Экогеохимическое состояние геологической среды юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины (Республика Хакасия) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат наук Архипова Наталия Владимировна

• Архипова Наталия Владимировна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Архипова Наталия Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

2 КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

2.1 ДОДЕВОНСКИЙ СКЛАДЧАТЫЙ ФУНДАМЕНТ

2.2 РИФТОГЕННО-ДЕПРЕССИОННЫЙ КОМПЛЕКС

2.3 ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

2.4 ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

3 ЭКОГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЧЕБАКОВО-БАЛАХТИНСКОЙ ВПАДИНЫ

3. 1 ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

3 .2 ТИПЫ ПОЧВ

3.3 ЭКОГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ

3.3.1 Распределение микроэлементов в почвах Чебаково-Балахтинской впадины

3.3.2 Распределение микроэлементов в почвах озёрных котловин

3.4 ЭКОГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД

3.4.1 Общая характеристика и экогеохимические особенности речных вод

3.4.2 Общая характеристика и экогеохимические особенности озёрных вод

3.4.3 Гидрогеохимические и экогеохимические особенности донных отложений

3.4.4 Гидрогеохимические и экогеохимические особенности подземных вод

4 АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ЮГО- 152 ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЧЕБАКОВО-БАЛАХТИНСКОЙ ВПАДИНЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Моноэлементные картосхемы распределения

микроэлементов в почвах

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Состав водной вытяжки засоленных почв

юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экогеохимическое состояние геологической среды юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины (Республика Хакасия)»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Геологическая среда является основой любой экосистемы и от устойчивости её компонентов зависят безопасность и комфортность проживания населения. Провести оценку экогеохимического состояния территории можно на основании результатов анализа проб таких природных компонентов как почвы, поверхностные и подземные вод, донные отложения [Трофимов, 2003, 2007]. В последнее время намечается тенденция к увеличению негативного влияния на геологическую среду в результате антропогенного воздействия на локальном и региональном уровне [Сает, 1990; Летувнинкас, 2002].

Чебаково-Балахтинская впадина Минусинского межгорного прогиба обладает уникальными условиями для отдыха, лечения, рекреации. В степной зоне впадины учтены более 100 больших и малых водоёмов общей площадью около 193 км2, среди которых наибольшей известностью пользуются озёра Белё, Тус, Шунет, Шира, Иткуль. Вода большинства из них в различной степени минерализована, многие содержат лечебные грязи и сапропели. В настоящее время функционирует лишь один курортный комплекс «Озеро Шира», использующий в лечебных целях минеральные воды и иловые сульфидные грязи. В летний период на побережья озёр приезжают десятки тысяч отдыхающих из различных регионов России, используя неорганизованным образом щедрые бальнеологические ресурсы. Антропогенная нагрузка на территорию (неконтролируемая рекреационная деятельность, развитие сельского хозяйства, промышленности и др.) способствует деградации, как озёрных акваторий, так и прибрежных территорий.

Изучению озёрных водоёмов посвящено множество работ [Малахов и др., 1963; Шуб, 1972; Кусковский, Кривошеев, 1989, 1997; Парначёв и др., 1997, 1999, 2003, 2007, 2012; Парна-чёв, Вишневецкий, Бэнкс, 2003, 2004; Макаренко и др., 2007], где описан состав минеральных вод и грязей. Сотрудниками Томского НИИКиФ Н.К. Джабаровой, Н.Г. Клопотовой, Е.Ф. Левицким, Т.Д. Гридневой, а также ТГУ - В.И. Гридневой, И.А. Ярымовой в 1997-2004 гг. исследованы возможности использования минеральных вод и иловых грязей в лечебных целях. При этом микрокомпонентный состав озерных вод изучался лишь попутно и, главным образом, с бальнеологическим уклоном. Для грязей определялись лишь те свойства, которые лимитируются ведомственными инструкциями.

В работах А.А. Булатова [1998, 2001], Е.М. Дутовой [2001], О.В. Карначук [2001], Ю.Г. Копыловой, И.В. Сметаниной [1998-2015], Н.А. Макаренко [1998-2015], А.И. Петрова [1998, 1999], Н.М. Рассказова [1998, 2001], А.М. Сазонова [2001, 2002, 2010], Ю.П. Турова

[1999], С.Л. Шварцева [1993, 1997, 1998, 2005] содержатся результаты гидрогеохимических исследований поверхностных и подземных вод.

Сведения по строению и составу почв Хакасии, в том числе и Чебаково-Балахтинской впадины, имеются в работах Н.Д. Градобоева [1954], А.Д. Гололобова [1959], Ю.Г. Покатилова и др. [1992], а также в публикациях профессора ТГУ М.Г. Танзыбаева [1958-2002] и его учеников: В.Ф. Шамшаевой [2003], Е.В. Каллас [2004], С.П. Кулижского [2004], А.В. Родиковой [2007]. В этих работах большое внимание уделено содержанию отдельных катионов и анионов в различных типах почв, и практически не рассматривается их микрокомпонентный состав.

Исследованием водных экосистем солёных озёр региона активно занимались учёные Института биофизики СО РАН (г. Красноярск) - В.Г. Губанов, А.Г. Дегерменджи, Д.Ю. Рагозин и др. [1996], Института микробиологии РАН (г. Москва) - Н.В. Пименов и др. [2005].

Природные комплексы Республики Хакасия изучались Д. Бэнксом (Великобритания) [1998, 1999, 2001, 2004], Б. Френгстадтом (Норвегия) [2001, 2004].

С 1999 года на территории Республики Хакасия образован Государственный природный заповедник «Хакасский», включающий в себя 9 изолированных кластеров, из которых на изученной территории функционируют участки «Озеро Белё», «Озеро Шира» и «Озеро Иткуль». Для каждого из них с участием автора приведена комплексная физико-географическая характеристика, изучено биологическое разнообразие, что обобщено в соответствующих монографиях [Природный комплекс., 2010, 2011, 2013, 2016].

Несмотря на изученность отдельных компонентов и объектов геологической среды, комплексные геоэкологические исследования на территории Чебаково-Балахтинской впадины не проводились. Между тем, для обеспечения рекреационных мероприятий, создания новых оздоровительных учреждений, зон активного отдыха, лечения, столь востребованных населением Сибири и других регионов России, необходимо научное обоснование использования территории Чебаково-Балахтинской впадины, детальное изучение геологической среды, что позволит дать комплексную оценку экогеохимического состояния территории.

Цель работы: комплексная оценка экогеохимического состояния геологической среды юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) установить зависимость пространственного распределения озёрных акваторий, солевого режима поверхностных и подземных вод от геологического строения района;

2) изучить закономерности распределения микроэлементов в почвах на территории впадины и в контурах озёрных котловин;

3) выявить изменения химического состава природных вод и характер распределений микроэлементов в донных отложениях;

4) провести оценку факторов антропогенного воздействия на геологическую среду.

Объекты и методы исследований. В работе использован фактический материал экспедиций, проводимых в 1995-2001 гг. сотрудниками Томского государственного и Томского политехнического университетов на территории Чебаково-Балахтинской впадины, а также в пределах природоохранных зон десяти озёр: Белё, Шира, Иткуль, Тус, Фыркал, Шунет, Утичьи - 1, 2, 3; в которых автор принимал непосредственное участие. Объектами исследований явились следующие компоненты геологической среды: почвы, донные отложения, поверхностные и подземные воды.

Отобранные пробы почв и донных отложений обработаны в соответствии с требованиями [Требования к геолого-экологическим..., 1990]. Собранный материал анализировался приближённо-количественным спектральным в ФГУП «Берёзовгеология» г. Новосибирска (аттестат аккредитации Госстандарта России № РОСС Ru. 0001.51189) и нейтронно-активационным (Исследовательский ядерный реактор НИИЯФ ТПУ) методами. Дальнейшая статистическая обработка и визуализация данных выполнялась автором с использованием прикладных программ Microsoft Excel XP и GS Surfer for Windows XP Professional.

Поверхностные воды степной зоны Ширинского района опробовались сотрудниками Томского политехнического университета при участии автора. Количественный химический анализ вод выполнен в аккредитованной проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Томского политехнического университета сотрудниками В.М. Марулевой, А.А. Хващевской, А.Н. Ефимовой, Р.Ф. Зарубиной, Н.И. Шердаковой. Определение компонентов вод осуществлялось по методикам, утвержденным Госстандартом, Минздравом, Научным советом по аналитическим методам (секция геологическая), по разрешенным руководящим документам, методами титриметрии, фотоколориметрии, пламенной фотометрии, потенциомет-рии, турбидиметрии, беспламенной атомно-абсорбционной спектрометрии.

В диссертационной работе использованы данные профессора В.П. Парначёва и PhD Д. Бэнкса (Шеффилдский университет, Великобритания), детально исследовавших химический состав подземных вод родников и скважин степной части Ширинского района, проанализированных в арбитражной лаборатории г. Тронхейм (Норвегия), а также данные сотрудников Томского НИИ курортологии и физиотерапии, исследовавших специфические донные отложения (лечебные грязи) и минеральные воды озёр, под руководством кандидата химических наук Н.К. Джабаровой и кандидата геолого-минералогических наук Н.Г. Клопотовой.

Диссертационное исследование выполнено в рамках:

- х/д № 111/95 «Исследование бальнеологических свойств озёр Белё, Тус, Утичьи, Фыркал и Слабительные и разработка рекомендаций с целью обоснования перевода Ширинского

района в категорию курортной зоны» между Администрацией Ширинского района (с. Шира) и Томским государственным университетом (1995);

- х/д № 265 «Геоэкологические особенности и бальнеологическая оценка озера Шунет (Ширинский район, Республика Хакасия)» между ЗАО «Курорт «Озеро Шира», Томским НИИ курортологии и физиотерапии и Томским государственным университетом (1999);

- х/д № 277 «Оценка состояния природных ресурсов и создание экологического атласа территории Республики Хакасия» между Госкомитетом по охране окружающей среды Республики Хакасия (г. Абакан), Комитетом природных ресурсов по Республике Хакасия (г. Абакан) и Томским государственным университетом (1997-2001);

- х/д № 284 : 3-Т «Исследование рапы минеральных озёр и солончаков Республики Хакасия с целью оценки особенностей распределения редких щелочей, галогенных и сопутствующих элементов (литий, рубидий, цезий, бром, бор, фтор)» между Комитетом природных ресурсов по Республике Хакасия (г. Абакан) и Томским государственным университетом (1997-1999);

- х/д № 233 «Изучение и оценка эксплуатационных запасов лечебных грязей озера Ути-чье-3 в Ширинском районе Республики Хакасия» между ЗАО «Курорт «Озеро Шира», Томским НИИ курортологии и физиотерапии и Томским государственным университетом (2006);

- научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма: 007 «Научные исследования высшей школы по экологии и рациональному природопользованию, проект № 06.01.12, грант

97-0519, 1997-2001).

Степень достоверности полученных результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием большого объема фактических данных (992 пробы из разных объектов геологической среды).

Научная новизна работы:

- впервые создана база данных по содержанию микрокомпонентов (тяжёлые металлы, редкие и редкоземельные элементы) в почвах, поверхностных и подземных водах, донных отложениях на региональном и локальном уровнях;

- впервые создана серия геохимических карт, которые могут быть применены для проведения экологического мониторинга;

- впервые составлена схема размещения техногенных объектов, нарушающих природную среду Чебаково-Балахтинской впадины;

- впервые дана комплексная характеристика экогеохимического состояния юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины.

