VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Вопросам экологического состояния арктических и приарктических территорий последнее десятилетие уделяется особое внимание, учитывая крайнюю уязвимость окружающей природной среды, малую устойчивость экосистем, важную экономическую, социальную и экологическую роль. При этом исследованию почв уделяется особое внимание.

Почвы являются аккумуляторами вредных веществ из атмосферы, сточных вод и бытовых отходов. Биогеохимическим индикатором состояния почвенно-растительного покрова наряду с содержанием в нем техногенных полютантов (нефтепродукты, тяжелые металлы) является и сбалансированное содержание биогенных элементов, таких как азот, калий, фосфор.

Фосфор является одним из важнейших биогенных элементов. Он входит в состав нуклеопротеидов, сахарофосфатов, фосфатидов и других соединений, активно участвует в процессах обмена веществ и синтеза белка, определяет энергетику клетки, влияет на рост растений. Фосфор содержится в почве в различных формах: органической и неорганической, подвижной и неподвижной. Содержание подвижного фосфора в почве − одна из важнейших характеристик её плодородия. Подвижными соединениями фосфора принято считать те соединения, которые доступны растениям, т.е. сравнительно быстро могут переходить в почвенный раствор [1].

В качестве объектов химического анализа по определению подвижного фосфора были выбраны почвы: 127 почвенных образцов с 99 пробных площадей (ПП), которые классифицировались по степени техногенно-антропогенной нагрузки на исследованных территориях.

Отбор почвенных образцов с природных территорий проводился согласно ГОСТ 17-4-4-02-84 на местах высадок по ходу следования судна «Профессор Молчанов» в 2012-2013 г в рамках научно-исследовательских экспедиций «Арктический плавучий университет»[2].

Почвенные образцы с техногенных территорий (Пирамида, Баренцбург, Северодвинск и Новодвинск) были представлены лабораторией биогеохимических исследований Института естественных наук и биомедицины.

С целью оценки экологического состояния почв Евроарктического региона и степени их антропогенного зафосфачивания на базе лаборатории биогеохимических исследований Института естественных наук и биомедицины С(А)ФУ было определено содержание подвижного фосфора фотометрическим методом Кирсанова согласно ГОСТ 26207-91 [3].

Для определения подвижных трансформационных форм фосфора использовали метод Чирикова [4], основанный на извлечении каждой формы из почвы своим экстрагирующим раствором и последующим определением четырех групп соединений фосфора, проводимых по методу Кирсанова исходя из ГОСТ 26207-91.

Оценка уровня обеспеченности и/или степени загрязнения (зафосфачивания) почв проводилась согласно шкале экологического нормирования подвижных форм фосфора исходя из таблицы 1.

Таблица 1

Шкала экологического нормирования подвижных форм фосфора, P₂O₅, мг/кг [5]

Уровень обеспеченности		Степень загрязнения (зафосфачивания)
Очень низкий	< 20	Очень низкая	251-500
Низкий	26-50	Низкая	501-750
Средний	51-100	Средняя	751-1000
Повышенный	101-150	Повышенная	1001-2000
Высокий	151-250	Высокая	2001-3000
Очень высокий	251-500	Очень высокая	>3000

Среднее содержание подвижного фосфора в почвах Евроарктического региона (рис.1) колеблется от 0,1 до 1006 мг/кг, при этом в техногенных почвах составляет 360 мг/кг, в природных почвах без техногенного воздействия − 305 мг/кг, в природных почвах с техногенным воздействием − 304 мг/кг.

В целом уровень обеспеченности техногенных почв подвижным фосфором очень высокий (P₂O₅ > 250 мг/кг), а почвы 35 % ПП уже имеют среднюю степень загрязнения. При этом содержание подвижного фосфора в почвах городов Архангельской промышленной агломерации выше, чем в техногенных почвах Арктического региона. Так в городе Новодвинске содержание подвижного фосфора в поверхностном слое (0-20 см) в среднем составляет 483,59 мг/кг, в Северодвинске − 316,23 мг/кг, а в техногенных почвах Арктики всего 149 мг/кг. Это обусловлено тем, что в Арктике пробы были отобраны не на селитебных территориях, а на территориях промышленных зон, где нет мощных источников антропогенного загрязнения почв фосфором.

Рисунок 1. Среднее содержание подвижного фосфора в почвах

Евроарктического региона, мг/кг

Содержание подвижного фосфора в природных почвах с техногенным и без техногенного воздействия примерно одинаковое. Уровень обеспеченности подвижными формами фосфора этих почв довольно высокий (P₂O₅ > 250 мг/кг). При этом 43 % природных почв с техногенным воздействием имеют очень низкую степень зафосфачивания, 33,3 % − низкую степень загрязнения. 16,7 % природных почв без техногенного воздействия имеют очень низкую степень зафосфачивания, 23,8 % низкую степень загрязнения, что может быть обусловлено как хозяйственной деятельностью человека (метеостанции, жилые помещения), так и поступлением соединений фосфора из сопредельных сред: морской воды и горных пород.

