Тобольск – один из крупных городов Тюменской области, является крупнейшим промышленным центром страны в области переработки сжиженных углеводородных газов, а также производства полимеров и мономеров. Тобольский нефтехимический комбинат (ТНХК) расположен к востоку от северной окраины Тобольска, там, где проходят маршруты транспортировки углеводородного сырья: газо- и нефтепроводы направлений Север Западной Сибири – Европа. Развитая инфраструктура города и техногенез могут оказывать значительное влияние на состояние всех компонентов природной среды – почва, вода, воздух, и т.д. Почва как депонирующий компонент среды отражает длительность и интенсивность поступления и накопления загрязняющих веществ. Одна из важнейших функций почвы – экологическая, обеспечивающая жизненное пространство для человека и живых организмов. Почвы города и Тобольского района изучены слабо [1–3].
Город размещён в южной тайге, почти у границы подтаёжной подзоны, в месте слияния двух крупных рек – Тобола и Иртыша. Зона южной тайги Западной Сибири входит в состав Европейско-Западно-Сибирской таежно-лесной почвенно-биоклиматической области, подзоны дерновоподзолистых почв южной тайги, в пределах которой выделяется как Западно-Сибирская южнотаежная провинция [4].
Целью исследования является определение морфологических и химических характеристик почв Тобольского района Тюменской области.
Материалы и методы исследования
В рамках данной работы были рассмотрены 11 участков лесной растительности 10*10 метров с различным геоботаническими характеристиками, расположенные к северо-востоку от города, с учетом положения Тобольского нефтехимического комбината и розы ветров (табл. 1). На каждом участке выявлялся видовой состав сосудистых растений на момент проведения описания, заложены почвенные разрезы глубиной 120 см для описания профиля почвы и отобраны не менее одной объединенной пробы с каждого горизонта для определения химических показателей. Отбор проб образцов почв и процедура пробоподготовки для количественного химического анализа осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб» и ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». Статистическая обработка проводилась в соответствии с формулами программы «Microsoft Excel».
Таблица 1
Географические координаты и ботаническая характеристика участков
|
Номер участка |
Координаты |
Описание растительности |
Виды подлежащие занесению в Красную книгу Тюменской области |
|
1 |
58 °16.643'С 68 °28.594'В |
Осинник крупнотравно-осочковый с примесью липы |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill. |
|
2 |
58 °16.978'С 68 °28.480'В |
Осиново-липовый лес крупнотравно-осочковый с примесью березы |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill., гнездовка настоящая – Neottia nidus-avis (L.) Rich. |
|
3 |
58 °19.662'С 68 °32.961'В |
Смешанный осиново-березовый лес крупнотравный |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill., тайник яйцевидный – Listera ovata (L.) R. Br. |
|
4 |
58 °19.750'С 68 °32.925'В |
Осинник разнотравно-папоротниковый с примесью березы |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill. |
|
5 |
58 °19.742'С 68 °33.007'В |
Осиново-липовый лес крупнотравно-папоротниково-осочковый с примесью березы и ели |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill. тайник яйцевидный – Listera ovata (L.) R. Br. |
|
6 |
58 °16.003'С 68 °29.840'В |
Осинник снытово-разнотравный |
– |
|
7 |
58 °16.160'С 68 °29.731'В |
Сосняк зеленомошно-мелкотравный |
– |
|
8 |
58 °16.254'С 68 °29.731'В |
Березняк крупнотравный |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill. |
|
9 |
58 °16.608'С 68 °41.664'В |
Осинник крупнотравно-осочковый с примесью березы и липы |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill., башмачок настоящий (Cypripedium calceolus L.) |
|
10 |
58 °16.525'С 68 °41.599'В |
Сосняк злаково-разнотравный |
лук черемша (Allium microdictyon Prokh.), желтоцвет (адонис) апеннинский (Adonanthe apennina (L.) Sennikov |
|
11 |
58 °16.658'С 68 °41.465'В |
Смешанный осиново-березовый лес крупнотравно-осочковый |
липа сердцевидная – Tilia cordata Mill., тайник яйцевидный – Listera ovata (L.) R. Br. |
Количественный химический анализ образцов почв проведен химико-экологической лабораторией ТКНС УрО РАН по общепринятым методикам измерений: водородный показатель солевой вытяжки по ГОСТ 26483-85; аммоний обменный по ГОСТ 26489-85; хлорид-ион по ГОСТ 26425-85 (п. 1); сульфат-ион по ГОСТ 26426-85 (п. 2); карбонат-ион и бикарбонат-ион по ГОСТ 26424-85; нитраты по ГОСТ 26488-85; кальций обменный и магний обменный комплексонометрическим методом по ГОСТ 26487-85 (п. 2); нефтепродукты по ПНД Ф16.1:2.21-98. Т 26428-85 (п. 1); азот нитритный по ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.51-08 (издание 2008 г.).