Защищаемые положения:

1. Экологическое состояние геологической среды юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины на макроуровне зависит от специфики геологического строения района, отражающего закономерности пространственного распределения озёрных акваторий, солевого режима поверхностных и подземных вод.

2. В почвенном покрове распределение тяжёлых металлов носит унаследованный характер и, в общих чертах, либо повторяет площадной рисунок мозаичных литогеохимических ореолов, либо формирует локальные аномалии микроэлементов, типоморфных для зон аридного седиментогенеза. «Сквозные» микроэлементы Sr, V, №, Zn и Sn накапливаются в почвах всех озёрных котловин, Мо, Си, РЬ встречаются спорадически. Состояние почвенного покрова оценивается как удовлетворительное.

3. В природных поверхностных и подземных водах и донных отложениях геохимические аномалии элементов возникают лишь в водах, дренирующих эвапоритоносные терриген-но-осадочные породы верхнего девона и нижнего карбона.

4. Экогеохимическое состояние геологической среды юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины характеризуется как удовлетворительное: зоны с повышенными содержаниями элементов локальны и часто имеют «точечный» характер. Антропогенное воздействие локально и выражается в повышении концентраций нитратов в подземных водах; нефтепродуктов и аэрозольных частиц - в акватории оз. Шира; Си, Zn, №, Sb - в донных отложениях рек.

Практическая значимость работы. Результаты работы могут быть использованы:

- при прогнозировании ближайших и отдаленных последствий антропогенного воздействия;

- при мониторинге состояния геологической среды с целью предотвращения возможных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

- в сфере принятия управленческих решений организациями республиканского, федерального уровней, заинтересованных в оптимизации экологически безопасного развития территории, что направлено на управление качеством геологической среды и проведения политики рационального природопользования.

Материалы исследований переданы и используются Госкомитетом по охране животного мира и окружающей среды Хакасии, Администрацией и Земельным комитетом Ширинского района при составлении ежегодных Государственных докладов о состоянии окружающей природной среды Республики Хакасия.

Результаты аналитических исследований внедрены в образовательный процесс Национального исследовательского Томского государственного университета при проведении практических занятий по курсу «Геоэкологическое картирование», читаемого для студентов очного обучения ООП «Геология», ООП «Геохимия» по направлению 05.03.01 - Геология (уровень ба-

калавриата) и студентов заочного отделения ООП «Геологическая съёмка, поиски и разведка месторождений твёрдых полезных ископаемых» по направлению 21.05.02 - Прикладная геология (уровень специалитета). Также результаты диссертационного исследования используются при написании главы отчёта по учебной многоцелевой геолого-съёмочной практике, проводимой для студентов 2 курса бакалавриата.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 19 работ, 3 монографии, в том числе 3 статьи в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук.

1. Архипова Н. В. Эколого-геохимическое состояние оз. Утичье-3 и его окрестностей (Республика Хакасия) / Н. В. Архипова, В. П. Парначев, Н. А. Макаренко, Н. Г. Клопотова // Вестник Томского государственного университета. - 2012. - № 362. - С. 166-172. -0,68 / 0,17 п.л.

2. Архипова Н. В. Экогеохимические особенности почвенного покрова и донных отложений кластерного участка «Озеро Иткуль» Государственного природного заповедника «Хакасский» / Н. В. Архипова, Н. А. Макаренко, В. П. Парначев, А. Л. Архипов // Вестник Томского государственного университета. - 2014. - № 386. - С. 193-200. - 0,62 / 0,15 п.л.

3. Макаренко Н. А. Эколого-геохимическое состояние оз. Шунет и его окрестностей (Республика Хакасия) / Н. А. Макаренко, Н. В. Архипова // Вестник Томского государственного университета. - 2015. - № 400. - С. 371-380. - DOI: 10.17223/15617793/400/58. - 0,86 / 0,43 п.л.

Результаты исследований обсуждались на международных, региональных конференциях, совещаниях и симпозиумах: Региональная научная конференция «Актуальные вопросы геологии и географии Сибири» (Томск, 1998), Вторая Южно-Сибирская региональная научная конференция «Экология Южной Сибири» (Абакан, 1998), Третий международный научный симпозиум «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 1999), Международная научная конференция «Современные проблемы почвоведения в Сибири» (Томск, 2000), III международное совещание, посвящённое 10-летию НИИ геохимии биосферы (Новороссийск, 2001), VI Международная экологическая конференция «РИО+10: Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (Москва, 2002), VIII Международная научная школа «Металлогения древних и современных океанов - 2002» (Миасс, 2002), Международная конференция «Геоэкологические проблемы почвоведения и оценки земель» (Томск, 2002), Региональная научная конференция «Проблемы геологии и географии Сибири» (Томск, 2003), Международная научная конференция «Вопросы географии Сибири» (Томск, 2003), VIII научная конференция по тематической картографии (Иркутск, 2006), Международная научная конференция «Со-

временные проблемы геохимии, геологии и поисков месторождений полезных ископаемых», посвящённая 100-летию со дня рождения академика К.И. Лукашёва (Минск, 2007).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 2 приложений содержащих 49 рисунков и 1 таблицу. Объем диссертации составляет 231 страницу, включая 40 рисунков и 46 таблиц. Список литературы насчитывает 177 наименований: 162 опубликованных, в том числе 7 на иностранном языке, и 15 фондовых источников.

Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность научному руководителю - профессору Валерию Петровичу Парначёву, доктору геолого-минералогических наук, заведующему кафедрой динамической геологии, кандидату геолого-минералогических наук, доценту Николаю Андреевичу Макаренко за ценные рекомендации, кандидату геолого-минералогических наук, доценту Александру Леонидовичу Архипову за поддержку и ценные советы.

Автор благодарит кандидата геолого-минералогических наук, геолога НИЛ Геокарт Николая Андреевича Макаренко за организацию полевых работ; доктора биологических наук, профессора, заведующего кафедрой почвоведения и экологии почв Института биологии, экологии, почвоведения, сельского и лесного хозяйства Сергея Павлиновича Кулижского за консультации по вопросам, связанным с изучением почвенного покрова; кандидата геолого-минералогических наук, доцента кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии Томского политехнического университета, Юлию Григорьевну Копылову, Ирину Валерьевну Сметанину и сотрудников проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Томского политехнического университета за предоставленные материалы по поверхностным и подземным водам; PhD Дэвида Бэнкса (Шеффилдский университет, Великобритания) за предоставленные материалы по химическому составу подземных вод родников и скважин; сотрудников Томского научно-исследовательского института курортологии и физиотерапии кандидата химических наук Наилю Кашафовну Джабарову и кандидата геолого-минералогических наук Надежду Георгиевну Клопотову за предоставленные материалы по исследованию специфических донных отложения (лечебных грязей) и минеральных вод озёр.

1 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Район исследования охватывает северную часть Республики Хакасия и включает юго-западную часть Чебаково-Балахтинской впадины. С запада и юга ограничен горными поднятиями Кузнецкого Алатау и Батенёвского кряжа, с востока - Красноярским водохранилищем, на севере - Солгонским кряжем (рисунок 1.1). Абсолютные высоты поверхности района над уровнем океана колеблются от 352 м (оз. Шира) до 1427 м (голец Подоблачный в районе рудника Коммунар) и их отметки возрастают с востока на запад. Морфологические черты указанных выше орографических структур резко различны. Большое внимание морфологии рельефа уделено в обобщающих работах Я.С. Эдельштейна [1932, 1936], начавшего свои исследования еще в 1910 г. Некоторые черты рельефа впадины описывали К.И. Богданович [1894], Е.М. Щербакова [1954], Ю.А. Щербаков [1962], Л.К. Зятькова и О.А. Раковец [1969], Р.И. Салюкова [1976], А.А. Мистрюков [1988] и многие другие.

Кузнецкий Алатау образован системами средневысотных кряжей, ориентированных в меридиональном и северо-восточном направлениях, ограниченных разломами. Наиболее высокие точки рельефа - г. Верхний Зуб (2178 м), г. Пустасхыл (1820 м) и др. В осевой, наиболее приподнятой части Кузнецкого Алатау, местами господствует альпийский рельеф, сменяющийся последовательно высоко-, средне- и низкогорным рельефом в направлении к Минусинским впадинам. Главными формами рельефа Кузнецкого Алатау являются долины и водораздельные хребты. В гольцовой части широко развиты ледниковые формы: кары, ледниковые цирки, троги, уступы морозного выветривания, эквипленные поверхности, морены, а водоразделы изобилуют острогребневыми и пикообразными останцами [Шпинь, 1980]. В горнотаёжной зоне долины замкнутые, реже полуоткрытые, V-образные, местами трапециевидные. Ближе к межгорной впадине они сменяются открытыми долинами с широким слабо вогнутым дном.

Батенёвский кряж - отрог Кузнецкого Алатау - начинается с горы Изых (1569 м) и прослеживается на северо-восток до р. Енисей в районе с. Батени. В пределах Батеневского кряжа отчетливо выражены три яруса рельефа: с гипсометрическими отметками в интервале от 950 до 1050 м, от 750 до 950 и от 600 до 750 м [Щербакова, 1954]. В более высокогорной зоне можно различить дополнительно ещё несколько ярусов. Низкогорный слабо расчленённый рельеф с неясными куэстами и грядами типичен для окраинных частей и восточной половины Бетенёв-ского кряжа. Западный участок Батенёвского кряжа расположен в ветровой тени относительно воздушных течений. С этим обстоятельством связано небольшое количество осадков, влекущее за собой снижение роли эрозии и увеличение роли делювиальных процессов в образовании рельефа. Удаленность территории от р. Енисей способствует растягиванию продольных профилей водотоков, т.е. замедлению стока.

Населённые пункты

• с населением более 2000 жителей с населением менее 2000 жителей с населением менее 1000 жителей с населением менее 500 жителей

Железная дорога

Автомобильные дороги с усовершенствованным покрытием Грунтовые просёлочные дороги Полевые и лесные дороги

г. Изых (1569)

Гидрография

Реки шириной более 60 метров Реки шириной менее 60 метров Ручьи и пересыхающие реки

Рельеф

Отметки высот Границы

■ Граница Республики Хакасия _ Граница Чебаково-Балахтинской впадины

Рисунок 1.1 - Обзорная карта Чебаково-Балахтиинской впадины и её горного обрамления в пределах Республики Хакасия

Чебаково-Балахтинская, известная как Северо-Минусинская впадина, характеризуются более низким в среднем гипсометрическим уровнем поверхности, широким распространением куэст, котловин выдувания, молодых аккумулятивных и денудационных равнинных поверхностей, развитием мелкосопочника. На юге впадины преобладает холмистый и куэстовый рельеф, переходящий местами в мелкосопочник с логами и котловинами тектонического, эрозионного и суффозионного происхождения [Щербаков, 1962]. В северной части впадины рельеф мало расчленён. Встречаются овраги и балки. Наиболее выровненные участки характерны для центральной части Чебаково-Балахтинской впадины, где расположены обширные озёрные котловины озёр Белё, Шира, Иткуль и др. Над степью возвышаются отдельные гряды и холмы. Равнинные участки отделены друг от друга моноклинальными куэстовыми грядами с резко асимметричными склонами и широкими плоскими ложбинами между гряд. Отдельные группы сопок и более обширных возвышенностей, как, например, Копьёвский купол, связаны с отпрепарированными денудацией интрузивными породами. Абсолютные высоты колеблются в пределах 250-750 м, но наибольшие пространства имеют отметки 500-550 м. Северо-восточная часть (район Красноярского водохранилища) существенно отличается от остальных частей впадины. Рельеф здесь холмистый, постепенно переходящий в низкогорный. Для краевых частей впадины характерен грядово-мелкосопочный рельеф.

