерена и заболочена. (Калинин, 2012)

Климат территории парка континентальный. Зима холодная: средняя температура января изменяется от -18 до -20°. Толщина снежного покрова достигает 54 см. Продолжительность зимнего периода 25 недель. Весна относительно затяжная и прохладная. Весенние разливы рек бывают в мае и июне, иногда в низовьях Конды и в июле. (Калинин, 2012)

Лето умеренно теплое. Средняя температура июля изменяется от 17° на юге до 16° на севере. Сумма температур выше 10° достигает 1300 Продолжительность летнего периода составляет 13 недель. (Калинин, 2012)

Осень в связи с большой обводненностью территории продолжительна. Продолжительность вегетационного периода 100—110 дней.

В течение всего года выпадает до 533 мм осадков. Максимальное количество осадков выпадает в июлеавгусте (до 71−94 мм в месяц), минимальное количество осадков выпадает зимой в феврале -11−20 мм. (Калинин, 2012)

Гидрографическая сеть Парка представлена реками, болотами и озерами. На севере природного парка с востока на запад протекает река Лемья — левый приток Конды, берущая начало из болота. Протяженность Лемьи 40 км, из них 13 км — по территории парка. По территории парка протекают реки Еныя, образующаяся при слиянии Большая и Малая Еныя, (которые берут начало в болотах), Окуневая, Ах, Золотая, впадающие в озеро Арантур. Реки относятся к категории малых, дренируют прилегающие болота, длина их не превышает 10 км. Все реки очень извилисты, летом они мелководны. (Калинин, 2012)

Отличительной особенностью территории природного парка является ее значительная заозеренность. Группа Арантурских озер: Арантур, Понтур, Рангетур, Круглое, Лопуховое соединены между собой и с рекой Конда протоками Большой и Малый Ах и образуют единую озерно-речную систему. Озера эти неглубокие. (Калинин, 2012)

Повсеместно в пределах территории парка развит болотообразовательный процесс, болота занимают 50,5% площади, чему способствуют климатические и орографические условия, и саморазвитие торфяников. Наиболее распространенными комплексами верховых болот являются грядово-мочажинные болота и сосново-грядово-мочажинные болота («рямы») верхового типа. Озерки и мочажины в сочетании с грядами образуют комплексные микроландшафты. (Калинин, 2012)

На территории парка сформированы автоморфные (представлены подзолами) и гидроморфные почвы (верховые болотно-торфянистые почвы на глубоких и на средних торфах).

В подзоне средней тайги выделены два типа наиболее распространенных автоморфных почв: таежно-поверхностно-глеевые и подзолистые. Те и другие развиваются в плакорных условиях, при глубоко залегающих грунтовых водах: первые — на глинистом и суглинистом, вторые — на песчаном субстрате. Причину столь резкого различия в генезисе почв, развивающихся под влиянием одних и тех же климатических и геоморфологических условий следует искать в типе водного режима, во многом зависящего от степени внутреннего дренирования почвенной толщи. В легких почвах он формируется оп типу промывного, а в суглинистых и глинистых наблюдается периодическое застаивание поверхностных вод. Атмосферные осадки, превышающие испарение, в слабо фильтрующих (вследствие склонности их к плывунности) крупнопылеватых суглинистых и глинистых породах, обусловливают некоторое избыточное увлажнение почвенной толщи с более или менее длительным застоем влаги. (Калинин, 2012)

Слабая дренированность местности, низкая водопроницаемость многократно слоистых почвообразующих пород, специфическийвлагооборот, сильная обводненность и заболоченность увеличивают переувлажнение территории и, сочетаясь с атмосферной переувлажненностью, определяют специфику почвообразования и преобладание в почвенном покрове гидроморфных почв. На наиболее дренированных местоположениях суглинистоглинистых водоразделов (на узких приречных участках и самых возвышенных поверхностях увалов) под елово-пихтово-кедровыми или кедрово-сосновыми лесами с кустарничково-зеленомошным наземным покровом развиваются своеобразные подзолистые глубокооглеенные почвы. (Калинин, 2012).

На подзолистый процесс почвообразования зачастую накладывается болотообразовательный, и формируются полуболотные почвы. Отличительная черта почв и почвенного покрова территории Парка — повышенный гидроморфизм и сильная заболоченность. Большая пестрота почвенного покрова междуречий — также одна из его характерных черт. (Калинин, 2012).

Процесс формирования болотных почв происходит в условиях чрезвычайно низкого содержания оснований как в питающих болота атмосферных водах, так и в составе опада олиготрофной растительности. Поэтому в результате образуется торф с низкой зольностью, торфонакопление происходит в условиях сильнокислой реакции среды. В свою очередь, кислая реакция и низкое содержание элементов питания резко снижают биологическую активность, подавляют деятельность микроорганизмов, что приводит к формированию торфа с низкой степенью разложения. Органическое вещество торфа представлено, преимущественно, целлюлозой, гемицеллюлозой, лигнином, воскосмолами. Нижней границей торфяной почвы считается глубина, до которой могут опускаться грунтовые воды (30−60 см), хотя мощность торфяников может достигать 2−3-х и более метров. В профиле верховых торфяных почв выделяют два горизонта: Аот— сфагновый очес мощностью 10−15 см, за ним следует Т₁, Т₂ — слои торфа, различающиеся по цвету и плотности. Торф подстилается глеевым горизонтом G, который считается почвенным, если мощность торфа в профиле почв превышает 50 см. (http://racechrono.ru)

Для данных торфяных почв характерны следующие свойства: низкая зольность — менее 5%; высокая кислотность 2,5−3,8: низкая плотность — 0,03−0,1 г/см³; высокая влагоемкость — 700−1500, а иногда до 3000%; низкое содержание оснований и элементов питания: относительно повышенное содержание азота (0,5−2,0%). Торф слабогумусирован, содержание гумусовых веществ составляет 10−15% к массе торфа, а в их составе преобладают фульвокислоты. (http://racechrono.ru).