Метод определения степени засоления почв основан на оценке суммарного эффекта (СЭ) влияния токсичных ионов [5].
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ почвенных разрезов показал, что почва на всех исследованных участках сходна по своему морфологическому строению и химическим свойствам (рисунок).
В соответствии с систематикой, основанной на «Классификации почв Западной Сибири» 1992 г., данная почва принадлежит к типам – дерновоподзолистые и подзолистые, подтипу – типичные, род – обычные [6]. Первый горизонт – лесная подстилка на всех разрезах представлена полуразложившимся опадом листьев и хвои, а также травы, веток, иногда пронизана корнями. Её мощность, в зависимости от биотопа, варьирует в пределах от 6 до 11 см. Наибольшая мощность подстилки наблюдается в осиново-липовом лесу крупнотравно-папоротниково-осочковом с примесью березы и ели, осиннике снытово-разнотравном, березняке крупнотравном, осиннике крупнотравно-осочковом с примесью березы и липы.
В разрезах 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10 четко выражен гумусовый горизонт. Наибольшая его мощность – 30 см – наблюдается в осиново-липовом лесу крупнотравно-папоротниково-осочковом с примесью березы и 25 см в сосняке злаково-разнотравном. В разрезах 4, 6, 8 мощность гумусово-подзолистого горизонта от 10 до 15 см. Величина мощности подзолистого горизонта лежит в диапазоне от 11 до 29 см, достигает своего максимального значения в 3 разрезе – смешанный осиново-березовый лес крупнотравный. В разрезе 2 отмечен второй гумусовый горизонт мощностью 12 см. Во всех разрезах, кроме 8, выделен подзолисто-иллювиальный горизонт, средняя величина которого составляет 25 см.
Анализ водной вытяжки позволил установить профильное распределение солей, рассчитать суммарный эффект токсичности ионов (СЭ) и определить степень засоления образцов проб почв (табл. 2). Карбонат-ионы CO32- в исследуемых образцах проб почв не выявлены.
Схема строения разрезов почв Тобольского района
Таблица 2
Солевой состав и суммарный эффект токсичности исследуемых проб почвы
|
№ разреза |
Тип почвы |
Обозначение горизонта |
Глубина залегания, см |
Ммоль в 100 г почвы |
СЭ,мг· экв |
||||
|
НСО3 |
Cl- |
SO42- |
Ca2+ |
Mg2+ |
|||||
|
1 |
Дерново-сильно-подзолистая |
E |
6–28 |
0,05 |
0,05 |
0,02 |
0,25 |
0 |
0,07 |
|
EB |
28–57 |
0,05 |
0,05 |
0,08 |
0,25 |
0,13 |
0,09 |
||
|
B |
57–120 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
2 |
Дерново-подзолистая со 2-гумусовым горизонтом |
А |
7–17 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,25 |
0,05 |
0,07 |
|
E |
17–30 |
0,08 |
0,05 |
0,02 |
0,13 |
0 |
0,09 |
||
|
А2 |
30–42 |
0,05 |
0,05 |
0,00 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
EB |
42–66 |
0,05 |
0,05 |
0,02 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
B |
66–120 |
0,08 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,08 |
||
|
3 |
Дерново-сильноподзолистая |
А |
6–16 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
0,13 |
0 |
0,08 |
|
E |
16–45 |
0,05 |
0,05 |
0,06 |
0,25 |
0,13 |
0,08 |
||
|
EB |
45–77 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
B |
77–120 |
0,08 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,08 |
||
|
4 |
Дерново-средне-подзолистая |
А |
7–12 |
0,08 |
0,05 |
0 |
0,25 |
0 |
0,08 |
|
АЕ |
12–25 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
E |
25–45 |
0,08 |
0,05 |
0,08 |
0,13 |
0 |
0,10 |
||
|
EB |
45–60 |
0,05 |
0,05 |
0,06 |
0,13 |
0 |
0,08 |
||
|
B |
60–120 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
5 |
Дерново-средне-подзолистая |
А |