Оформление современного облика поверхности юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины обязано в основном тектоническим процессам, а также деятельности ветра и временных поверхностных вод. По всей территории ярко выражены процессы селективного выветривания и денудации, а также отмечается четкая зависимость морфологии поверхности (форм рельефа) от геологического строения [Геология., 1998].

Гидрографическая сеть Кузнецкого Алатау представлена низовьями рек Чёрный и Белый Июс, небольшим участком верхнего отрезка р. Чулым и их притоками. Река Белый Июс, берёт своё начало со склонов горы Верхний Зуб. Сливаясь вблизи ж/д станции Копьёво с р. Чёрный Июс, она дает начало р. Чулым. Река Белый Июс в пределах Кузнецкого Алатау имеет черты типичной горной реки, но в Чебаково-Балахтинской впадине эти реки формируют широкие долины, русла разбиваются на многочисленные рукава и протоки.

Водотоки Батенёвского кряжа представлены небольшими ручьями, частью временными. В верховьях рек корытообразные неглубокие долины, густо расчленяющие водоразделы, несут следы широкого развития делювиальных процессов. Вниз по течению рек появляются и затем углубляются более молодые врезы, сопровождающиеся образованием ящикообразных долин. У основания крутых склонов располагается щебнистый делювиальный шлейф, придающий поперечному профилю вогнутость. Питание рек осуществляется в основном за счёт таяния снега и льда, дождевых и талых вод.

Озёра здесь экзарационные, либо моренно-подпрудные, воды ультрапресные и практически не содержат растворенных солей, располагаются на выровненных водораздельных пространствах. К таким «возвышенным» озёрам относятся озёра Игерколь, Шерлаки, Дикое, Заводское, Буланкуль и др. Котловины этих озёр имеют, главным образом, дефляционное происхождение и, наряду с другими факторами, свидетельствуют об аридном климате Хакасии в весьма недалеком прошлом.

В степи количество рек незначительно, и они имеют небольшие размеры. Например, р. Карыш, которая берет свое начало вблизи ж/д станции Сон, неоднократно скрывается под землю, затем через воклюзы появляется вновь на поверхности и впадает в оз. Иткуль. Подобным же образом ведёт себя речка Сохочул. Питание рек осуществляется в основном за счёт дождевых вод. При этом атмосферные осадки, выпадающие в виде ливней, быстро скатываются по поверхности, вызывая сели и непомерное «вздутие» речек. Регуляторами стока воды в речках нередко являются сравнительно крупные озёрные бассейны [Геология., 1998].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Архипова Наталия Владимировна, 2017 год

Схема использованных материалов

1 - Ожиганова Г.Н., Зайцев В.Н., 1:500 ООО, 2000 г.

2 - Ожиганова Г.Н., Зайцев В.Н., 1:500 000,2001 г.

3 - Составлена автором, 1:500 000,2015 г.

Ворота

км 5

ь=

Рисунок 3.1.1 - Схема размещения природных неблагоприятных геологических объектов и процессов в Чебаково-Балахтинской впадине

Таблица 3.1.1 - Распределение земель на территории Чебаково-Балахтинской впадины [по материалам А.Я. Березовского, Государственный доклад...,1998]

Наименование угодий Площадь в га %

1. Сельскохозяйственные угодья 328309 72,7

в том числе: пашни 127682

2. Древесно-кустарная растительность 3308 0,7

в том числе : защитного значения 795

3. Болота 6143 1,4

4. Нарушенных земель 31315 6,9

5. Почих земель 65149 14,4

в том числе: песков 539

оврагов 72

другие неиспользуемые земли 64417

6. Государственный природный заповедник «Хакасский» 17410 3,9

Общая площадь 451634 100

В то же время на территории Чебаково-Балахтинской впадины сосредоточены неиспользуемые земли, площадь которых составляет 64 тыс. га (14,3 %) земельных угодий, функционирует Государственный природный заповедник «Хакасский», площадь которого в пределах исследуемой площади составляет 17,4 га (3,9 %) земельных угодий (таблица 3.1.1).

Из других неблагоприятных явлений отметим процессы заболачивания и засоления. Болота распространены ограниченно, общей площадью 6,1 тыс.га (таблица 3.1.1). Их образование связано как с заболачиванием суши, так и с зарастанием водоемов. В основном, это низинные болота, приуроченные к долинам рек Белого Июса, Карыша, Сона, Туима, Фыркалки (рисунок 3.1.1). Большим распространением пользуются болота, образовавшиеся вследствие зарастания озёрных водоемов (Марекульское и Марченгашское болота). Эти болота преимущественно травяные, осоковые и камышовые. Другая разновидность болот площадного распространения приурочена к озёрным котловинам. Обмеление и зарастание таких озёр, как Иткуль, Шира и других, приводит к заболачиванию определенных частей бывших озёрных котловин.

Солончаки в классическом виде проявляются в понижениях рельефа или представляют собой дно высохшего озера. Они образуют, чаще всего, пухлые солончаки. Распространены по окраинам минеральных озёр (Туе, Белё, Шира, Утичьи и др.), вдоль восточного склона Джи-римской гряды, на северо-восточной окраине исследуемой территории (рисунок 3.1.1) общая площадь которых достигает нескольких десятков км2 [Природный комплекс., 1997].

С целью выяснения геохимической обстановки территории было проведено опробование почв, донных осадков, подземных и поверхностных вод на содержание в них микроэлементов. Результаты исследований описаны далее в соответствующих главах.

3 .2 ТИПЫ ПОЧВ

Почвообразование на изученной территории характеризуется малой мощностью формирующихся почв, при существенном влиянии материнских пород и рельефа. Маломощность почв определяется континентальностью климата и слабым увлажнением. Почвообразовательный процесс тормозится эрозией и дефляцией. Низкий темп почвообразования наблюдается на красноцветных породах девона; он заметно выше на четвертичных суглинках.

В Чебаково-Балахтинской впадине господствуют почвы черноземного типа, солончаковые, луговые и малоразвитые почвы и солонцы. В пространственно распределении почв проявляется вертикальная поясность и широтная зональность. В соответствии с этим М.Г. Танзыбаевым [1993] выделяется группа почв горного окаймления и почвы днищ впадин, последние обрамляют минеральные озера и служат основанием для развития солончаков и солонцов.

В пределах Чебаково-Балахтинской впадины М.Г. Танзыбаевым [1993] выделяются следующие типы почв: 1) черноземы; 2) лугово-черноземные; 3) луговые; 4) солонцы автоморфные; 5) солонцы полугидроморфные; 6) солончаки гидроморфные; 7) аллювиальные дерновые насыщенные слоистые; 8) аллювиальные лугово-болотные; 9) малоразвитые; 10) пески. Преобладающими являются чернозёмы обыкновенные и южные. Меньшее значение и распространение имеют луго-во-чернозёмные, аллювиальные почвы, солонцы и солончаки (рисунок 3.2.1).

Условные обозначения:

Типы почв Чернозёмы обыкновенные

Чернозёмы южные

Аллювиальные, лугово-чернозёмные

Солонцы, солончаки

Населённые пункты Реки и озёра

Границы Граница Республики Хакасия Граница

Чебаково-Балахтинской впадины

Рисунок 3.2.1 - Схема макроструктуры почвенного покрова Чебаково-Балахтинской впадины (составлена С.П. Кулижским, 1999)

Чернозёмы обыкновенные развиты на территории, покрытой растительной ассоциацией луговой злаковой разнотравной степи. В настоящее время практически все они используются в пашне. Встречаются крупными массивами на повышенных всхолмлённых участках северной части зоны, а также являются «спутником» почвенного комплекса южных чернозёмов, располагаясь по северным и северо-восточным склонам. Приурочены к нижним частям или поверхностям плоских возвышенностей [Танзыбаев, 1993].

По видовым признакам чернозёмы обыкновенные делятся на четыре группы: малогу-мусные маломощные, среднегумусные среднемощные, малогумусные среднемощные и средне-гумусные маломощные. По гранулометрическому составу также разделяются на четыре группы: щебневатые тяжелосуглинистые, пылевато-иловатые тяжелосуглинистые и глинистые, крупнопылеватые тяжело- и среднесуглинистые, легко суглинистые иловато-песчаные [Танзыбаев, 1993].

Чернозёмы южные также широко развиты как обыкновенные чернозёмы. Имеют такое же разнообразие по мощности, гумусности, гранулометрическому составу по почвообразую-щим породам. Они формируются под ксерофитной растительностью, представленной крупно-ковыльно-полынными и другими ассоциациями настоящих и сухих степей. Занимают склоны возвышенностей, высокие террасы речных долин. Для южных чернозёмов характерно высокое содержание поглощённого магния, что является провинциальной особенностью этих почв. Повышение плодородия южных чернозёмов возможно при их орошении, но чрезмерное орошение чернозёмов, развитых на красноцветных и пестроцветных породах может привести к заболачиванию и засолению [Танзыбаев, 1993].

Лугово-чернозёмные почвы распространены на первых и вторых надпойменных террасах крупных рек, а также в долинах малых рек. Эти почвы развиты на тяжёлых суглинках и глинах среди выщелоченных, обыкновенных и южных чернозёмов. Они наиболее мощные из всех почв Хакасии, среднегумусные и тучные [Танзыбаев, 1993].

Аллювиальные почвы распространены по долинам рек. Имеют большую практическую ценность. Аллювиальный и почвообразовательный процессы в поймах рек сформировали сложный почвенный покров, слагающийся от примитивных слоистых до дерновых и болотных с высокими плодородными качествами. Имеют большую мощность гумусового горизонта. Используются для выращивания зерновых и овощных культур. Заболоченная пойма используется как сенокосы и пастбища [Танзыбаев, 1993].

Солонцовые почвы отмечаются в приозерных понижениях, в древних лощинах стока, на террасах речных долин, на склонах и вершинах холмов и сопок. Солонцы и солонцеватые почвы встречаются в самых разнообразных сочетаниях с другими видами почв: черноземами, малоразвитыми или луговыми. Относительно окружающих почв они почти всегда залегают в от-

рицательных формах рельефа и выделяются разреженной растительностью, в состав которой преобладают пырей, вероника, шелковица, полынь [Танзыбаев, 1993].

Развитие солонцовых почв в холмистой степи, при залегании их на склонах и вершинах возвышенностей чаще всего связано с засоленностью почвообразующих пород. В долинах они также развиваются преимущественно там, где окружающие водораздельные пространства сложены засоленными породами и грунтовые воды характеризуются минерализацией. Солонцы преимущественно корковые и среднестолбчатые, реже глубокостолбчатые. Последние встречаются в наиболее глубоких понижениях [Танзыбаев, 1993].

Солончаки вместе с болотно-солончаковыми почвами имеют весьма небольшое распространение. Солончаки представлены тремя подтипами гидроморфного типа: луговые, типичные и соровые. Среди минералов солевых корок солончаков установлены тенардит, мирабилит, кальцит, доломит, гипс, галит, розенит (?), берналит (?), эттирингит (?) [Исследование рапы., 2000]. Луговые солончаки располагаются на первой надпойменной террасой под луговой солончаковой растительностью, типичные солончаки - в приозёрных котловинах и по берегам солёных озёр.