На границе между глееподзолистыми и торфяно-болотными почвами сформировались болотно-подзолистые почвы. Эти почвы формируются при сочетании подзолистого и болотного процессов. Почвы данного типа сохраняют признаки подзолистых почв, но, кроме того, имеют с поверхности перегнойно-торфянистый слой мощностью от 10 до 30 см и характеризуются оглеением профиля. В болотно-подзолистых почвах с поверхности сформирована лесная подстилка А0, или очес, ниже расположен торфянистый горизонт Ат. Под торфяным слоем залегает гумусово-элювиальный горизонт А₁g буровато-черный или темно-серый, образовавшийся преимущественно за счет вымытого органического вещества из горизонтов А₀, Ат. Ниже следует горизонт A₂g грязновато-белесый с сизыми оттенками или пятнами, по ходам единичных корней видны скопления окисного железа. Торфяно-болотные почвы являются преобладающими. (http://racechrono.ru).

Луга формируются на территории Парка в поймах малых рек и по берегам озер. Разнообразие пойменных луговых сообществ не велико (как и для пойм таежных рек региона вообще), чему способствуют длительное затопление во время весеннего половодья, плоский рельеф пойм, высокий уровень грунтовых вод. Пойменные луговые сообщества представляют экологический ряд изменения характера переувлажнения от избыточного проточного до избыточного застойного. (Калинин, 2012).

В природном парке растительный покров представлен лесным, болотным, луговым типами растений.

Основной лесообразующей породой является сосна обыкновенная, формирующая лесные массивы на дренированных поверхностях (сосняки бруснично-лишайниковые, бруснично-зеленомошные, кустарничково-зеленомошные травяно-зеленомошные), береза белая и береза пушистая, осина, которые образуют лесные массивы на месте нарушенных хвойных лесов. Заболоченные типы сосновых лесов (сосняки долгомошные, сосняки сфагновые) развиты на пониженных элементах рельефа. (Калинин, 2012).

Темнохвойные леса из ели сибирской, кедра сибирского, с примесью пихты сибирской, лиственницы сибирской сформированы в долинах рек, где почвы имею суглинистый состав и более плодородны. (Калинин, 2012).

Большие площади заняты кустарничково-сфагновыми и сосново-кустарничково-сфагновыми болотами с грядово-мочажинным миркорельефом. На грядах сформирован травяно-кустарничковый ярус из: багульник болотный, кассандра болотная, достаточно обильна морошка, клюква мелкоплодная. Повсеместно растет сосна обыкновенная. Встречаются березка карликовая и росянка круглолистная. Проективное покрытие мохового покрова постоянно 100%. Среди видов доминируют виды сфагнума. (Калинин, 2012).

Кроме верховых болот по их окраинам и некоторым понижениям развиты переходные осоково-гипновые болота. В долинах рек встречаются низинные осоковые болота и сплавины. (Калинин, 2012).

Животное население территории природного парка «Кондинские озера» формируется под влиянием прежде всего климатических условий, главным из которых является соотношение тепла и влаги. Определяя зональную дифференциацию, эти факторы действуют как непосредственно на животных, так и через растительность, которая является для них кормом, создает специфические микроклиматические условия, является убежищем, местом обитания и т. д. (Калинин, 2012).

На исследуемой территории видовой состав животных насчитывал 783 вида, среди них беспозвоночные — 637 видов, рыбы — 11, амфибии — 3, пресмыкающиеся — 2, птицы — 113, млекопитающие — 37. (Калинин, 2012)

2.2 Физико-Географическая характеристика территории Тюменского федерального заказника.

Заказник «Тюменский» расположен в юго-западной части Тюменской области на территории Нижнетавдинского района и занимает площадь 53 585 га. (http://oopt.info)

Карта территории Тюменского Федерального заказника (Атлас Тюменской области. Юг. 2011).

Заказник создан для восстановления, сохранения и воспроизводства ценных, редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и среды их обитания. На заказник возложены функции резервата уникальной фауны, сформировавшейся на границе южной тайги и подтаежных лесов, а также охраны системы Тарманского озерно-болотного массива, включающего: р. Ахманка, р. Бухталка, оз. Шайтанское, оз. Копанец, оз. Бол. Тарманское, оз. Сред. Тарманское, оз. Ниж. Тарманское и пр. На территории заказника расположены три государственных памятника природы регионального значения, созданные для охраны лесных массивов с реликтовой древесной породой липой сердцелистной:

1) «Урочище Орлы» — природно-территориальный комплекс с темнохвойными лесными сообществами из пихты сибироской, ели сибирской, сосны сибирской в сочетании с липой сердцелистной (реликтом третичного периода);

2) «Липняк Шайтанский» — природно-территориальный комплекс с лесными массивами, в которых значительно участие липы сердцевидной;

3) Озерно-болотный комплекс «Ишимбай» — эталон сплавинных болот с сообществами последних стадий заболачивания с редкими видами растений. (http://oopt.info)

Территория заказника расположена на Туринской наклонной равнине и представляет пологоволнистую равнину с абсолютными отметками 60 — 80 м (наибольшая — 92 м), постепенно понижающуюся в северо-восточном направлении до 50 м. Территория заказника, представляющая поверхность третьей надпойменной террасы с поверхности сложена аллювиальными песчано-суглинистыми отложениями мощностью до 10 м, залегающими на верхнеолигоценовых суглинках. Поверхность террасы в основном плоская, сильно заболоченная, со слабо выраженными эрозионно-аккумулятивными формами и относительными высотами 15−20 м. Местами встречаются участки с бугристыми эоловыми формами рельефа. Склоны террасы имеют неглубокое долинно-балочное расчленение.

Климат территории заказника относится к среднеконтинентальному; Сумма положительных температур выше 10° составляет 1875°. Средняя годовая температура +0.2°, Продолжительность безморозного периода 118 дней. Продолжительность периода с температурой выше 0° - 190 дней, выше 5° - 160 дней, выше 10° - 120 дней, выше 15° - 70 дней. Средняя июльская +17,5°. Годовой максимум +37°. Средняя январская температура -18°. Абсолютный минимум — 50°. Продолжительность устойчивого снежного покрова 157 дней. Средняя толщина 38 см.