Однако для анализа содержания подвижного фосфора важно знать не только его общее количество, но и в каких формах этот биогенный элемент находится в почвах.

В почве подвижный фосфор присутствует в виде как минеральных, так и органических соединений. К минеральным соединениям относятся соли орто - и полифосфорных кислот, к органическим – нуклеиновые кислоты, фосфолипиды и инозитофосфаты (табл. 2).

При изучении трансформации фосфора в почвах Евроарктического региона были отобраны почвенные образцы с трех ПП, отличающихся по техногенной нагрузке: техногенная почва (ПП 33 г. Баренцбург), природная почва без техногенного воздействия (ПП о. Чамп 1), природная почва с техногенным воздействием (ПП о. Хейса 1). При выборе ПП учитывалось ранее определенное содержание подвижного фосфора в этих почвах. Оно максимальное среди исследованных почв и составляет 382,07 мг/кг, 509,92 мг/кг, 660,79 мг/кг, соответственно.

Таблица 2

Схема извлечения из почв соединений фосфора, по Ф.В. Чирикову

Группы соединений	Экстрагирующие растворы	Предполагаемые соединения фосфора
I	0,04-0,06 Н Н2СО3	Li3PO4, Na3PO4, K3PO4, (NH4)3PO4, CaHPO4 и MgHPO4; частично свежеосажденные Ca3(PO4)2 и Mg3(PO4)2
II	0,5 М СН3СООН рН=2,5	Разноосновные фосфаты кальция (CaHPO4 , Ca3(PO4)2,Ca8(HPO4)2(PO4)4·5H2O); частично AlPO4 и
III	0,5 М НС1	Ca10(PO4)6F2 и Al2(НРО4); Al(H2PO4)3, AlPO4, FePO4,Fe2(HPO4)3, Fe(H2PO4)3, часть фосфорных эфиров
IV	3,0 M NH4OH	Фосфорорганические соединения (фосфоинозиты, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, продукты гидролиза фосфорных эфиров, фосфогумусовые комплексы); AlPO4 и FePO4, оставшиеся неизвлеченными 0,5 М НСl

Наибольшее содержание самых подвижных форм фосфора (группы I и II - фосфаты щелочных металлов и аммония; разноосновные фосфаты кальция и частично фосфат алюминия.), составляющее около 50 % от общего количества, содержится в почве Баренцбурга, представленной техногенным почво-грунтом (рис. 2). Это обусловлено тем, что в таких грунтах нет закрепляющих частиц, поэтому с точки зрения зафосфачивания окружающей среды это представляет большую опасность.

В природных почвах, представленных рыхлыми песками, больше всего содержится фосфатов III группы (высокоосновные фосфаты кальция и разноосновные фосфаты алюминия и железа, часть фосфорных эфиров), характеризующихся низкой подвижностью. Отсутствие плодородного гумусового слоя в почвах арктического региона обуславливает низкое (не превышающее 5%) и практически равное содержание органических соединений фосфора (IV группа).

Таким образом, все почвы Евроарктического региона в наибольшей степени зафосфачены соединениями III группы, которые представляют собой группу малоподвижных соединений фосфора, поэтому при оценке зафосфачивания почв Евроарктического региона важно знать не только количественное содержание подвижного фосфора, но их миграционную и трансформационную способность. Чем больше содержание подвижных форм фосфора I и II групп, тем выше миграционная способность фосфора и больше вероятность зафосфачивания сопредельных природных сред.

Рисунок 2. Содержание отдельных групп подвижных соединений фосфора в почвах Арктического региона, %

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Васильева, З.В. Учебно-методическое пособие по физиологии растений./З.В. Васильева.-М.:Просвещение,1997,-358с.

2. Комплексная научно-образовательная экспедиция «Арктический плавучий университет – 2012»: материалы научной сессии студентов и аспирантов. Ч.3./ ФГАУ ВПО «Сев.(Аркт.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова», ФГБУ «Сев. упр. По гидрометеорологии и мониторингу окр. среды», Арханг. центр Всерос. обществ. орг. «Рус. геогр. о-во»; [сост. и отв. ред.: проф. Н.М. Бызова]. Арх-ск: Архангельский центр Русского географического общества: Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, 2012. – 116 с.

3. ГОСТ 26207-91. Почвы. Определение подвижных форм фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. - Введ. с 01.07.85. до 01.07.95.- М.: Изд-во стандартов, 1987. - 7 с.

4. Пуховский, А.В. Экспрессный метод определения подвижности почвенных фосфатов //Агрохимический вестник. - 2000. - №6. - С.32-34.

5. Попова, Л. Ф. Химическое загрязнение урбоэкосистемы Архангельска. Монография. [Электронный ресурс]: ФГАОУВПО САФУ, - Режим доступа: http://narfu.ru/university/library/books/1084.pdf (дата обращения 01.04.2014).

Код для цитирования: Скопировать