Приозерные солончаки располагаются в приозерных котловинах по берегам озер и в приозерных лощинах. Растительность на них представлена разнообразными галофитными ассоциациями, отражающими характер их солевого состава.

Долинные солончаки встречаются на первых надпойменных террасах, на пойме высокого уровня, на участках высокого стояния грунтовых вод. Эти солончаки обычно покрыты пышной солеустойчивой растительностью. Солончаковые почвы по механическому составу обычно варьируют от супесчаных до глинистых при неоднородном солевом составе.

По составу солей все солончаки содержат хлориды, сульфаты и карбонаты. Типичные солончаки имеют сульфатно-содовое и хлоридное засоления, а луговые - сульфатного типа засоления. Из перечисленных типов солончаков наиболее засоленными являются приозерные, плотный остаток в верхнем слое которых достигает 6-17 %. Менее засолены луговые солончаки (0,6-3 %) и болотно-солончаковые почвы [Исследование рапы., 2000].

Малоразвитые почвы представляют собой разнообразную группу примитивных почвенных образований. Они очень широко распространены в степной части с сопочным и низкогорным рельефом. Такие территории используются как летние и зимние пастбища.

3.3 ЭКОГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ

Сведения по строению и составу почв Хакасии, в том числе и Чебаково-Балахтинской впадины, имеются в работах Н.Д. Градобоева [1954], А.Д. Гололобова и В.В. Ковальского [1959], Н. М. Майбороды [1970], Ю.Г. Покатилова [1992], а также в многочисленных публикациях и диссертации профессора Томского госуниверситета М.Г. Танзыбаева [1976-1993] и его учеников: Е.В. Калласс [2004], С П. Кулижского [2004], А.В. Родиковой [2007], В.Ф. Шамшаевой [2003] и др. В этих работах большое внимание уделено содержанию отдельных катионов и анионов в различных типах почв, и практически не рассматривается их микрокомпонентный состав.

3.3.1 Распределение микроэлементов в почвах Чебаково-Балахтинской впадины

Чебаково-Балахтинская впадина со своими степными ландшафтами, благоприятным климатом, многочисленными минеральными и пресными озёрами и в сочетании с горным обрамлением Кузнецкого Алатау и Батенёвского кряжа создали уникальные, по сибирским меркам, условия для отдыха, лечения, рекреации, развития сельского хозяйства, а в сочетании с богатством недр это определило создание здесь мощного сельскохозяйственно-промышленного комплекса.

Опробование почв проводилось автором и другими сотрудниками Томского государственного университета на территории Чебаково-Балахтинской впадины и её горного обрамления в период 1995-2001 гг. Объёмы работ, проведённых во время полевых сезонов, отражены в таблице 3.3.1 и на рисунке 3.3.1.

Основа методологии производства работ:

- детальные (масштаба 1:10 000, 1:15 000) и региональные (масштаба 1:500 000) геоэкологические исследования в пределах Чебаково-Балахтинской впадины;

- лабораторные и аналитические исследования проб почв, донных отложений, природных вод;

- анализ и обобщение данных натурных наблюдений, опубликованных и фондовых материалов;

- определение состояния почвенного покрова озёрных котловин;

- выявление источников загрязнения природных и природно-техногенных объектов в пределах исследуемой территории;

- оценка величины загрязнения;

- анализ природных и техногенных факторов, воздействующих на геологическую среду;

- создание компьютерных баз данных;

- интерпретация и анализ данных;

- составление компьютерных вариантов различных карт.

Таблица 3.3.1 - Объёмы полевых исследований за период 1995-2001 г.

Количество

Тип съёмки проанализированных проб

Региональные исследования

Отбор проб почв вдоль автодорог 290

Отбор проб донных отложений 11

Отбор проб солончаков 3

Отбор проб поверхностных вод 57

Отбор проб подземных вод 51

Детальные исследования

Опробование рудных и россыпных месторождений 147

Опробование долины руч. Сохочул 12

Опробование отстойников возле пос. Приисковый 3

Отбор проб почв в контурах 7 озёрных котловин 531

Отбор проб донных отложений 28

Итого: 992

Маршруты региональных исследований проводились, в основном, вдоль автодорог с расстоянием между пунктами наблюдения в 4-5 км. Поперечные профили закладывались по ходу маршрута поочередно с левой и правой стороны конкретной автодороги с поинтерваль-ным опробованием через 5, 10, 25, 50 и 100 м. При детальных исследований маршруты закладывались как вдоль, так и вкрест простирания основных форм рельефа.

Расстояние между профилями составляли в среднем 1,5 км при отборе проб через 100-150 м. Вес отобранных по «конверту» проб составлял 0,3-0,4 кг при глубине опробования в 5-10 см, в районах с агроландшафтами - на глубину вспашки.

Комплексность работ обеспечивалась жесткой привязкой проб к определенным ландшафтам, почвам, почвообразующим породам. При отборе проб значительное внимание уделялось изучению литолого-петрографического состава почвообразующих пород. При плохой обнаженности производилась корректировка и увязка материалов с данными средне- и крупномасштабных геологических карт.

Сарала • Сон •

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

Гидрография

Реки шириной более 60 метров Реки шириной менее 60 метров Ручьи и пересыхающие реки

Населённые пункты

* с населением более 2000 жителей

с населением менее 2000 жителей с населением менее 1000 жителей

с населением менее 500 жителей

Железная дорога

Автомобильные дороги с усовершенствованным покрытием Грунтовые просёлочные дороги Полевые и лесные дороги

г. Изых (1569)

о / Точки и профили опробования

Участки -1 детальных работ

Рельеф

Отметки высот Границы

Граница Республики Хакасия I Граница Чебаково-Балахтинской впадины

Рисунок 3.3.1 - Схема отбора проб на территории Чебаково-Балахтинской впадины и её горного обрамления в пределах Республики Хакасия

Отобранные пробы почв обработаны в соответствии с требованиями [Требования ..., 1990]. Собранный материал анализировался приближённо-количественным спектральным (ФГУП «Берёзовгеология» г. Новосибирска (аттестат аккредитации Госстандарта России № РОСС Ru. 0001.51189)) и нейтронно-активационным (Исследовательский ядерный реактор НИИЯФ ТПУ) методами.

Дальнейшая статистическая обработка и визуализация данных выполнялась автором с использованием прикладных программ Microsoft Excel XP и GS Surfer for Windows XP Professional. В итоге расчёт количественных характеристик распределения конкретного элемента в почвах состоял из следующих этапов статистической обработки исходных данных: 1) группировка анализов в выборки; 2) проверка гипотез распределения содержаний элементов в выборке; 3) вычисление статистических параметров распределения элементов в почвах; 4) оценка средних.

Надёжность статистических характеристик определяется правильностью представления совокупности выборки. С геологической позиции это значит, что каждая выборка должна принадлежать одному объекту, характеристики распределения в котором рассматривается как случайные величины. Проверку гипотез распределения содержания элементов проводили по показателям асимметрии и эксцесса с учётом х2- критерия Пирсона при уровне значимости р= 0,05 и соответствующей степени свободы.

Принятие проверяемой гипотезы определялось следующими параметрами:

А < 3; Э < 3; х2расч. < х2табл.

Распределение элементов в природных средах всегда можно описать ограниченным числом законов: нормальным, логнормальным, отражённым логнормальным и логнормальным со сдвигом. По мнению В.Н. Бондаренко, в случае несоответствия эмпирического распределения нормальному или логнормальному закону, дальнейшую проверку гипотез можно не проводить, т.к. среднее содержание элемента почти не отличается от математического ожидания [Экогео-химия..., 1991; Михальчук и др., 2006]. В таких случаях при оценке среднего содержания допустим подход с позиции логнормального распределения. Поэтому, для выборок, в которых распределение не согласуется ни с нормальным, ни с логнормальным законами, ограничимся параметрами логнормально распределения.

Далее, для выявления связи между содержаниями элементов, проводилось изучение корреляционных зависимостей аналитическим методом. Вычисление коэффициента корреляции

n ___

проводилось по формуле: r = ^ (x; - x)(yi - y) / nSxSy,

z=1

где x и y - выборочные оценки средних значений случайных величин X и Y; Sx и Sy - выборочные оценки стандартов; n - количество сравниваемых пар [Каждан, Гуськов,1990].

Значимость коэффициента корреляции проводилась по таблице критических значений коэффициента корреляции для различных объёмов выборки. При Гэмп.>Гтаб. связь считалась значимой. На основе этого выделялись группы элементов с высокой степенью значимости, средней, низкой и незначимые связи.

Картографический материал выполнен в графических приложениях GS Surfer for Windows XP Professional, Adobe Photoshop и Corel Draw [Архипов и др., 2006].

Для объективной оценки закономерностей пространственного распределения микроэлементов в почвах весь собранный материал обработан и систематизирован. Полученная информация представлена в виде таблиц и рисунков, наглядно отражающих микрокомпонентный состав почв, а также пространственное распределение тех или иных элементов. В качестве критериев опасности загрязнения почв взяты ПДК токсичных веществ в почве, установленные в настоящее время для валового содержания металлов [Рихванов и др., 1993; Экогеохимия..., 1996]. Как известно, значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) для почв утверждены для 10-12 элементов, поэтому сопоставление полученных данных проводилось с геохимическими фоном, с кларками ноосферы по М.А. и Н.Ф. Глазовским [1988] и с кларками почв по А.П. Виноградову [1962].

При выделении минимально-аномальных значений были использовано правило «трёх стандартных отклонений». О нормальности распределения микроэлементов в почвах на исследуемой территории можно судить по асимметрии и эксцессу, значения которых при нормальном распределении приближаются к нулю. Таким образом, распределение титана, ванадия, ниобия, иттербия, галлия и бериллия подчиняется закону нормального распределения.

Анализируя статистические характеристики, приведённые в таблице 3.3.2 по абсолютным значениям средних содержаний можно выделить три группы элементов. В первую группу входят элементы, средние содержания которых не превышают кларковых значений. К ним относятся цирконий, иттрий, бор, галлий, свинец, бериллий и олово. Ко второй группе относятся элементы, средние значения которых имеют околокларковые концентрации.

В третью группу объединены элементы, для которых характерны постоянные превышения кларковых концентраций: Ba (К = 1,3), Sr (1,7), V (1,7), Co (2,6), Nb (2,1), Li (1,9), La (1,4), Cu (3), Zn (2,8), Sc (2,9), Mo (2,6), а для нормируемых элементов: Zn (1,4), Mo (1,3) и над ПДК.

Многие микроэлементы (Р, Ba, Zr, Nb, В, Ga, Sn, Ag, Mo) превышают фоновые значения более чем в 70% случаях. Местные геохимические фоновые значения устойчиво выше кларковых в ряде случаев для Sr - 1,5; V - 1,5; Co - 2,1; Nb - 1,9; Li - 1,6; Cu - 2,1; Zn - 1,8 и Sc - 2,7. Величина СПЗ оценивается в 8,2 единиц, что характерно для экологически «чистых» территорий [Сает и др., 1990].