Сумма осадков за год составляет 365 мм. 290 мм выпадает в теплый период, 245 мм за период с температурами выше 10°.

Исключительное значение имеет мощная озерная система, состоящая из соединенных между собой озер — Копанец, Шайтанское, Бол.Тарманское. Кроме них, за пределами заказника, с юго-востока, непосредственно к границе примыкают еще три крупных озера — Среднее Тарманское, Нижнее Тарманское и Летнее, а далее на восток они продолжаются сетью более мелких озер. Все вместе они составляют экологически единую озерную систему, оказывающую мощное влияние на все соседние территории. (http://oopt.info)

Питание озер происходит за счет атмосферных осадков и поверхностных весенних вод, в меньшей степенигрунтовых. Воды по химическому составу различны, но в основном принадлежит к гидрокарбонатнокальцевому классу. Основную массу составляют озера водораздельных поверхностей, непроточные, глубиной 2−8 метров, с плоским илистым дном. Мощность отложений илов и сапропелей достигает 0,5−1,5 метров. По происхождению озерной котловины, в оновном, озерестарицы, расположенные в поймах рек и образовавшиеся при изменении их русел. (Иваненко, 2008).

Тарманский озерно-болотный массив подвергся жесткому антропогенному воздействию вследствие проведения крупномасштабных осушительных мероприятий и разработки торфяных ресурсов для обеспечения топливом мощной Тюменской ТЭЦ. Глубокие магистральные каналы (до 5 м), проложенные в окружающих озера болотных системах, вызвали искусственно направленный сток в сторону р. Туры. В результате уровень озер, глубина которых не превышала до осушения 3 м, по понятным причинам понизился и продолжает понижаться вследствие процессов просачивания воды в систему рабочих и магистральных каналов. С другой стороны, в результате разработки торфа растительный покров на бывших болотах был уничтожен, оголились значительные площади, подверженные ветровой эрозии, во время которой мелкие фракции торфа сдуваются с их поверхности и, перемещаясь по ветру, задерживаются на поверхности озер и в дальнейшем оседают на дно водоемов, усугубляя процесс обмеления. Кроме этого, достаточно ощутимо сказывается сдвиг показателя pH в сторону окисления среды, на характере вегетации гидрофитов, изменение флористического и фаунистического состава и биома и пр. Требуется выполнение комплекса мероприятий по рекультивации биогеоценозов и восстановлению экологического баланса на территории всего Тарманского озерно-болотного массива. (http://oopt.info).

Речная сеть на территории заказника представлена реками Ахманка, Бухталка. По характеру уровенного режима относятся к типу рек с весенним половодьем, невысоким, растяжным, и повышенным летнее-осенним уровнем, вследствие дождевых паводков. Весенне половодье имеет вид плавной волны продолжительностью до 2−3 месяцев на малых и средних реках до 3−4 месяцев на более крупных. В отдельные, преимущественно многоводные годы, весеннее половодье сливается с летнее-осенним стоком. В зимний период колебания уровней обычно незначительны, так как реки в эти года питаются грунтовыми водами. Весенне половодье начинается в первой половине апреля. Продолжительность ледостава в среднем около 160 дней. Средняя толщина льда на реках составляет 0,6−1,0 м, в суровые зимы увеличивается до 1,5 м, а в мягкие уменьшается до 0,4−0,6 м. (Иваненко, 2008).

На территории заказника доминируют болотные почвы. Они приурочены к наиболее дренированным участкам региона. Размещаются крупными массивами.

Торфяные болотные низинные почвы, формирующиеся в условиях местных депрессий, ложбин стока, озерных котловин, пойменных территорий, характеризуются высокой обводненностью, слабой разложенностью торфа. При незначительной мощности торфа выделяются торфянистоглеевые и торфяно-глеевые почвы, приуроченные чаще всего к террасам. Мощные торфяники распространены в поймах, а также в обширных ложбинах стока, где создаются благоприятные условия для торфонакопления. (http://racechrono.ru).

Строение профиля и разделение на виды по мощности торфяного слоя болотных низинных почв аналогично верховым. Однако торф низинных болотных почв характеризуется более высокой степенью разложения. Поэтому под верхним горизонтом Аот выделяется среднеразложившийся торфяно-перегнойный горизонт Т_пт или сильноразложившийся перегнойный — Тп. Ниже следуют слои торфа Т₁ Т₂, различающиеся по цвету, плотности, степени разложения, а в торфяно-глеевых — G — глеевый горизонт. (http://racechrono.ru).

Свойства болотных низинных торфяных почв существенно отличаются от верховых. Для них характерна повышенная зольность (более 10%), а в многозольных родах — до 30−50%, реакция среды — слабокислая или нейтральная (рН 5−6,5), повышенное содержание азота (1,6−3,8%) и валового кальция (1,5−5% и более). Емкость катионного обмена высокая. Почвы насыщены основаниями. Низинные торфяные почвы относительно обеднены калием (0,03−0,2%) и фосфором (0,05−0,5%). Влагоемкость несколько ниже, чем у верховых (360−1000%), плотность несколько выше. (http://racechrono.ru).

Территория заказника расположена в подтаежной подзоне, сосново-мелколиственных осиново-березовых лесов.

Растительный покров представлен лесным, болотным и луговым типами. На территории парка отмечаются сосновые, березово-осиновые, сосново-березово-осиновые, елово-кедрово-пихтовые, южнотаежные леса. В темнохвойных 2 ярус представлен липой сердцелистной (реликтовое растение).

На территории заказника находится более 60 видов редких и исчезающих растений. Наиболее ценные представители флоры, внесенные в Красную книгу России — валериана лекарственная, кубышка малая, венерин башмачок настоящий, венерин башмачок крупноцветковый. (http://oopt.info).

Уникальны для территории широко распространенные естественные насаждения липы сердцевидной, можжевельника, черемухи и боярышника, а также встречающиеся в сосново-сфагновых болотах (рямах) клюква, брусника, морошка. (http://oopt.info).

