CC BY
43
Труды ИБВВ РАН, 2017, вып. 79(82)
Transactions of IBIW RAS, 2017, issue 79(82)
УДК 550.47(470.11+470.111)
БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ ЗАБОЛОЧЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ТУНДРЫ И СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ (АРХАНГЕЛЬСКАЯ ОБЛАСТЬ)
А. А. Чупакова, А. В. Чупаков, Л. С. Широкова, С. А. Забелина, О. Ю. Морева, Н. В. Неверова
Институт экологических проблем Севера, Федеральный исследовательский центр
комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова РАН 163000 г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 109, e-mail: [email protected]
Представлены результаты исследований основных гидролого-гидрохимических параметров (содержание растворённого кислорода, удельная электропроводимость, рН, содержание растворённого органического углерода) и содержания биогенных элементов (азот, фосфор) в водных объектах Иласского болотного массива (Архангельская область, Приморский район) и в термокарстовых водных объектах Большеземельской тундры (Архангельская область, Ненецкий автономный округ). Исследования позволили установить, что при переходе от вод «торфяного раствора» болота немерзлотной зоны или просадок в зоне прерывистой мерзлоты к более крупным водным объектам обнаруживается сходство значений и динамики изменений основных гидрохимических показателей: увеличение содержания растворённого кислорода, увеличение рН, уменьшение удельной электрической проводимости и уменьшение содержания растворённого органического углерода. Выявить подобной однозначной динамики для растворённого азота и фосфора не удалось.
Ключевые слова: биогенные элементы, болото, термокарстовые озёра, мерзлота.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из центральных вопросов учёных в науках о Земле является оценка и предсказание комплексной реакции природной среды на происходящие глобальные изменения, включая антропогенное загрязнение и изменение климата. Особенно важны эти изменения в северных (бореальных и тундровых) ландшафтах, в силу их чувствительности к любым внешним воздействиям, низкой продуктивности биоты и короткого вегетационного периода.
Проведённые натурные исследования позволили дать сравнительную оценку закономерностей изменения гидролого-гидрохимических характеристик, таких как со-
МАТЕРИАЛЫ
Исследования проводились на примере Иласского болотного массива (Приморский район Архангельской области) и термокарстовых водных объектов
Большеземельской тундры (Ненецкий автономный округ Архангельской области).
В рамках проведённых в июле 2016 г. работ, нами были исследованы термокарстовые водные объекты Большеземельской тундры на различной стадии своей эволюции, начиная от просадок с площадью 0.3 м2 и глубиной в несколько сантиметров, до термокарстовых озёр площадью более 0.1 км2 и глубиной до двух метров. Выделение стадий развития термокарстовых озёр основывалось на описанном ранее механизме их образования и цикличности развития в зависимости от их ландшафтно-экологических особенностей
[Кирпотин и др., 2008 (Югройп й а1., 2008);
держание растворённого общего азота, содержание растворённого общего фосфора, содержание растворённого кислорода, удельная электрическая проводимость, рН, концентрации растворённого органического углерода в различных по площади водных объектах термокарстовых экосистем Большеземельской тундры и грядово-озерковых болот Архангельской области. В ходе выполнения натурных исследований установлены сходства и различия между заболоченными ледниковыми и термокарстовыми ландшафтами не только по уровню признака, но и по характеру его изменения с увеличением площади водного объекта.
И МЕТОДЫ Pokrovsky et al., 2011]. Подобный механизм можно применить к грядово-озерковым и грядово-мочажинным ландшафтам (которые были изучены нами ранее в июле 2014— 2015 гг.), находящимся вне территории развития криолитозоны.
В комплекс гидролого-гидрохимических наблюдений входили: измерение содержания растворённого кислорода (мг/л), удельной электропроводимости (УЭП, мкСм/см), рН и температуры. Для обеспечения единства средств измерения определение показателей производилось однотипными приборами производства HANNA и WTW. Отбор проб и их подготовка для определения содержания растворённых форм азота, углерода, фосфора, осуществлялись по единому стандарту с применением одинаковых фильтрационных насадок Millex-HP с диаметром пор 0.45 мкм; ана-
лиз воды выполнялся по стандартным и апробированным методикам. Определение концентраций растворённого органического углерода производили методом каталитического сжигания на платиновом катализаторе при 800°С с инфракрасным детектором СО2 SЫmadzu ТОС 6000. Определение содержания общего растворённого азота производилось фотомет-
РЕЗУЛЬТАТЫ И Анализ основных гидрохимических характеристик, таких как УЭП, рН, содержание растворённого кислорода, содержание растворённого органического углерода (РОУ), показал сходство между водными объектами обоих
рическим методом с салицилатом натрия после окисления пробы персульфатом калия, определение содержания общего растворённого фосфора осуществлялось методом с использованием молибдата аммония и аскорбиновой кислоты после окисления пробы персульфатом калия.
ОБСУЖДЕНИЕ
районов исследования и позволил выявить зависимость параметров среды от размера водного объекта (торфяные просадки, мочажины, маленькие озёра, сформировавшиеся термокарстовые озёра) (рис. 1).
Рис. 1. Значения концентрации О2 (А), УЭП (Б), рН (В), концентрации РОУ (Г). Здесь и на рис. 2: IL - водные объекты Иласского болотного массива; BZ - водные объекты Большеземельской тундры.
Fig. 1. Values of concentration of O2 (A), Conductivity (Б), pH (B), concentration of DOC (Г). Here and in Fig. 2: IL -water bodies of the Ilassky mire massif; BZ - water objects of Bolshezemelskaya tundra.