Таблица 3.3.2 - Статистические параметры распределений элементов в почвах Чебаково-Балахтинской котловины

Элементы и параметры Р Т1 Мп Ва 8г V N1 Со Ъх ]\Ь и У

Количество проб 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290

Среднее, мг/кг 873,45 5182,76 723,38 643,79 516,90 169,11 48,61 21,13 157,10 27,25 57,62 36,99

Стандартная ошибка 30,69 108,31 32,10 22,91 14,43 4,35 1,00 3,44 3,91 0,86 1,40 0,70

Медиана 800,00 5000,00 600,00 600,00 500,00 150,00 50,00 20,00 150,00 30,00 50,00 40,00

Мода 800,00 5000,00 800,00 600,00 600,00 200,00 50,00 20,00 150,00 30,00 50,00 40,00

Стандартное отклонение 522,65 1844,45 546,60 390,16 245,71 73,99 17,01 58,65 66,59 14,58 23,87 11,94

Дисперсия выборки 273168,00 3401985,44 298774,70 152227,78 60370,96 5474,96 289,18 3439,54 4433,80 212,45 569,75 142,55

Эксцесс 29,27 0,87 51,26 41,73 9,41 0,12 21,43 271,17 3,52 -0,74 3,25 1,42

Асимметричность 4,78 -0,05 6,55 5,52 2,13 0,31 2,38 16,22 1,09 0,24 1,01 -0,80

Фоновая концентрация, мг/кг 674,81 4548,00 676,60 436,26 455,35 154,74 45,85 17,14 121,29 24,33 48,82 38,70

Минимальное аномальное, мг/кг 2441,41 10716,10 2363,19 1814,28 1254,01 391,09 99,62 197,07 356,86 70,98 129,23 72,81

ПДК, мг/кг нет свед. нет свед. 1500,00 нет свед. 1500,00 150,00 50,00 50,00 нет свед. нет свс; нет свед. нет свед.

Минимум, мг/кг 100,00 100,00 80,00 200,00 100,00 6,00 6,00 1,00 20,00 6,00 20,00 3,00

Максимум, мг/кг 5000,00 10000,00 6000,00 4000,00 2000,00 400,00 200,00 1000,00 500,00 60,00 200,00 60,00

Элементы и параметры УЬ Ьа В Са Си РЬ Ъп Ве 8с 8п А2 Мо

Количество проб 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290 290

Среднее, мг/кг 3,42 55,34 60,83 16,82 60,15 22,70 141,38 2,65 20,31 4,46 0,12 5,22

Стандартная ошибка 0,06 1,64 2,47 0,38 4,25 1,58 22,72 0,06 0,82 0,06 0,05 2,08

Медиана 4,00 50,00 60,00 15,00 40,00 20,00 100,00 3,00 20,00 4,00 0,03 2,00

Мода 4,00 60,00 60,00 15,00 40,00 30,00 100,00 3,00 20,00 4,00 0,03 2,00

Стандартное отклонение 1,09 27,88 42,02 6,46 72,38 26,95 386,96 1,05 14,04 1,10 0,84 35,35

Дисперсия выборки 1,19 777,22 1766,09 41,73 5239,26 726,21 149735,81 1,10 197,23 1,22 0,70 1249,50

Эксцесс 0,19 80,11 100,20 0,48 54,01 133,60 121,59 -0,75 92,10 2,56 135,39 280,17

Асимметричность -0,75 6,76 8,64 0,13 6,60 9,87 10,74 -0,07 7,33 1,08 11,58 16,61

Фоновая концентрация, мг/кг 3,40 45,64 42,26 14,25 42,50 19,42 89,55 2,23 18,84 3,65 0,02 1,61

Минимальное аномальное, мг/кг 6,70 138,98 186,90 36,20 277,30 103,54 1302,25 5,79 62,44 7,77 2,63 111,26

ПДК, мг/кг нет свед. нет свед. нет свед. нет свед. 77,50 32,00 99,55 нет свед. нет свед. 4,50 нет свед. 4,00

Минимум, мг/кг 1,00 30,00 30,00 1,00 6,00 2,00 20,00 0,60 3,00 3,00 0,03 1,00

Максимум, мг/кг 6,00 400,00 600,00 30,00 1000,00 400,00 5000,00 6,00 200,00 10,00 10,00 600,00

Доля «аномальных» (по отношению к ПДК) анализов из общей выборки (290 анализов) составляет для Мп 2% (6 анализов), Sr 1 % (2 анализа), V 45 % (131 анализ), № 26 % (76 анализов), Со 1 % (4 анализа), Си 24 % (69 анализов), РЬ 14 % (40 анализов), Zn 53 % (154 анализа), Sn 43 % (124 анализа) и Мо 6 % (18 анализов). Налицо высокая доля аномальных значений для Zn, V, Sn, №, Си, РЬ. Всего на территории исследования выявлено 45 проб (16 %), содержания некоторых микроэлементов в которых превышает уровень ПДК в 2,5 раза и более.

Для некоторых элементов характерны точечные аномалии, превышающие уровень в «три стандарта»: для Sn (7 проб 2,1 Ф; 1,7 ПДК), Си (6 проб 6,5 Ф; 3,6 ПДК), Р (5 проб 3,6 Ф ), Мп (5 проб 3,5 Ф; 1,6 ПДК), Ва (5 проб 4,2 Ф), Sr (4 пробы 2,8 Ф; 0,8 ПДК), Zr (4 пробы 2,9 Ф), Zn (3 пробы 14,5 Ф; 13,1 ПДК). Содержания ванадия, никеля и серебра, превышающие 3S обнаружены в двух пробах (превышения составили 2,5 Ф; 2,2 Ф; 131 Ф соответственно и 2,6 ПДК -V), а содержания кобальта (11,5 Ф; 3,9 ПДК), лития (2,6 Ф), лантана (3 Ф), свинца (5,3 Ф; 3,2 ПДК), бериллия (2,6 Ф), скандия (3,3 Ф) и молибдена (69 Ф; 28 ПДК) лишь в одной пробе.

Рассмотрим несколько подробнее поведение этих элементов в пространстве. Для этого нами составлены схемы распределений элементов-загрязнителей по принципу «светофора», т.е. участки с низким околофоновым содержанием того или иного элемента закрашены зелёным, с повышенным - жёлтым, высоким - красным цветами. На рисунках А.1-А.11 (приложение А) отражено пространственное поведение всех элементов, содержания которых превышает ПДК, либо преодолевают рубеж трёх стандартов. Как видно из рисунков, выделяются три группы элементов: первая - ^п, Sn, №, V) формирует площадные аномалии, которые образуют довольно широкие полосы, простирающиеся в северо-западном направлении (рисунки А.1-А.4 приложение А), а для цинка, олова и никеля характерны ещё цепочки небольших аномалий до 5 км2, расположенных севернее пос. Шира и водораздела озёр Шира-Иткуль (рисунки А.1-А.3 приложение А).

Вторая группа элементов ^г, Ва, Р, Li и La) образует «точечные» аномалии (рисунки А.5-А.9 приложение А). Лантан, литий и цирконий в аномальных количествах, превышающих «три стандарта» локализованы в единичных точках, расположенных в районе оз. Фыркал (рисунок А.5 приложение А), в 5 км к северо-востоку от озера Шира (рисунок А.6 приложение А) и южнее пос. Жемчужный (рисунок А.7 приложение А). Барий формирует 2 аномалии, расположенные в районе пос. Июс и пос. Целинное (рисунок А.8 приложение А). И, наконец, фосфор формирует 2 точечных аномалии, расположенных западнее озёр Фыркал и Тус (рисунок А.9 приложение А).

В третью группу входят элементы, формирующие как площадные, так и точечные аномалии, в количествах, превышающих ПДК. В эту группу можно отнести медь и молибден (рисунки А.10-А.11 приложение А). Медь формирует одну площадную аномалию, расположенную юго-западнее озера Утичье-3 (в окрестностях пос. Старый Борец), площадью около 10 км2, а также цепочку точечных аномалий, вытянутую в с юго-востока (южнее озера Власьево) на северо-запад (рисунок А.11 приложение А). Молибден формирует 2 площадные аномалии: одна расположена между озёрами Фыркал и Белё, площадью около 30 км2 (рисунок А.11 приложение А); вторая - северо-восточнее озера Шира, площадью около 11 км2.

В таблице 3.3.3 сконцентрированы сведения о парных корреляционных связях 24 проанализированных элементов в почвах, со значимым коэффициентом корреляции к = 0,12 (при вероятности 95% и количестве проб равном 290).

Можно выделить несколько групп элементов: с высокими корреляционными связями, средними, малыми и незначимыми. Наиболее тесные положительные корреляционные связи имеют элементы с коэффициентом к > 0,47: иттербий - титан - ванадий - ниобий - литий - иттрий - галлий - бериллий; цирконий - титан - ниобий - иттрий - бериллий; кобальт - никель -медь; серебро - бор - цинк. Наблюдается корреляционная зависимость V - УЬ и Sn - Ga. С коэффициентом 0,35 < к < 0,46 образуются следующие цепочки элементов: титан - ванадий - литий - галлий - бериллий - скандий; иттербий - никель - цирконий - скандий - олово; скандий -титан - ванадий - иттрий - иттербий; иттрий - ванадий - скандий - олово; медь - никель - серебро и ниобий - галлий. Р, Мп, Ва, Sr, La, РЬ и Мо обнаруживают лишь малозначимые положительные связи со всеми элементами. Отрицательные малозначимые связи обнаруживают серебро - цирконий - ниобий - иттрий; бериллий - цинк и иттрий - кобальт.

Подводя итог, можно сказать, что в почвах Чебаково-Балахтинской впадины накапливаются такие элементы как Р, Ва, Zr, №Ь, В, Ga, Sn, Ag, Мо. Местные геохимические фоновые значения устойчиво выше кларковых для Sr - 1,5; V - 1,5; Со - 2,1; №Ь - 1,9; Li - 1,6; Си - 2,1; Zn - 1,8 и Sc - 2,7. Величина СПЗ оценивается в 8,2 единицы, что характерно для экологически «чистых» территорий [Геохимия., 1990].

Повышенные концентрации вышеперечисленных элементов в исследуемых почвах имеют природный характер. Например, стронций и литий накапливается преимущественно в солончаках [Шамашаева и др., 2000] Остальные компоненты накапливаются в коренных породах из-за особых условий среднепалеозойского седиментогенеза, имеющего аридный характер, а затем могут переходить в почвенный покров.