На территории заказника выявлено более 37 видов млекопитающих, 234 вида птиц, 3 вида пресмыкающихся и 4 вида земноводных. Зафиксирована высокая плотность кабана и лося, что обусловлено наличием многочисленных болот, интенсивно зарастающих ивняком. В зимний период болотные массивы являются местом концентрации зайца-беляка, тетерева, серой куропатки. Встречаются бурые медведи, рыси, волки. Так же в заказнике обитают глухари, рябчики, горлицы, перепела. (http://oopt.info).

Озера заказника являются ценниками участками гнездования и линьки водоплавающих птиц, местами их остановок и отдыха в период миграций. Встречаются такие виды как кряква, красноголовый нырок, шилохвость, чирки, лебеди-кликуны, лысухи, гоголи, серощекая и рогатая поганка, коростель, кулики, цапли, чайки, серые журавли. (http://oopt.info).

Заказник является местом обитания целого ряда редких и исчезающих видов млекопитающих и птиц, которые занесены в Красную книгу России: чернозобая гагара, черный аист, лебедь-кликун, обыкновенный турпан, осоед, полевой лунь, луговой лунь, тетеревятник, перепелятник, большой подорлик, беркут, орлан-белохвост, кречет, сапсан, большая белая куропатка, перепел, стерх, черный журавль, коростель, кулик-сорока, большой кроншнеп, филин, ушастая сова, мохноногий сыч, воробьиный сыч, серая неясыть, удод, серый сорокопут, белая лазоревка, серощекая поганка, малая выпь, краснозобая казарка, пискулька, скопа, камнешарка, средний кроншнеп, малый веретенник, длиннохвостый снегирь, прудовая ночница, усатая ночница, водяная ночница, ушан, северный кожанок, двухцветный кожан, летяга. (http://oopt.info).

Глава 3. Сравнительный анализ химического состава торфов и поверхностных вод средней тайги и подтайги

В болотах Западной Сибири заключено 1000 кмі болотной воды, значительная часть пополнения стока рек таежной зоны происходит за счет стока с болот, поэтому изучение химического обмена в торфяно-болотных экосистемах, по мнению спеицалистов, актуально (Езупенок, 2003, Инишева., Езупенок., 2004, Шурова, Инишева, Ларина, Орт, 2005)

Анализ химического состава поверхностных вод природного парка «Кондинские озера» проводился на основании отбора проб воды из р. Еныя (берет начало из верховых болот, расположенных вблизи Тальникового нефтяного месторождения), собранных в 2007;2008г.г. и 2010;2011 гг.

По классификации О. А. Алекина, вода р. Еныя карбонатно-кальциевой (Алекин, 1946 по Никанорову, 2001). Данные химических анализов проб воды представлены в таблице 1. Отбор проб воды производился в мае-июне, июле — августе октябре.

Из таблицы видно, что концентрации некоторых элементов изменяются в разные месяцы:

1. Железо в 3 случаях из 4 демонстрирует повышенную концентрацию во второй половине лета и осенью, что согласуется с данными литературных источников: содержание железа подвержено заметным сезонным изменениям, обусловленным как участием этого металла в физико-химических и биологических процессах, активно протекающих в водной среде (Никаноров, 2001)

2. Марганец в 2 случаях из 4 увеличивает концентрацию в июле-августе. В 2007 году концентрация марганца значительно превышает концентрацию последующих годов.

3. Высокая концентрация цинка и кадмия отмечена только для 2007 года, что возможно связано с влиянием нефтедобычи.

4. Повышенная концентрация свинца (но в пределах ПДК) в 3 случаях из 4 отмечается в начале августа и в середине октября.

5. Концентрация меди, никеля и кобальта распределена равномерно между пробами за весь период исследования.

6. Концентрация железа, марганца, меди превышает значение ПДК, остальные элементы находятся в его пределах, либо значительно меньше ПДК.

Данные анализов по химическому составу поверхностных вод р. Ахманка, р. Бухталка, озера Бол. Тарманское (Тюменский заказник) представлены в таблице 2.

Концентрации микроэлементов в поверхностных водах распределяются неравномерно. Большая разница между концентрациями железа в пробах 2013 и 2014 года может быть связана с природными условиями, с гидрологическим и гидрохимическим режимом реки. Также, не следует исключать антропогенное воздействие на концентрацию данных химических элементов.

В болотном массиве концентрации железа и цинка в несколько раз выше, чем в р. Ахманка, р. Бухталка и оз. Бол. Тарманское — это обуславлено их поведением в кислой среде, где железо переходит из трехвалентного состояния в двухвалентное, а цинк выпадает в осадок.

Концентрация меди практически во всех пробах, за исключением 1, превышает ПДК (0,001 мг/дм³) в1,5 -3 раза. Как известно, в воде медь может находиться в трех формах: коллоидной, взвешенной и растворенной. Большая концентрация меди в воде может объясняться наличием ее в больших количествах в донных отложениях, что в свою очередь обуславливается хорошей сорбирующей способностью глинистых частиц. Интенсивность десорбции из донных отложений зависит от pH воды, что подтверждает корреляционный анализ, выявивший достаточно высокую связь (0,84) между этими двумя показателями.

Таблица 1. Химический состав поверхностных вод парка «Кондинские озера» (данные кафедры ФГиЭ)

Таблица 2. Химический состав поверхностных вод Тюменского заказника (данные автора и фондов кафедры ФГиЭ)

Концентрация железа и марганца значительно превышает ПДК (0,01 мг/л). Превышение марганца можно объяснить тем, что для рек, сток в которые идет из болотных массивов на территории водосбора, высокая концентрация марганца естественного происхождения является нормой (на заболоченных почвах при кислой реакции среды интенсивно протекают процессы микробиологического восстановления марганца). Это объясняет значительную разницу в концентрации марганца между болотными водами и водами рек Ахманка, Бухталка, а также озера Большого Тарманского.

Концентрация кадмия, кобальта, цинка (за исключением проб 2013 года) представлена в пробах равномерно.