Для водных объектов зоны прерывистой мерзлоты Большеземельской тундры и болотного массива северной тайги наблюдается общие тренды поведения показателей при увеличении площади водного объекта: увеличение содержания растворённого кислорода (от 1 до 15 мгО2/л) и значений рН (от 3.6 до 7.3); уменьшение содержания РОУ (от 93 до 11 мг/л) и значений УЭП (от 74 до 9 мкСм/см). Изменение содержания РОУ может быть обусловлено различными
морфометрическими (соотношение SдHo/SзеркаЛo) климатическими (осадки), физико-
химическими (фотодеструкция) и
биологическими (биодеструкция) процессами. Однако, именно от поведения данного макрокомпонента зависит множество других характеристик водной толщи в частности концентрации О2 и значений рН. Чем больше содержание РОУ, тем большее количество
кислорода тратиться на его окисления. Чем больше содержание РОУ, тем больше концентрация гуминовых кислот, являющихся основными донорами Н+, следовательно, тем меньше значение рН. Уменьшение значений по мере увеличения площади водного объекта УЭП связано с большим разбавлением осадками и поверхностным стоком.
Таким образом, при переходе от вод «торфяного раствора» болота немерзлотной зоны или просадок в зоне прерывистой мерзлоты к более крупным водным объектам обнаруживается сходство значений и динамики изменений рассмотренных показателей.
Анализ содержания растворённого общего азота (Кобщ), как и растворённого общего фосфора (Робщ) не позволил выявить однозначной динамики изменения содержания данных показателей в зависимости от площади водного объекта (рис. 2).
Рис. 2. Значения концентраций растворённого N^ (А) и растворённого Робщ (Б) Fig. 2. Values of the concentrations of dissolved Nvai (A) and dissolved Pval (Б).
Диапазон концентраций растворённого азота и концентрации растворённого фосфора в водных объектах Иласского болотного массива составлял 176-273 мкгМл и 45-63 мкгР/л соответственно. В водных объектах Большеземель-ской тундры отмечается широкий диапазон концентраций растворённого азота (1361076 мкгМл) и растворённого фосфора массива
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
(7-64 мкгР/л), что, скорее всего, связано с большим числом объектов в выборке, нежели с физико-химическими характеристиками. Максимальные концентрации растворённого фосфора в водных объектах Большеземельской тундры наблюдались в просадках с лишайниками на дне.
Проведённые натурные исследования позволили установить, что при переходе от вод «торфяного раствора» болота немерзлотной зоны или просадок в зоне прерывистой мерзлоты к более крупным водным объектам обнару-
живается сходство значений и динамики изменений основных гидрохимических показателей: увеличение содержания растворённого кислорода, увеличение рН, уменьшение удельной электрической проводимости и уменьшение
содержания растворённого органического угле- ки для растворённого азота и фосфора не уда-рода. Выявить подобной однозначной динами- лось.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 15-17-10009 «Эволюция экосистем термокарстовых озёр Большеземельской тундры в контексте климатических изменений и антропогенной нагрузки: натурные наблюдения и экспериментальное моделирование».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Кирпотин С.Н., Полнщук Ю.М., Брыксина Н.А. Динамика площадей термокарстовых озёр в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления // Вестник Томского государственного университета. 2008. № 133. С. 185-189. Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Kirpotin S.N., Audry S., Viers J., Dupre B. Effect of permafrost thawing on the organic carbon and metal speciation in thermokarst lakes of western Siberia // Biogeosciences. 2011. Vol. 8. P. 565583.
REFERENCES
Kirpotin S.N., Polnschyk Уи.М., Bryksina NA. 2008. Dinamika ploschadej termokarstovykh ozyor v sploshnoj i preryvistoj kriolitozonakh Zapadnoj Sibiri v usloviyakh global'nogo potepleniya [Thermokarst lakes square dynamics of West Siberian continuous and discontinuous permafrost under impact of global warming] // Vestnik Tomskogo gosydarsvennogo universiteta. № 133. S. 185-189. [In Russian] Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Kirpotin S.N., Audry S., Viers J., Dupre B. 2011. Effect of permafrost thawing on the organic carbon and metal speciation in thermokarst lakes of Western Siberia // Biogeosciences. Vol. 8. P. 565-583.
BIOGENIC ELEMENTS IN WATER OBJECTS OF BOGGY LANDSCAPES OF TUNDRA AND NORTHERN BOREAL FOREST ZONES (ARKHANGELSK REGION, RUSSIA)
A. A. Chupakova, A. V. Chupakov, L. S. Shirokova, S. A. Zabelina, O. Yu. Moreva, N. V. Neverova
Institute of Ecological Problems of the North, N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research Arkhangelsk, 163000, Russia, e-mail: [email protected]
The paper presents the results of studies of the main hydrological and hydrochemical parameters (dissolved oxygen content, specific electrical conductivity, pH, dissolved organic carbon content) and the content of nutrients (nitrogen, phosphorus) in the water bodies of the Ilassky mire massif (Arkhangelsk Region, Primorsky district) and in thermokarst water bodies of Bolshezemelskaya tundra (Arkhangelsk Region, Nenets Autonomous Area). Our studies revealed that the similarities in the values and the dynamics of changes in the main hydro-chemical parameters are found between the waters of the "peat solution" of the mire in the non-permafrost zone or of subsidence in the permafrost zone, on on hand, and larger water bodies, on the other hand. In both the cases we observed an increase in dissolved oxygen, an increase in pH, a decrease in the specific electric conductivity, and decrease in the content of dissolved organic carbon. We failed to find such an unambiguous dynamics for dissolved nitrogen and phosphorus.
Keywords: biogenic elements, mire, thermokarst lakes, permafrost