Таблица 3.3.3 - Коэффициенты корреляции содержаний элементов в почвах Чебаково-Балахтинской котловины

Р Т1 Мп Ва 8г V N1 Со Ъг ]\Ь и У УЬ Ьа В Са Си РЬ Ъп Ве 8с 8п ч Мо

р 1,00

Т1 0,15 1,00

Мп 0,09 0,01 1,00

Ва 0,10 0,10 0,04 1,00

8г 0,05 0,20 0,12 0,16 1,00

V 0,08 0,40 0,08 0,04 0,07 1,00

N1 0,09 0,22 0,13 0,12 0,18 0,45 1,00

Со 0,16 -0,10 0,09 -0,06 -0,05 0,03 0,57 1,00

Ъг -0,04 0,49 0,02 0,04 0,11 0,28 0,11 -0,10 1,00

]\Ь 0,11 0,56 -0,02 0,16 0,13 0,15 0,08 -0,07 0,50 1,00

и -0,0004 0,38 0,01 0,27 0,29 0,16 0,23 -0,04 0,31 0,47 1,00

У 0,10 0,64 0,09 0,19 0,21 0,39 0,27 -0,12 0,47 0,60 0,55 1,00

УЬ 0,11 0,54 0,07 0,24 0,34 0,48 0,38 -0,07 0,41 0,50 0,49 0,70 1,00

Ьа 0,02 0,29 -0,03 0,16 0,18 0,21 0,12 -0,05 0,26 0,17 0,28 0,33 0,25 1,00

В 0,02 0,07 0,15 0,13 0,14 0,06 0,09 0,01 0,03 0,18 0,25 0,09 0,25 0,05 1,00

Са 0,19 0,37 0,21 0,28 0,25 0,38 0,31 0,07 0,21 0,44 0,48 0,56 0,68 0,15 0,27 1,00

Си 0,25 0,07 0,23 0,02 0,32 0,15 0,37 0,50 -0,07 -0,01 0,09 -0,06 0,15 -0,02 0,23 0,27 1,00

РЬ 0,13 0,05 0,08 0,07 0,06 0,20 0,09 0,09 -0,01 0,09 0,03 0,09 0,20 -0,09 0,04 0,26 0,24 1,00

Ъп 0,01 -0,08 0,30 -0,02 -0,08 0,05 0,03 0,05 -0,11 -0,10 -0,08 -0,01 0,06 -0,07 0,17 0,12 0,01 0,23 1,00

Ве 0,07 0,42 -0,05 0,02 0,07 0,45 0,26 -0,10 0,47 0,33 0,32 0,53 0,54 0,23 0,03 0,34 -0,02 0,04 -0,12 1,00

8с 0,01 0,44 -0,005 0,03 0,11 0,39 0,28 -0,03 0,17 0,18 0,22 0,44 0,46 0,25 0,02 0,28 0,06 0,02 -0,03 0,32 1,00

8п 0,13 0,19 0,32 0,14 0,21 0,26 0,38 0,26 0,09 0,28 0,33 0,40 0,46 0,17 0,34 0,62 0,34 0,28 0,27 0,17 0,20 1,00

А? 0,02 -0,05 0,34 -0,01 0,20 -0,13 0,03 0,06 -0,14 -0,14 0,04 -0,15 0,01 -0,03 0,47 0,11 0,41 0,03 0,52 -0,11 -0,04 0,24 1,00

Мо 0,02 -0,01 0,26 -0,01 0,01 -0,01 0,03 0,03 -0,02 -0,08 -0,004 0,003 -0,01 0,02 0,03 -0,01 0,33 0,02 0,03 0,02 -0,02 0,21 0,06 1,00

Условные обозначения :

п = 290

количество проб

а = 0,05

уровень значимости

к = 0,12

значимый коэффициент

менее 0,12

0,12-0,34

0,35-0,46

0,47 и более

не значимые коэффициенты

малозначимые коэффициенты

среднезначимые коэффициенты

высокозначимые коэффициенты

3.3.2 Распределение микроэлементов в почвах озёрных котловин

В степной зоне учтены около 100 больших и малых озёр общей площадью 192,5 км2. Наибольшей известностью пользуются восемь: Белё, Тус, Шунет, Утичье-3, Шира, Иткуль, Чёрное, Фыркал. Все озёра, кроме трёх последних являются в различной степени минерализованными. Однако бальнеологические ресурсы Хакасии почти не востребованы, т.к. в настоящее время функционирует лишь один курортный комплекс (оз. Шира), использующий озёрные и скважинные воды сульфатно-хлоридно-натриево-магниевого состава, а также иловые сульфидные грязи. В летний период десятки тысяч отдыхающих из различных регионов России используют «диким» образом щедрые бальнеологические ресурсы малоизученных или совсем не изученных озёрных акваторий и их окрестностей (оз. Тус, Белё, Шунет и др.) (рисунок 3.3.2). Максимальные показатели рекреационной нагрузки зафиксированы на побережье озера Белё (от 22 до 63 чел./га). Неконтролируемая рекреационная деятельность способствует деградации прибрежных территорий [Непомнящий, 2007].

С 1999 года на территории Республики Хакасия образован Государственный природный заповедник «Хакасский» [Об учреждении., 1999] на базе государственных природных заповедников «Чазы» и «Малый Абакан», он находится в ведении Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации и включает в себя 9 кластерных (изолированных) участков [Структура...,2012]. На изучаемой территории функционируют три кластерных участка: «Озеро Белё», «Озеро Шира» и «Озеро Иткуль» (рисунок 3.3.2).

Остановимся на более детальной характеристике пространственной локализации почв в озёрных котловинах. Они располагаются в контурах Ширинской степи, и ассоциируют с депрессивными формами рельефа, часто сопровождая и окаймляя котловины минеральных озёр и днища высохших «соровых» акваторий. Почвы озёрных котловин имеют длительную историю развития, что связано с формированием рельефа. За весь период существования озёрных котловин уровень воды в озёрах неоднократно изменялся. Следовательно, и почвы приозёрных (береговых) территорий подвергались разной степени воздействия того или иного фактора почвообразования. В силу этих явлений современные почвы несут в себе свойства более ранних почв: имеются и погребённые горизонты, и слои различного гранулометрического состава. Об этом свидетельствуют и работы Л.И. Прасолова [1914].

На базе дешифрирования аэроснимков и топографических карт для озёр были выделены природоохранные зоны [Исследование бальнеологических ..., 1995; 1996; 1997]. Первая зона (строгого режима) проведена по границам озёрных котловин, включая первую и вторую озёр-

ные террасы. Эта зона по существу очерчивает контуры древних, более полноводных «праозёр» и имеет различную ширину - от первых сотен метров до 2,5 км. Вторая зона (зона ограничений или ограниченной хозяйственной деятельности) проводится по главной водораздельной границе и охватывает территорию направленного стока поверхностных и грунтовых вод в акваторию того или иного озера. Таким образом, в основу выделения природоохранных зон положен ландшафтно-индикаторный и гидрогеологический признаки. Контуры выделенных зон отчётливо видны на прилагаемых картах (рисунки 3.3.7, 3.3.11, 3.3.15, 3.3.18, 3.3.20, 3.3.33, 3.3.24).

1 - границы кластерных участков ГПЗ «Хакасский», 2 - территория курорта «озеро Шира», 3 - зоны отдыха

Рисунок 3.3.2 - Схема размещения рекреационных зон и кластерных участков Государственного природного заповедника «Хакасский»

Изучались почвы в котловинах 7 озёр: Белё, Тус, Утичьего-3, Шунет, Фыркал, Шира, Иткуль, наиболее подверженных антропогенному стрессу. Все перечисленные природные объекты охвачены литогеохимическими, ландшафтными и почвенными крупномасштабными исследованиями, сопровождающимися составлением детальных карт. Распространение почв в озёрных котловинах подчинено микрокольцевой зональности. Вдоль береговой линии озёр

формируются лугово-болотные, луговые почвы и солончаки, на склонах они сменяются чернозёмами обыкновенными и южными; на вершинах склонов (водораздельная линия) развиваются неполноразвитые каменистые почвы [Исследования бальнеологических., 1997]. На рисунках 3.3.4, 3.3.6, 3.3.8, 3.3.10, 3.3.13, 3.3.16 представлены ландшафтные и почвенные схемы всех перечисленных объектов.

Озеро Белё является самым крупным внутренним водоёмом Республики Хакасия (75 км2), занимая широкую корытообразную котловину, вытянутую в северо-восточном

направлении. В переделах котловины выделен кластерный участок «Озеро Белё» Государственного природного заповедника «Хакасский» (рисунок 3.3.2). Территория участка включает юго-восточные, северные и юго-западные окрестности Малого плёса озера Белё, а также северные окрестности Большого плёса, небольшую часть его акватории и мелководный пролив [Природный комплекс., 2013]. Озёрное ложе и береговая зона сложены красноцветными обломочными породами ойдановской свиты верхнего девона (рисунок 3.3.3). Морфология бортов различная - южное и юго-восточное обрамление находится в пределах денудационно-аккумулятивной Ширинской субравнины, с севера, северо-запада запада борта окаймлены куэстово-холмистыми мелкосопочными грядами с отдельными резко выраженными останцовыми вершинами (г. Чалпан - 586,3 м, г. Крутяк - 596,3 м, г. Длинная Сопка - 565,0 м, г. Белё - 586,3 м). На крайнем юго-западе в озеро впадает р. Туим. Отмечается несколько (до трёх) волноприбойных террас, линия побережья осложнена береговыми валами. Летом озеро становится местом отдыха для многих тысяч туристов, которые располагаются практически вдоль всей юго-восточной береговой линии (рисунок 3.3.2).

На ландшафтной схеме (рисунок 3.3.4) отчетливо видно, что озёрный водоём размещён в контурах днища плоской котловины, которая имеет асимметричное строение - более широкую южную, юго-восточную и восточную часть и узкую северную и северо-восточную.

Рисунок 3.3.3 - Фрагмент геологической карты водосборного бассейна оз. Белё [Государственная геологическая..., 2000; Геологическая карта., 1995 в обработке автора]

Примечание: условные обозначения см. на рисунке 2.1, стр. 20.

- нижняя часть вогнутых склонов

- днища плоских ложбин

Условные обозначения

Виды местности:

- верхняя часть выпуклых склонов

- средняя часть склонов

- днища плоских котловин

г. Чалпан - высотные отметки

(586,3)

Б&аё £58.4}

- вершина высокой сопки со злаковой степью на малоразвитых примитивных почвах

(л

-J

Рисунок 3.3.4 - Ландшафтная схема окрестностей озера Белё (по материалам B.C. Хромых, [Оценка состояния..., 1999])

По обе стороны от котловины симметрично расположены различные части вытянутых (реже изометричных) куэстово-холмистых гряд, с отдельными высокими вершинами. Вдоль южной части Большого Белё и перешейка узкой полосой протягивается днище плоской ложбины. Сельскохозяйственные угодья занимают практически всю территорию прибрежной зоны (рисунок 3.3.5). На юго-западе преобладают пашни и суходольные сенокосы, на севере - разнообразные пастбища и гряды камней, на северо-западе - пашни среди суходольных пастбищ.

В окрестностях озера Белё почвенный покров разнообразен (рисунок 3.3.6). Всего выделено 11 типов почв. На севере преобладают чернозёмы южные, на юге - чернозёмы обыкновенные. Вдоль северной части Малого Белё узкой полосой протягивается участок с комплексом непол-норазвитых почв и чернозёмов южных. Неполноразвитые почвы приурочены к вершинам высоких сопок и верхним частям выпуклых склонов. Засолённые почвы входят в состав собственно солончаков и комплексных образований - лугово-солончаковых, болотно-солончаковых, луго-во-аллювиально-солончаковых. Интенсивно засолённые почвы окаймляют котловину в виде узких полос. Для солончаков оз. Белё (разрез 295) характерно очень сильное поверхностное засоление хлоридного типа с суммой солей до 1,07 % (Приложение Б). На глубине степень засоления падает до слабой (0,160-0,360 %).

Для оценки закономерностей пространственного распределения микроэлементов отобрано и проанализировано 214 проб почв в прибрежных зонах озера Белё (рисунок 3.3.7).

В таблицах 3.3.4, 3.3.5 и 3.3.25 помещены статистические параметры распределения микроэлементов (п = 214) по данным приближённо-количественного спектрального анализа. Анализируя статистические характеристики, по абсолютным значениям средних содержаний можно выделить три группы элементов. В первую группу входят элементы, средние содержания которых не превышают фоновых значений. К ним относятся марганец, кобальт, скандий. Во вторую группу объединены элементы, для которых характерны постоянные превышения концентраций над фоном (Ва, Sr, В, Ga, Sn). И в третью группу относятся элементы, средние значения которых имеют околофоновые концентрации [Архипова, 2001].