Концентрация цинка, свинца, никеля, кобальта, кадмия находится в пределах ПДК, либо значительно меньше его.

При сравнении данных химического состава поверхностных вод Тюменского заказника с водами природного парка «Кондинские озера» видно, что концентрация микроэлементов в водах парка в несколько раз выше. Это может быть связано с тем, что грунтовые воды находятся фактически на мерзлом водоупоре и имеют гораздо большую концентрацию микроэлементов, которые мигрируют в поверхностные воды. Из всей выборки очень высокой концентрацией характеризуются данные за 2007 год. С этого года началась активная добыча нефти из большинства кустов скважин (объект исследования находится в зоне кустовых оснований) и по мнению некоторых исследователей в эти годы было активное антропогенное вмешательство (Калинин, устное сообщение).

Превышение концентрации ПДК большинством исследуемых микроэлементов характерно как для вод природного парка, так и Тюменского заказника. Только высокое значение железа, марганца и цинка имеют природное происхождение.

Химический состав растений и почв Тюменского заказника был проведен доцентом кафедры геоэкологии Института наук о Земле В. А. Боевым, любезно предоставившим свои данные для выполнения дипломной работы (автор выпускной квалификационной работы принимал участие в полевых исследованиях, проводимых В.А. Боевым) Большой объем фактического материала по химическому составу растений содержится в геохимических справочниках Г. В. Войткевича.

Не смотря на наличие такого большого количества материала по результатам химических анализов почв, растений и поверхностных вод, сравнительного анализа этих показателей по подзонам никто не делал.

Характеристика элементного состава западносибирских торфов представлена в работах Ф. З. Глебова, Т. Н. Крафта (1969); Н. М. Рассказова с соавт. (1969,2001); B.C.Архипова с соавт. (1994, 1995, 1996, 1997, 2000); С. И. Смольянинова с соавт. (1990); В. М. Алтухова (1991); Л. И. Инишевой с соавт.(1991, 1994, 1996, 1997, 1999, 2005); А. И. Сысо (1996, 2001); Т. Н. Цыбуковой с соавт. (2000); В. Г. Матухиной (2001); Е. Э. Езупенок. (2001,2003, 2006) и др. (по Езупенок, 2005). Исследования показывают региональные различия химического состава торфов, что затрудняет понимание закономерностей формирования их элементного химического состава торфов Западной Сибири в целом. Вышеуказанные авторы в исследованиях указывают, что накопление химических элементов в торфах определяется гидрологическим режимом и биогеохимическими особенностями функционирования болотных экосистем верхового и низинного типов.

Результаты химического анализа торфяного слоя до 0−50 см в почвах парка «Кондинские озера», представленные в таблице 3, показывают концентрацию химических элементов в верховой болотной торфяной почве.

Данные таблицы показывают очень сильную изменчивость концентраций химических элементов (за исключением цинка и кобальта): железо от 40,39 до 1396 мг/кг; свинец от 3,76 до 8,09 мг/кг; марганец от 26,53 до 36,13 мг/кг; никель от 7,01 до 11,48 мг/кг; медь от 6,75 до 11,83 мг/кг; кадмий от 0,31 до 0,46 мг/кг. У цинка и кобальта распределение равномерное и колеблется от 501 до 510; от 13 до 19 мг/кг соответственно.

Почвы данного района имеют большую мощность торфов, чем в Тюменском заказнике, более кислую реакцию и большую накапливающую способность.

В болотно-торфяных почвах природного парка доминируют железо, марганец и цинк, как и в воде. Однако концентрация всех элементов заметно выше, чем в поверхностных водах.

Концентрация химических элементов почв Тюменского заказника определялась из торфяного горизонта болотно-низинной торфянисто-глеевой почвы. Мощность торфяного слоя составляет в среднем 45 см. Данные химических анализов представлены в таблице 4.

Концентрация химических элементов в низинных торфах Тюменского заказника значительно ниже, чем в верховых торфах природного парка «Кондинские озера»; химические элементы в торфах Тюменского заказника представлены более равномерно, чем в торфах природного парка «Кондинские озера». Данный факт совпадает с исследованиями Е. Э. Езупенок, а также Е. Н. Бурнашовой, Ю. А. Харанжевской. Вышеуказанные авторы одной из причин данного различия называют то, что существование верховых торфов определяется исключительно балансом поступления и выноса веществ, который может варьировать в зависимости от геохимической ситуации.

В торфах Тюменского заказника, так же как и в водах, доминируют железо, марганец и цинк. В сравнении с кларковыми значениями концентрация этих элементов не очень велика (ПДК в почвах для данных элементов так же отсутствует). Причиной невысокой концентрации может служить то, что органические соединения марганца неустойчивы и легко обменивают ионы MnІ+ на другие катионы, входящие в состав нерастворимых соединений. Сходные процессы происходят и с соединениями железа. В обычных условиях железо накапливается в почве в виде Fe (OH)₃. При малом содержании кислорода (что свойственно для исследуемых нами почв) в восстановительных условиях понижается окислительно-восстановительный потенциал почвы. Это способствует переводу Fe (III) в Fe (II).

Разброс значений концентраций химических элементов между пробами может быть связан с тем, что отбор производился с одной территории, но в разных местах. Элементы избирательно накапливаются в различных частях болота в соответствии с его геохимическими зонами. Локальные изменения того или иного микроэлемента зависят от микроландшафтов, характеристики сетки линий стекания, растений, произрастающих на месте отбора проб, индивидуальности почвенных горизонтов, доступности попадания и фильтрации атмосферных осадков.

Анализируя данные химических анализов почв можно сделать вывод, что концентрация кобальта, никеля и свинца в почвах заказника незначительна и не превышает ПДК. Так же, как и в поверхностных водах, концентрация в почвах кадмия незначительна, но отсутствие ПДК для этого элемента не дает возможности выявить превышение.

В торфяном горизонте болотно-низинной торфянисто-глеевой почвы Тюменского заказника так же, как и в поверхностных водах, концентрация железа, цинка и марганца доминирует над другими элементами,

Проведя корреляционный анализ между химическим составом поверхностных вод и химическим составом почв, получили результаты, представленные в таблице 4.