10–40 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,07 |
|
E |
40–60 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0,05 |
0,07 |
||
|
EB |
60–80 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0,13 |
0,07 |
||
|
B |
80–120 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
0,13 |
0 |
0,08 |
||
|
6 |
Дерново-слабо-подзолистая |
AE |
10–25 |
0,08 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0,05 |
0,08 |
|
EB |
25–57 |
0,08 |
0,05 |
0,04 |
0,13 |
0,13 |
0,09 |
||
|
B |
57–120 |
0,08 |
0,05 |
0,02 |
0,13 |
0,05 |
0,09 |
||
|
7 |
Подзолистая |
E |
7–16 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0,13 |
0,07 |
|
EB |
16–35 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
0,13 |
0,13 |
0,08 |
||
|
B |
35–120 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,18 |
0,13 |
0,07 |
||
|
8 |
Дерново-средне-подзолистая |
А |
10–20 |
0,08 |
0,05 |
0,02 |
0,25 |
0 |
0,09 |
|
AE |
20–30 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0,13 |
0,07 |
||
|
E |
30–41 |
0,08 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0,13 |
0,08 |
||
|
B |
41–120 |
0,05 |
0,05 |
0,02 |
0,18 |
0,13 |
0,07 |
||
|
9 |
Дерново-подзолистая |
A |
11–26 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
0,13 |
0 |
0,08 |
|
E |
26–42 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
0,13 |
0 |
0,08 |
||
|
EB |
42–65 |
0,05 |
0,05 |
0,04 |
0,13 |
0,05 |
0,08 |
||
|
B |
65–120 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0,13 |
0,07 |
||
|
10 |
Дерново-сильно-подзолистая |
А |
8–33 |
0,08 |
0,05 |
0 |
0,25 |
0,13 |
0,08 |
|
E |
33–55 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
EB |
55–70 |
0,05 |
0,05 |
0,06 |
0,13 |
0 |
0,08 |
||
|
B |
70–120 |
0,05 |
0,05 |
0,02 |
0,13 |
0,05 |
0,07 |
||
|
11 |
Дерново-сильно-подзолистая |
Е |
6–31 |
0,05 |
0,05 |
0,02 |
0,13 |
0 |
0,07 |
|
ЕВ |
31–60 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,13 |
0 |
0,07 |
||
|
B |
60–120 |
0,05 |
0,05 |
0 |
0,18 |
0 |
0,07 |
||
Все исследованные почвы являются незасоленными, что подтверждает данные Н.П. Солонцова при изучении северотаежных ландшафтов Западной Сибири [7]. Водородный показатель солевой вытяжки – рН – всех образцов почвы лежит в диапазоне от 4,7 до 5,6 ед. рН, при этом основная масса образцов имеет слабокислую реакцию (5,1…5,5 рН). Из биогенных элементов в исследуемых пробах почвы определяются следующие показатели: азот нитритный, нитраты, подвижная сера, аммоний обменный (табл. 3). Известно, что азот доступен растениям главным образом в виде аммония, нитратов и нитритов. Аммонийный и нитратный азот – основные формы азотистых соединений, которые усваивают растения. Содержание азота нитритного во всех пробах почв, отобранных по профилю почвы, составило менее 0,037 мг/кг почвы. Содержание подвижной серы не превышает 3,4 мг/кг в гумусовых горизонтах почв всех разрезов, в нижних горизонтах – подзолисто-иллювиальных и иллювиальных подвижная сера практически не обнаружена или находится на уровне 0,1 мг/кг почвы. Концентрация нитратов в гумусово-подзолистом и гумусовом горизонтах исследуемых почв минимальна и не превышает 1,4 мг/кг. В иллювиальном горизонте почв ее значения находятся в пределах 0…0,2 мг/кг. Содержание обменного аммония во всех разрезах не превышает 14…25 мг/кг почвы в гумусовом горизонте почв. В нижних горизонтах – подзолисто-иллювиальных и иллювиальных содержание этого показателя варьирует в диапазоне 1,0…12 мг/кг почвы. Определение нефтепродуктов проводилось только в верхних горизонтах, наиболее доступных растениям, и не превысило 5 мг/кг.