Все проанализированные пробы почв в окрестностях оз. Белё при нормировании содержаний элементов относительно кларков также можно разбить на 3 группы: 1) микроэлементы, средние содержания которых превышают кларковые ^г, V, Li, Си, Sc), 2) ниже кларковых ^г, Y, Ga, Ве, и, Т^ и 3) элементы с околокларковыми содержаниями (Ве, №, Со, ЫЬ, РЬ, Zn, Sn, Л^ Мо).

Ряд элементов ^г, V, Со, Li, Си и Sc) превышают значения мировых кларков в пределах от 1,2 до 2,3 раз. Значения кларков концентрации (Кк) следующие: Sr (1,2), V (1,3), Со (1,3), Li (1,6), Си (1,7) и Sc (2,3). При этом, для №, N и Мо местный фон практически совпадает с клар-

ковыми значениями. Содержание остальных элементов ниже кларкового уровня: Т (0,8), Мп (0,7), Ва (0,9), Zr (0,5), Y (0,6), Ga (0,4), РЬ (0,1), Zn (0,9), Ве (0,5), Sn (0,4), Ag (0,5), ТЪ (0,7). Величина суммарного показателя загрязнения (СПЗ) по всем элементам составляет 3-4 единицы.

1 0 1км

I_1_I

Условные обозначения:

- обрывы

- пастбища засоленные

- летники и зимники

- пашни

сенокосы суходольные пастбища суходольные пастбища каменистые ^

гряды камней

лет. зим.

Рисунок 3.3.5 - Схема земельного фонда окрестностей озера Белё (по данным А.Я. Березовского, [Оценка состояния..., 2001])

Условные обозначения:

н

Чо

Чю

Н + Чо

Н + Чю

Чо + Н

неполноразвитые почвы

чернозёмы обыкновенные

- черноземы южные

- комплекс неполноразвитых почв и чернозёмов обыкновенных

- комплекс неполноразвитых почв и чернозёмов южных

- комплекс чернозёмов обыкновенных

и неполноразвитых почв

Ск

Л

Л + Ск

Бл + Ск

Ал + Л + Ск

. 669,7

53

солончаки

- луговые почвы

- луговые почвы в комплексе

с солончаками

- комплекс болотных почв

с солончаками

- аллювиально-луговые и луговые почвы в комплексе с солончаками

- высотные отметки

- разрезы с анализами

Рисунок 3.3.6 - Почвенная схема окрестностей озера Белё (составлена С.П. Кулижским, [Оценка состояния., 2000])

I

II

154

О

154 &П)

Условные обозначения:

- контур водоохраной зоны

- контур зоны ограниченной хозяйственной деятельности

- пункты отбора проб

- пробы с аномальным содержанием элементов

Рисунок 3.3.7 - Схема отбора проб почв водосборного бассейна озера Белё

Таблица 3.3.4 - Статистические параметры распределений элементов в почвах водосборного бассейна озера Белё

Элементы и параметры Р Л Мп Ва 8г V N1 Со Ъх ]\Ь и У

Количество проб 214 214 214 214 214 214 212 214 214 204 214 214

Среднее, мг/кг 832,24 3646,73 471,36 586,92 433,64 148,93 38,07 9,47 149,95 12,98 52,20 29,72

Стандартная ошибка 16,23 78,90 17,08 12,73 20,48 3,68 0,84 0,24 3,64 0,37 0,95 0,41

Медиана 800,00 4000,00 500,00 500,00 400,00 150,00 40,00 10,00 150,00 10,00 50,00 30,00

Мода 800,00 3000,00 600,00 500,00 300,00 150,00 30,00 10,00 150,00 10,00 50,00 30,00

Стандартное отклонение 237,43 1154,20 249,83 186,18 299,59 53,82 12,30 3,56 53,18 5,22 13,85 5,97

Дисперсия выборки 56373,35 1332172,35 62417,40 34663,68 89754,73 2896,96 151,22 12,69 2828,64 27,23 191,87 35,60

Эксцесс 1,76 -0,19 -0,53 7,38 32,74 0,30 -0,26 1,74 23,42 0,88 1,75 1,14

Асимметричность 0,57 0,03 -0,46 2,25 5,03 0,57 0,17 1,24 2,94 0,88 1,14 -0,39

Фоновая концентрация, мг/кг 837,11 3683,26 565,26 468,78 356,04 130,55 39,89 10,02 156,06 13,39 48,21 27,65

Минимальное аномальное, мг/к1 1544,54 7109,32 1220,86 1145,46 1332,42 310,40 74,96 20,16 309,51 28,64 93,75 47,62

ПДК, мг/кг нет свед. нет свед. 1500,00 нет свед. 1500,00 150,00 50,00 нет свед. нет свед. нет свед. нет свед. нет свед.

Минимум, мг/кг 100,00 400,00 40,00 100,00 200,00 30,00 10,00 3,00 50,00 6,00 30,00 10,00

Максимум, мг/кг 1500,00 6000,00 1000,00 1500,00 3000,00 300,00 80,00 20,00 600,00 30,00 100,00 40,00

к»

Элементы и параметры Ьа В ва Си РЬ Ъа Ве 8с 8п А§ Мо и Т11

Количество проб 26 44 214 213 214 214 214 214 214 180 193 95 95

Среднее, мг/кг 31,15 41,82 15,01 36,57 13,71 52,80 2,65 13,27 4,78 0,06 2,39 2,05 4,39

Стандартная ошибка 0,64 2,48 0,20 0,58 0,25 0,97 0,06 0,37 0,36 0,00 0,04 0,02 0,15

Медиана 30,00 40,00 15,00 40,00 15,00 50,00 3,00 15,00 4,00 0,06 2,00 2,00 4,00

Мода 30,00 30,00 15,00 40,00 15,00 40,00 3,00 15,00 4,00 0,06 2,00 2,00 4,00

Стандартное отклонение 3,26 16,46 2,97 8,52 3,59 14,23 0,82 5,45 5,22 0,02 0,59 0,22 1,44

Дисперсия выборки 10,62 271,04 8,85 72,63 12,87 202,43 0,67 29,65 27,25 0,00 0,35 0,05 2,07

Эксцесс 4,91 3,53 0,57 0,83 1,03 0,79 -0,59 0,55 205,12 2,12 6,36 14,89 -0,85

Асимметричность 2,56 1,92 -0,24 0,03 0,39 0,94 -0,09 0,73 14,17 0,77 1,83 4,07 -0,04

Фоновая концентрация, мг/кг нет свед. 30,31 12,90 34,01 13,20 49,35 2,63 15,52 3,93 0,05 2,03 нет свед. 4,10

Минимальное аномальное, мг/к1 40,93 91,21 23,94 62,14 24,47 95,49 5,09 29,60 20,44 0,12 4,15 2,73 8,71

ПДК, мг/кг нет свед. нет свед. нет свед. 69,01 32,00 70,00 нет свед. нет свед. 4,50 нет свед. 4,00 нет свед. нет свед.

Минимум, мг/кг 30,00 30,00 6,00 10,00 6,00 30,00 0,80 4,00 3,00 0,03 1,50 2,00 2,00

Максимум, мг/кг 40,00 100,00 20,00 60,00 30,00 100,00 4,00 30,00 80,00 0,15 6,00 3,00 7,00

Таблица 3.3.5 - Статистические характеристики элементов в почвах водосборного бассейна озера Белё

Элементы Р Т1 Мп Ва 8г V N1 Со Ъх N5 и У

Количество проб в выборке 214 214 214 214 214 214 212 214 214 204 214 214

Фоновое содержание, мг/кг 837,11 3683,26 565,26 468,78 356,04 130,55 39,89 10,02 156,06 13,39 48,21 27,65

Количество проб, превышающих фоновое содержание 78 114 95 191 119 135 116 32 53 99 149 179

Среднее, мг/кг 877,51 3860,36 582,25 559,17 460,95 155,38 39,17 9,73 157,57 13,57 54,91 30,89

Минимальное аномальное, мг/кг 1579,34 7179,65 1009,45 1033,98 1444,98 317,54 79,58 20,64 274,75 28,39 96,59 46,53

Количество проб, превышающих минимальное аномальное 0 0 0 3 6 0 1 0 4 5 4 0

и)

Элементы Са Си РЬ Ъп Ве 8с 8п А* Мо и ть

Количество проб в выборке 214 213 214 214 214 214 214 180 214 95 95

Фоновое содержание, мг/кг 12,90 34,01 13,20 49,35 2,63 15,52 3,93 0,05 2,03 - 4,10

Количество проб, превышающих фоновое содержание 181 126 140 142 126 46 199 115 68 0 43

Среднее, мг/кг 15,43 36,33 13,59 49,17 2,71 14,58 4,95 0,06 2,43 2,05 4,39

Минимальное аномальное, мг/кг 24,15 61,82 24,50 84,03 5,15 30,53 22,52 0Д1 4,26 2,73 8,71

Количество проб, превышающих минимальное аномальное 0 0 1 3 0 0 1 1 1 5 0

Только небольшое число элементов в единичных анализах обнаруживает превышение над минимально-аномальными значениями: Ва (2), Sr (6), Zr (1), Sc (1), Мо (1), и (5). В скобках приведено число «аномальных» значений из общего количества анализов выборки (п = 214). Пять элементов (Ва, Li, Y, Ga и Sn) устойчиво превышают местный фон в более чем в 70 % случаях (таблица 3.3.4). Для этих элементов (а также для и), методами компьютерной графики построены схемы распределения отдельных микроэлементов в изолиниях равных значений, с разбивкой на участки с низким (околофоновым), повышенным и аномальным содержаниями. Отметим, что отчётливо выраженные аномальные участки имеют весьма ограниченное площадное распространение. Интересно, что несмотря на низкие средние значения урана (2,05 мг/кг), на схеме (рисунок А.18, приложение А) отчётливо выражены две точечные аномалии и, которые, по нашему мнению, причинно обусловлены присутствием дайковых тел щелочных базальтоидов, прорывающих красноцветы верхнего девона.

Если сопоставить фоновые содержания со значениям ПДК (для Мп, Sr, V, №, Со, Си, РЬ, Zn, Sn и Мо), то коэффициенты концентрации (опасности) для всех перечисленных элементов заметно ниже единицы. Более пёстрая картина получится при сопоставлении ПДК с конкретными рядовыми анализами почв, включенных в выборку по прибрежной зоне озера Белё (214 анализов). Так, общая доля аномальных (по отношению к ПДК) анализов составляет для Sr -8 % (13 анализов) при максимуме в 3000 мг/кг (5 ПДК); для V - 37 % (63 анализа), максимум 300 мг/кг (2 ПДК); № - 10 % (17 анализов), при максимуме 100 мг/кг (1,6 ПДК); для Sn - 45 % (75 анализов), максимум 6 мг/кг (1,3 ПДК) и для Мо - 0,6 % (1 анализ), максимум 6 мг/кг (1,5 ПДК); для Zn - 5 % (9 анализов) при максимальном содержании в 100 мг/кг (1,7 ПДК).

Если принять за основу максимальные значения коэффициентов опасности, выявленных для вышеперечисленных 6 элементов, то суммарный показатель загрязнения (СПЗ) будет составлять 7,1, т.е. при любых (даже максимальных) оценках уровень загрязнения прибрежной зоны оз. Белё оценивается как допустимый [Оценка ущерба..., 2000].