Цинк имеет плохую миграционную способность и в нейтральных и щелочных условиях малоподвижен, потому что pH выпадения цинка в осадок составляет 6,8. При дальнейшем повышении pH цинк вновь переходит в раствор из-за образования растворимых солей цинковой кислоты.

Таблица 3. Химический состав торфов парка «Кондинские озера» (данные автора и фондов кафедры ФГиЭ)

Таблица 4. Химический состав торфов Тюменского заказника (данные автора и Боева В.А.)

Таблица5. Результат корреляционного анализа водапочва (данные автора)

Коэффициент корреляции железа, свинца, марганца и кадмия, напротив, показывает их сильную миграционную способность. Как говорилось выше, для железа это связано с переходом из менее подвижной формы в более подвижную (Fe (III) в Fe (II)); особенности миграции свинца в природных водах обуславливаются осаждением и комплексообразованием с органическими и неорганическими лигандами (лиганды — это вещества, способные специфически связываться с активным центром молекул определённой структуры), интенсивность этих процессов зависит от pH; кадмий хорошо мигрирует в системе воздух — вода — почва — растение в силу своих химических особенностей, особенно в кислой среде (среднее pH почв Тюменского заказника — 6,86).

Высокий коэффициент корреляции меди (-0,52) демонстрирует ее хорошую миграционную способность. Данный факт подтверждает мнение К. И. Трифонова и В. А. Девисилова, что подвижность ионов двухвалентной меди очень высока. Она легко переходит из породы в почву, а оттуда в почвенный раствор и поверхностные воды. Также, стоит отметить среднее значение коэффициента корреляции у кобальта и никеля. Однако, данные коэффициенты представлены с обратным знаком, что означает, что с увеличением в природных водах никеля и кобальта происходит их уменьшение в почвах. Это может служить признаком того, что данные элементы активно мигрируют (вымываются) из почв в водную среду.

Сравнивая результаты аналогичного анализа по территории Тюменского заказника можно прийти к выводу, что коэффициент корреляции железа демонстрирует очень высокую связь (0.81 и -0.61). Результат анализа меди тоже показал сильную зависимость (-0,52 и 0,93). Связь свинца в обоих случая одинаково сильная (0,60 и 0,59). У марганца отметилось значительное снижение коэффициента корреляции (0,65 и 0,02).

На территории природного парка «Кондинские озера» наблюдения за химическим составом растений нами не велись, поэтому в дипломной работе использовались данные по древесной растительности (сосна обыкновенная), по травяной растительности (багульник, пушица, иван-чай и др.), по грибам (лисичка обыкновенная, подберезовик обыкновенный, сыроежка вялая) из научной литературы: биохимических справочников Войткевича Г. В., научных трудов биохимика Кабата-Пендиас А. Данные представлены в таблице 5.

Из таблицы видим явное преобладание железа, цинка и марганца, так же, как и в почвах. В Тюменском заказнике в концентрации химических элементов растений доминирует эта же группа элементов. Результаты подтверждают данные литературы, что доминирование железа, цинка и марганца является природным для рек, в чьих водосборах присутствуют болота. Это и объясняет такое различие в концентрациях химических элементов между Тюменским заказником и природным парком «Кондинские озера». Торфа в природном парке «Кондинские озера» — верховые в Тюменском заказнике — низинные. Сравнив разницу мощности торфяного горизонта и pH видно разницу между средним 45 см и 6,86 в Тюменском заказнике; более 200 см и 4,8 в Кондинских озерах соответственно.

В дипломной работе использовались данные химического анализа растительности Тюменского заказника за 2013;2014 годы. В анализе использовалась преимущественно травянистая растительность (гравилат алепский, хвощ полевой, репейник волосистый, вероника широколистная, подорожник средний, хвощ лесной, кострец безостый, мятлик луговой, полевица гигантская, тимофеевка луговая и пр.) Результаты химического анализа представлены в таблице 6.

Большая вариация химических элементов может объясняться индивидуальной сорбирующей способностью растения и концентрации конкретного элемента в почвах. Помимо этого, накопление микроэлементов происходит в разных частях того или иного растения. На концентрацию химических элементов оказывает влияние тип корневого питания растения. Проанализировав представленные данные можно сделать вывод, что концентрация химических элементов в растениях заметно выше, чем в почвах. Это относится как к территории природного парка «Кондинские озера», так и к Тюменскому заказнику. Это связано с тем, что микроэлементы накапливаются в растениях. После отмирания растений, микроэлементы попадают в почву, и накапливаются в торфах. Чем больше торфяной слой, тем выше концентрация (на примере Тюменского заказника и природного парка «Кондинские озера»). При поверхностном (при снеготаянии) и подземном стоке микроэлементы попадают в поверхностные воды.

Таблица 6. Результаты химического анализа растений, мг/кг (Войткевич Г. В., Кабата-Пендиас А.)

Таблица 7. Результаты химического анализа растений, мг/кг (данные Боева В. А)

По такому большому количеству данных сложно судить о взаимодействии растений с водой и почвами, поэтому для удобства была составлена таблица с максимальными, минимальными и средними значениями концентрации химических элементов (таблица 8).

Таблица 8. Максимальные, минимальные, средние значения концентрации хим. элементов. (данные автора)

Из данной таблицы видно, что как в поверхностных водах и в почвах, доминирующими элементами являются марганец, железо и цинк. Поглощение марганца растениями осуществляется в результате метаболических процессов, но также в этом механизме присутствует пассивная абсорбция марганца (особенно при высоких концентрациях, как в водах и почвах исследуемой территории). Очевидно, что содержание марганца в растениях зависит не только от их природы, но и от общего его количества в почвах (потому что растворимые формы марганца легко извлекаются из почв растениями).

Проведя корреляционный анализ между химическим составом почв и растений, получили результаты, представленные в таблице 9.