Таблица 3
Содержание биогенных элементов, нефтепродуктов, показатель кислотности солевой вытяжки в исследуемых пробах почв
|
Номер разреза |
Обозначение горизонта |
мг/кг |
рН, ед. рН |
|||
|
Аммоний обменный |
Нитраты |
Подвижная сера |
Нефтепро- дукты |
|||
|
1 |
E |
4,8 ± 0,7 |
0,2 ± 0,0 |
0 |
4 ± 1 |
5,2 ± 0,2 |
|
EB |
3,6 ± 0,5 |
0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
B |
2,4 ± 0,4 |
0 |
0,1 ± 0,0 |
– |
5,6 ± 0,2 |
|
|
2 |
А |
11 ± 1,1 |
1,0 ± 0,2 |
0,1 ± 0,0 |
8 ± 2 |
4,9 ± 0,2 |
|
E |
3 ± 0,5 |
0,6 ± 0,1 |
0 |
– |
5,2 ± 0,2 |
|
|
А2 |
4,4 ± 0,7 |
0,6 ± 0,1 |
0 |
– |
5,2 ± 0,2 |
|
|
EB |
4,2 ± 0,6 |
0,6 ± 0,1 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
B |
4,4 ± 0,7 |
0,1 ± 0,0 |
0 |
– |
5,6 ± 0,2 |
|
|
3 |
А |
5,4 ± 0,5 |
0 |
0 |
20 ± 5 |
5,2 ± 0,2 |
|
E |
3,2 ± 0,5 |
0 |
0 |
– |
5,3 ± 0,2 |
|
|
EB |
3,2 ± 0,5 |
0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
B |
2,6 ± 0,4 |
0 |
0 |
– |
5,5 ± 0,2 |
|
|
4 |
А |
19,4 ± 1,9 |
0,5 ± 0,1 |
3,4 ± 0,3 |
24 ± 6 |
5,5 ± 0,2 |
|
АЕ |
25,8 ± 2,6 |
0,1 ± 0,0 |
0,1 ± 0,0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
E |
8,6 ± 1,3 |
0,1 ± 0,0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
EB |
6,0 ± 0,9 |
0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
B |
0 |
0 |
0 |
– |
5,1 ± 0,2 |
|
|
5 |
А |
11,8 ± 1,2 |
0,1 ± 0 |
0,3 ± 0,1 |
60 ± 15 |
5,0 ± 0,2 |
|
E |
0,2 ± 0 |
0 |
0 |
– |
5,3 ± 0,2 |
|
|
EB |
0,8 ± 0,1 |
0 |
0 |
– |
5,2 ± 0,2 |
|
|
B |
2 ± 0,3 |
0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
6 |
AE |
17,6 ± 1,8 |
1,2 ± 0,2 |
1,3 ± 0,3 |
64 ± 16 |
5,5 ± 0,2 |
|
EB |
2,6 ± 0,4 |
0,3 ± 0,1 |
0 |
– |
5,6 ± 0,2 |
|
|
B |
1,8 ± 0,3 |
0 |
0 |
– |
5,5 ± 0,2 |
|
|
7 |
E |
2,4 ± 0,4 |
0 |
0 |
4 ± 1 |
5,2 ± 0,2 |
|
EB |
2,8 ± 0,4 |
0 |
0 |
– |
5,3 ± 0,2 |
|
|
B |
3,4 ± 0,5 |
0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
8 |
А |
25 ± 2,5 |
1,4 ± 0,3 |
2,3 ± 0,6 |
16 ± 4 |
5,4 ± 0,2 |
|
AE |
1,2 ± 0,2 |
0,1 ± 0 |
0 |
– |
5,2 ± 0,2 |
|
|
E |
1,0 ± 0,2 |
0 |
0 |
– |
5,2 ± 0,2 |
|
|
B |
1,0 ± 0,2 |
0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
9 |
A |
22 ± 2,2 |
0,3 ± 0,1 |
0,1 ± 0,0 |
20 ± 5 |
5,2 ± 0,2 |
|
E |
2,0 ± 0,3 |
0 |
0 |
– |
5,2 ± 0,2 |
|
|
EB |
1,0 ± 0,2 |
0 |
0 |
– |
5,3 ± 0,2 |
|
|
B |
0 |
0 |
0 |
– |
4,7 ± 0,2 |
|
|
10 |
А |
3,6 ± 0,5 |
0,3 ± 0,1 |
0 |
12 ± 3 |
5,5 ± 0,2 |
|
E |
0,6 ± 0,1 |
0,1 ± 0,0 |
0 |
– |
5,5 ± 0,2 |
|
|
EB |
0 |
0 |
0 |
– |
5,4 ± 0,2 |
|
|
B |
0 |
0 |
0 |
– |
5,5 ± 0,2 |
|
|
11 |
Е |
7 ± 1,1 |
0,2 ± 0 |
0,5 ± 0,1 |
12 ± 3 |
5,0 ± 0,2 |
|
ЕВ |
2,4 ± 0,4 |
0 |
0 |
– |
5,0 ± 0,2 |
|
|
B |
0,6 ± 0,1 |
0 |
0 |
– |
5,2 ± 0,2 |
|
Выводы
Исследованные почвы Тобольского района принадлежат к типам – дерновоподзолистые и подзолистые, подтипу – типичные, род – обычные. По степени засоления относятся к незасоленным почвам. Реакция среды солевой вытяжки слабокислая. Биогенные элементы, определенные в ходе исследования, концентрируются в большей степени в верхних горизонтах почвы. Содержание нефтепродуктов не превысило 5 мг/кг. На исследованных участках выявлено произрастание семи видов растений, подлежащих занесению в Красную книгу Тюменской области. По состоянию на 2016 г. их существованию при сохранении базовых параметров среды обитания ничто не угрожает.
Статья подготовлена при финансовой поддержке ФАНО России в рамках темы ФНИ № 0408-2014-0018 «Анализ состояния фитоценозов Западной Сибири в современных антропогенных условиях».
Авторы выражают искреннюю благодарность ведущему научному сотруднику группы экологии живых организмов ТКНС УрО РАН, к.б.н. О.А. Капитоновой за описание растительности на исследуемых участках почв.