Приведённые данные указывают на то, что доля «аномальных» анализов в общей выборке для большинства элементов незначительна (менее 10%). Лишь V превышает значения ПДК (2 ПДК) более чем в 10% случаев (V - 37%). Общий список «аномальных» элементов для котловины озера Белё следующий (в порядке убывания максимальных значений ПДК): Sr, V, №, Sn и Мо.

Рассмотрим несколько подробнее поведение этих элементов в пространстве. Как видно из рисунков А.12-А.14 и А.16 (приложение А), выделяются две группы элементов: первая - ^г, V, №) образует площадные аномалии, которые приурочены к разным участкам: для Sr - это район перешейка (рисунок А.12, приложение А), V - занимает широкую полосу до 7 км северовосточного простирания вдоль юго-восточного обрамления акваторий Большого и Малого Белё, а также северного берега Большого Белё (рисунок А.13, приложение А). Никель накапливается

в аномальных количествах в районе перешейка и юго-восточного берега Малого Белё, площадь аномалии не менее 20 км2 (рисунок А.14, приложение А). Вторая группа элементов ^п, Sn и Мо) образует «точечные» аномалии. Цинк формирует 5 мелких аномалий, разбросанных по береговому контуру оз. Большого Белё. Молибден и олово в аномальных количествах также встречены в единичных точках (рисунки А.15, А.16, А.17, приложение А).

Если рассматривать закономерности накопления выделенных элементов в разных типах почв, то можно отметить следующие. Высокие концентрации Ва и Sr отчётливо тяготеют к прибрежной зоне перешейка, где доминируют солончаки, хотя участки с повышенным содержанием бария и стронция встречаются и на обширных площадях, где почвы представлены южными и обыкновенными чернозёмами без видимых признаков засоления. Остальные элементы накапливаются в южных, в меньшей степени обыкновенных чернозёмах.

Анализируя корреляционную матрицу микроэлементов в почвах природоохранных зон (таблица 3.3.6) можно сказать, что при количестве проб равном 214 и уровне значимости (а = 0,05) значимый коэффициент к будет равен 0,19 (критические значения коэффициента корреляции находим по таблице 12 [Шестаков, 1988], с.198). Поэтому можно выделить три группы с низко-, средне- и высокозначимых коэффициентами корреляции. Высокозначимые положительные корреляционные связи с коэффициентом корреляции к > 0,51 имеют барий - стронций, которые со всеми остальными элементами имеют отрицательные связи; ванадий - никель - кобальт - бериллий, а также кобальт - никель. Отмечены отрицательные среднезначимые связи бария с цирконием, торием и марганцем. Стронций даёт тесные отрицательные связи с торием и марганцем, в меньшей степени с иттрием, цирконием и медью. Среднезначимые положительные коэффициенты выявлены для лития, галлия и скандия. Никель ассоциирует с кобальтом, менее тесно с литием и галлием. Цинк положительно скоррелирован с серебром, никелем и медью. Уран и олово не имеют значимых связей ни с одним из рассматриваемых элементов. Выделенные ассоциации образуют совместные участки с повышенным содержанием, что подтверждает достоверность проведённого анализа фактического материала. Молибден и фосфор не обнаруживают высоко- и даже среднезначимых корреляционных связей ни с одним элементом.

Итак, в природоохранных зонах озера Белё накапливаются пять элементов (Ва, Li, Y, Ga и Sn), содержания которых устойчиво превышают местный фон в более чем 70 % случаев [Ар-хипова, 2002]. Наблюдаются пониженные содержания кобальта, циркония, скандия и тория. Выявлен ряд элементов ^г, V, №, Sn, Мо), содержания которых превышают нормативы ПДК в 1,5 - 2 раза. Содержания Sr в трёх пробах превышают ПДК в 3,3 - 5 раза (№ 60, 61, 71). Содержание Sn в пробе № 246 - 80 мг/кг, что превышает уровень ПДК в 17,8 раза. Если принять за основу максимальные значения коэффициентов опасности, выявленных элементов, то суммарный показатель загрязнения (СПЗ) будет составлять 7,1, т.е. уровень загрязнения прибрежной зоны оз. Белё оценивается как допустимый [Оценка ущерба., 2000].

Таблица 3.3.6 - Коэффициенты корреляции содержаний элементов в почвах водосборного бассейна озера Белё

Р Т1 Мп Ва 8г V N1 Со Ъх N5 и У Са Си РЬ Ъп Ве 8с 8п А* Мо и ТЬ

р 1,00

Т1 0,03 1,00

Мп 0,30 0,03 1,00

Ва -0,18 -0,16 -0,20 1,00

8г -0,18 -0,12 -0,33 0,55 1,00

V 0,14 0,17 0,08 0,02 -0,03 1,00

N1 0,23 0,28 0,24 -0,21 -0,14 0,57 1,00

Со 0,21 0,06 0,33 -0,10 -0,03 0,51 0,56 1,00

Ъх 0,09 0,38 0,08 -0,31 -0,30 0,07 0,12 0,04 1,00

N5 0Д1 0,44 -0,08 -0,07 -0,22 0,09 0,28 0,02 0,25 1,00

и 0,18 0,09 0,14 -0,17 -0,03 0,32 0,24 0,33 0,10 0,01 1,00

У 0,15 0,43 0,09 -0,28 -0,16 0,10 0,29 0,17 0,31 0,27 0,24 1,00

Са 0,09 0,00 -0,03 0,19 0,14 0,49 0,44 0,31 -0,11 0,22 0,02 0,02 1,00

Си 0,19 0,13 0,27 -0,27 -0,28 0,18 0,23 0,22 0,11 0,16 0,22 0,36 0,12 1,00

РЬ 0,16 0,03 -0,09 0,05 0Д1 0,29 0,33 0,16 -0,05 0,22 -0,06 -0,01 0,43 0,19 1,00

Ъп 0,34 0,07 0,25 -0,12 -0,14 0,31 0,35 0,21 0,01 0,14 0,25 0,12 0,25 0,38 0,26 1,00

Ве 0,16 0,21 0,26 -0,27 -0,15 0,51 0,46 0,41 0,17 0,11 0,22 0,27 0,37 0,23 0,07 0,24 1,00

8с 0,15 0,21 0,05 -0,25 -0,02 0,32 0,20 0,15 0,18 0,02 0,48 0,26 0,07 0,15 -0,09 0,24 0,50 1,00

8п 0,24 -0,03 0,04 -0,06 -0,05 -0,04 -0,05 -0,05 -0,10 -0,03 0,05 0,01 0,03 0,00 -0,02 0,00 0,06 0,10 1,00

0,18 -0,06 0,15 -0,07 -0,07 0,14 0,12 0,06 -0,01 -0,04 0,05 0,00 0,19 0,38 0,39 0,31 0,13 -0,01 -0,02 1,00

Мо 0,01 -0,14 -0,01 0,12 0,23 0,28 0,21 0,28 0,00 -0,09 -0,04 -0,08 0,17 0,12 0,26 -0,04 0,00 -0,21 -0,05 0,15 1,00

и -0,05 -0,07 -0,18 0,14 0,13 0,04 -0,15 -0,10 -0,11 -0,11 -0,09 -0,18 -0,01 -0,15 0,18 -0,11 -0,19 0,01 -0,04 0,07 0,00 1,00

ТЬ 0,28 0,17 0,29 -0,41 -0,31 0,18 0,44 0,22 0,25 0,21 0,30 0,35 0,17 0,45 0,11 0,19 0,32 0,31 0,09 0,15 -0,09 -0,06 1,00

Условные обозначения :

п = 214 а = 0,05 к = 0,19 менее 0,19 0,19-0,30 0,31-0,50 0,51 и более

количество уровень значимый не значимые малозначимые среднезначимые высокозначимые

проб значимости коэффициент коэффициенты коэффициенты коэффициенты коэффициенты

Общий повышенный уровень Ва, Sr, V, Li, Sn и Мо характеризует особенности девонских красноцветных лагунно-континентальных фаций [Шамшаева и др., 2002]. Повышенные содержания вышеперечисленных элементов имеют природное происхождение, связанное с особыми условиями региона, имеющего аридный характер. Галлий и иттрий могут заимствоваться из коренных пород и накапливаться в живых организмах [Кабата-Пендиас, 1989]. Пространственное положение площадных аномалий этих элементов не зависит от положения зон отдыха и территорию кластерного участка заповедника, т.к. границы аномалий часто пересекают их контуры.

Озеро Тус расположено в бессточной котловине, окаймлённой невысокими мелкосопочными грядами и ложбинами. Озёрное ложе и береговая зона полностью находятся в поле развития красноцветных терригенных отложений ойдановской свиты верхнего девона. Здесь выделены шесть видов местности (рисунок 3.3.8), расположенных симметрично-зонально вокруг днища главной депрессии. Само озеро локализовано в котловине, которая плавно переходит в плоскую ложбину, затем окаймляется с двух сторон разнотипными склонами (вогнутого и выпуклого характеров), на вершинах высоких сопок появляются каменистые участки с малоразвитыми примитивными почвами. В настоящее время природные ландшафты изрядно нарушены сельскохозяйственными мероприятиями - часть склонов распахана, остальные используются в качестве пастбищ (рисунок 3.3.9). Вокруг северо-восточной и юго-западной оконечности озера в летнее время располагаются стихийные палаточные городки (рисунок 3.3.2).

В окрестностях озера развито 3 типа «простых» и 5 типов комплексных почв (рисунок 3.3.10). Преобладающим типом являются чернозёмы южные, менее распространены малоразвитые почвы в комплексе с задернованными и незадернованными песками. Засолённые почвы формируют солончаки и комплексные солончаково-солонцовые образования. Вдоль всего озера узкой каймой расположены аллювиально-солончаковые почвы, где в разрезе № 195 выявлена сильная степень засоления (сумма солей до 0,45 %) сульфатного и хлоридно-сульфатного типов (приложение Б). Обращает на себя внимание тот факт, что даже довольно «далёкие» от солончаков разрезы чернозёмов южных оказываются засолёнными (сумма солей до 0,2 %, разрез 19, приложение Б).

Схема геоэкологического опробования почв в природоохранных зонах озера Тус представлена на рисунке 3.3.11. Статистические характеристики приведены в таблице 3.3.7. По абсолютным значениям средних содержаний можно выделить три группы элементов. В первую группу входят элементы, средние содержания которых не превышают фоновых значений. К ним относятся титан, никель, кобальт, цирконий, иттрий, скандий. Во вторую группу объединены элементы, для которых характерны постоянные превышения концентраций над фоном (и, Т^ Мп, Sr, Zr, Ва, Sr, ЫЬ, Си, Zn, Ве и Ag). И в третью группу относятся элементы, средние значения которых имеют околофоновые концентрации (фосфор, ванадий, литий, галлий, олово).

Условные обозначения

Виды местности:

|- вершина высокой сопки со злаковой степью на малоразвитых примитивных почвах

С

- верхняя часть выпуклых склонов

- средняя часть склонов

- нижняя часть вогнутых склонов

- днища плоских, ложбин

- днища плоских котловин

г. Чашан - высотные отметки

(586,3)

Рисунок 3.3.8 - Ландшафтная схема водосборного бассейна озера Tjt

(по материалам B.C. Хромых, [Оценка состояния..., 2000])

<6Ш)

1 км J

CTn 00