Таблица 9. Результаты корреляционного анализа (данные автора)

Из таблицы 9 мы видим, что во взаимосвязи вода — растение коэффициенты корреляции для значений концентрации химических элементов меньше. Это связано с большей взаимосвязью в системе почва — растение.

Таблица 10. Результаты корреляционного анализа (данные автора)

Анализ концентрации химических элементов в почвах, водах и растениях показал, что корреляция в данных случаях достаточно высокая.

Проанализировав все вышеперечисленные материалы можно сделать вывод, что на территории Тюменского заказника миграция микроэлементов в системе растительность — почва — вода идет достаточно интенсивно. В каждой природной среде отмечается доминирование одной и той же группы химических элементов.

Кроме программного расчета коэффициента корреляции, были построены графики зависимости химического состава торфов, воды и растений. Это было сделано по указанию, имеющемуся в учебнике статистики. Если число наблюдений невелико, всегда есть вероятность того, что показываемая связь коэффициентом корреляции случайна. Поэтому обязательно следует построить график корреляционного поля связи и по форме кривой можно судить о наличии или отсутствии связи.

Графики подтверждают достаточно сильную взаимосвязь между поверхностными водами и почвами; почвами и растениями-торфообразователями; поверхностными водами и растениями-торфообразователями как в природном парке «Кондинские озера», так и в Тюменском федеральном заказнике. Направление данных связей не одинаково. В 2 случаях из 3 связи имеют противоположные направления. В природном парке «Кондинские озера» связь сильная прямая, в Тюменском федеральном заказнике — сильная обратная. График корреляционного поля связи между поверхностными водами и растениями в природном парке «Кондинские озера» демонстрирует обратную связь, а в Тюменском федеральном заказнике слабую, потому что в химическом анализе было использовано большое количество растений (более 25) различных видов, что в итоге дало сильную погрешность (каждый тип растения по-разному накапливает в себе химические элементы). Для более точного исследования рекомендуется использовать растения определенного вида, наиболее распространенного для исследуемой территории.

Вывод о направлении миграционного потока химических элементов растения> почва (торфы) > вода, наблюдаемые нами в условиях болотных экосистем природного парка «Кондинские озера» и Тюменского заказника, согласуется с выводами, сделанными в работах Л. И. Инишевой с соавторами о характеристике элементного состава торфяного сырья олиготрофного болота Западной Сибири (Васюганское болото) и низинного болота (Алтайские болота). Мы получили подтверждение выводам, которые были сформулированы Л. И. Инишевой с соавторами: микроэлементы мигрируют в системе растение > торф > вода.

Заключение

В дипломной работе проведен сравнительный анализ химического состава растений-торфообразователей, торфяно-болотных почв (торфяного слоя), поверхностных вод в экосистемах средней тайги и подтайги

Объектами нашего исследования были: болотные экосистемы и речные воды территорий природного парка «Кондинские озера» и Тюменского федерального заказника.

Природный парк «Кондинские озера» расположен в подзоне средней тайги в верховьях р. Конда. По физико-географическому районированию находится в Кондинской провинции лесной равнинной области. Поверхность представляет плоскую заболоченную равнину с многочисленными грядами и останцами, озерными котловинами разного генезиса и речными долинами левых притоков Конды. Климат территории парка континентальный (зима холодная, лето умеренно теплое, осень в связи с большой обводненностью территории продолжительна). В течение всего года выпадает до 533 мм осадков. Гидрографическая сеть Парка представлена реками, болотами и озерами. По территории парка протекают реки Еныя, образующаяся при слиянии Большая и Малая Еныя, (которые берут начало в болотах), Окуневая, Ах, Золотая, впадающие в озеро Арантур. Отличительной особенностью территории природного парка является ее значительная заозеренность, и заболоченность (болота занимают 50,5% площади, чему способствуют климатические и орографические условия и саморазвитие торфяников.) На территории парка сформированы автоморфные (представлены подзолами) и гидроморфные почвы (верховые болотно торфянистые почвы на глубоких и на средних торфах). Растительный покров представлен лесным, болотным, луговым типами растений.

Заказник «Тюменский» расположен в юго-западной части Тюменской области в пределах Туринской наклонной равнины, представляет пологоволнистую равнину, постепенно понижающуюся в северо-восточном направлении. Климат территории заказника среднеконтинентальный. Сумма осадков за год составляет 365 мм. Речная сеть на территории заказника представлена реками Ахманка, Бухталка. Исключительное значение имеет мощная озерная система, состоящая из соединенных между собой озер — Копанец, Шайтанское, Бол. Тарманское. Кроме них, за пределами заказника, с юго-востока, непосредственно к границе примыкают еще три крупных озера — Среднее Тарманское, Нижнее Тарманское и Летнее, а далее на восток они продолжаются сетью более мелких озер. Все вместе они составляют экологически единую озерную систему, оказывающую мощное влияние на все соседние территории. На территории заказника доминируют болотные низинные почвы. Территория заказника расположена в подтаежной подзоне, сосново-мелколиственных осиново-березовых лесов. Растительный покров представлен лесным, болотным и луговым типами.

Основой аналитической частью дипломной работы стали химические анализы поверхностных вод, связанных с болотами; торфяного слоя болотных верховых и низинных почв; растительности. Главной целью этой работы было сравнение химического состава для определения направления миграции химических элементов.

Поверхностные воды характеризуются следующими особенностями:

1. В химическом составе поверхностных вод доминирует группа химических элементов из цинка, железа и марганца.

2. Концентрация микроэлементов в водах парка в несколько раз выше, чем в Тюменском заказнике.

3. Из всей выборки очень высокой концентрацией всего ряда элементов отличаются пробы за 2007 год. Это связано с повышением антропогенной нагрузки (объект исследования находится в зоне кустовых оснований).

4. Значения концентрации большинства из исследуемых элементов как в природном парке «Кондинские озера», так и в Тюменском заказнике превышает ПДК. Однако такие элементы, как марганец и цинк (наблюдается наибольшая концентрация) имеют природное происхождение.

Химический состав торфов характеризуется:

1. В торфах природного парка «Кондинские озера» и Тюменского федерального заказника преобладает группа химических элементов из цинка, железа и марганца, но концентрация их различна (в торфах Парка концентрация выше).

2. Концентрация всего ряда химических элементов в низинных торфах Тюменского заказника значительно ниже, чем в верховых торфах природного парка «Кондинские озера».

3. Химические элементы в торфах Тюменского заказника располагаются более равномерно, чем в торфах природного парка «Кондинские озера».

Химический состав растений — торфообразователей характеризуется:

1. В растениях содержание химических элементов заметно выше, чем в почвах и поверхностных водах.

2. В химическом составе растений доминирует группа химических элементов из цинка, железа и марганца.

Проведенные корреляционные анализы демонстрируют, а построенные графики корреляционных полей подтверждают, что миграция элементов идет достаточно интенсивно в системе растение > торф > вода. В каждой из систем как в подзоне средней тайги, так и в подзоне подтайги наблюдается доминирование одной и той же группы химических элементов (но с разной концентрацией): железо, цинк, марганец.

Исходя из вышеперечисленных результатов, мы пришли к выводу, что в экосистемах средней тайги и подтайги (на примере природного парка «Кондинские озера» и Тюменского федерального заказника) концентрация химических элементов не одинакова. В подзоне средней тайги отмечаются концентрации химических элементов в поверхностных водах, почвах и растительности, во много раз превышающие концентрации в подзоне подтайги. На основе химических и корреляционных анализов нами было выявлено, что миграция химических элементов в вышеуказанных подзонах идет очень активно в направлении растение >торф> вода.

химический растение почва вода

1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в агроландшафте. Научно-практическое пособие. — СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2008. — 216 с.

2. Боев В. А. Микроэлементы в почвах и растительности Тюменского Федерального заказника. Тюмень: Вестник Тюменского государственного университета № 12, 2012. с.64−70

3. Войткевич Г. В., Мирошников А. Е., Поваренных А. С., Прохоров В. Г. Краткий справочник по геохимии М.: Недра, 1977. — 180 с.

4. Васильев В. П. Аналитическая химия. Часть 2. Физико-химические методы анализа Учебник для химико-технол. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1989. — 384 с.

5. Гвоздецкий Н. А. Физико-географическое районирование Тюменской области М.: МГУ, 1973. — 248 с.

6. Джувеликян Х. А., Щеглов Д. И., Горбунова Н. С. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв Учебно-методическое пособие для вузов. — Воронеж: Изд-во ВГУ, 2009. — 22с.

7. Езупенок Е. Э. Содержание химических элементов в торфах и торфяных почвах южно-таежной подзоны Западной Сибири: Дис… канд. биол. наук: Томск, 2005 -149 с.

8. Иваненко А. С., Кулясова О. А. Агроклиматические условия Тюменской области / Учебное пособие.? Тюмень: Изд-во ТГСХА, 2008. — 206 с.

9. Ильин В. Б., Сысо А. И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001а.-229с.

10. Инишева Л. И., Езупенок Е. Э. Болотные воды и их влияние на формирование химического состава рек // Материалы регионального совещания по созданию регистра вопросов и переноса загрязнений. — Барнаул, 2004. С. 186−195.

11. Кабата-Пендиас А. Проблемы современной биогеохимии микроэлементов Российский химический журнал, 2005. — № 3. — С. 15−19

12. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 439 с.

13. Калинин В. М. Природный парк «Кондинские озера». Екатеринбург: ООО «УИПЦ», 2012. 398 с.

14. Касатиков В. А., Еськов А. И., Черников В. А. и др. Влияние мелиорантов и осадков городских сточных вод на миграцию тяжелых металлов в дерново-подзолистой супесчаной почве. — М.: МСХА, Известия ТСХА № 1, 2003. 33−40с.

15. Ларинов Г. А., Царева Е. П., Щипцова Н. В. Миграция тяжелых металлов в биологической цепи почва — растение — животное: Екатеринбург: Уральская государственная сельскохозяйственная академия, Аграрный вестник Урала 2009 № 06. с. 49−50

16. Московченко Д. В., Моисеева И. Н., Хозяинова Н. В. Элементный состав растений уренгойских тундр Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения 2012 № 12. с.130−136

17. Никаноров А. М. Гидрохимия Учебник. — 2-е изд, перераб. и доп. — СПб: Гидрометеоиздат, 2001. — 444 с.

18. Орлов Д. С., Безуглова О. С. Биогеохимия Серия «Учебники, учебные пособия». — Ростов Н/Д: «Феникс», 2000. — 320 с.

19. Перельман А. И. Геохимия ландшафта М.: «Высшая школа», 1966. — 392с.

20. Перельман А. И., Касимов Н. С., Геохимия ландшафта Учебник, МГУ, М., 1999. — 610 с.

21. Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 11. Средний Урал и Приуралье. Монография. — Гидрометеоиздата, 1973 г.

22. Трифонов К. И., Девисилов В. А. Физико-химические процессы в техносфере Учебник. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. — 240 с.

23. Халафян А. А. Statistica 6. Статистический анализ данных М.: Бином, 2007. — 512 с.

24. Хренов В. Я. Почвы криолитозоны Западной Сибири: морфология, физико-химические свойства, геохимия. Новосибирск: Наука, 2011. — 211с.

25. Цыбукова Т. Н., Инишева Л. И., Тихонова О. К., Зейле Л. А., Юсубов М. С. Характеристика элементного состава торфяного сырья олиготрофного болота.: Томск. Химия растительного сырья. 2000. № 4. С. 29−34.

26. Атлас СССР М. Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1983. — 260 с.

27. Атлас Тюменской области. Выпуск 1. Москва-Тюмень: Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1971. — 198 с.

28. Атлас Тюменской области. Юг. Екатеринбург. ФГУП Уралаэрогеодезия, 2011. — 184 с.

29. ГОСТ 17.4.3.01−83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб»

30. ГОСТ 31 861–2012 «Вода. Общие требования к отбору проб».

31. Р52.24.353−2012. «Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод»

32. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, 10.03.1992. — 63 с.