| 16. |
Аннотация |
Последняя версия Почвенной классификации (WRB, 2015) выделяет технозёмы (Technosol) как отдельный тип почв. Большинство исследований техноземов фокусируются на городских или заброшенных территориях, а также промышленных отвалах, не имеющих высокого уровня загрязнения. Кроме того, абсолютное большинство результатов получено для климатических условий бореальной и субтропической зоны с высокими темпами почвообразовательного процесса при отсутствии острого дефицита тепла, влаги и питательных элементов. Принципиально иные условия складываются для зоны арктического и субарктического климата. Создание качественного растительного покрова в неблагоприятных климатических условиях Арктической зоны РФ сопряжено с такими проблемами, как короткий вегетационный период с низкими температурами, частые и обильные осадки, сильные ветра, дефицит и бедность почвенных ресурсов, отсутствие торфоразработок как источников насыпного грунта, необходимость мероприятий по повышению плодородия городских почв (Иванова и др., 2012; Вихман и др., 2008). Исследования, проводимые для северных территорий, позволяют выявить некоторые общие закономерности, однако прямая экстраполяция результатов на арктические территории, загрязненные тяжелыми металлами и подверженные их постоянным эмиссиям, невозможна. Основными негативными факторами выбросов предприятий цветной металлургии являются содержащиеся в них кислотообразующие компоненты и соединения тяжелых металлов в высоких концентрациях. В условиях закисления металлы более растворимы и подвижны (McBride, 1994; Sposito, 2016), что обусловливает высокую фитотоксичность тяжелых металлов в почве (Adriano, 2001). В Кольской Субарктике, в настоящее время, несмотря на 5-8 кратное снижение атмосферных эмиссий по сравнению с концом 1990-х гг., уровень загрязнения верхнего горизонта почвы в импактной зоне остается крайне высоким - до 6 г/кг меди и 9 г/кг никеля (Кашулина, 2017; Lyanguzova et al., 2018). По мнению исследователей, восстановительные процессы в импактной зоне возможны только при снижении загрязнения верхнего горизонта почвы, поскольку снижение эмиссий не привело к улучшению состояния нижнего яруса наземного покрова и восстановлению лесного яруса (Евдокимова и др., 2011; Lyanguzova et al., 2018). Традиционно для ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами, применяется известь или другие карбонатные материалы. Проведенный около 15 лет масштабный эксперимент по рекультивации техногенной пустоши в районе комбината Кольской ГМК (площадка Мончегорск) (Сухарева, Исаева, 2016; Копцик и др. 2015, 2016) с добавлением извести к почве либо перекрытием хемозёмов торфяной почвой показал неустойчивость растительного покрова вблизи комбината (0-2 км). Таким образом, создание щелочного, сорбционно активного корнеобитаемого слоя, по- видимому, является практически единственным способом восстановления почвенно-растительного покрова на закисленных и загрязненных ТМ территориях в высоких широтах. Научная новизна проекта определяется уникальной ситуацией района и места проведения исследования в импактных зонах действующих в течение многих десятилетий комбинатов цветной металлургии в Арктической зоне, на территории которых имеются технозёмы, сформированные с использованием серпентиновых и карбонатитовых горнопромышленных отходов, а также песка в качестве контрольного материала. Будут изучены экспериментальные площадки, заложенные в Субарктике на хемозёме по подзолу (1.5 км от комбината, с 2010 г.) и хемоземе по торфяной почве (0.7 км от комбината, с 2011 г.), а также в Арктике на хемоземе по подзолу (3 км от комбината, с 2014 г.). Данные участки являются уникальными объектами, на которых в настоящее время возможно получение важных данных о ключевых моментах восстановительных сукцессий почвенного, растительного и микробного компонентов биогеоценозов. Точечные исследования в последние два вегетационных сезона показали начало почвообразовательного процесса, в частности, накопление органического углерода от полного его отсутствия до 1.5%. В настоящее время необходимо проведение комплексного мониторинга с выявлением индикаторов эффективности ремедиации с геохимической и токсикологической точки зрения и изучением особенностей ранних стадий почвообразования в экстремальных природно-антропогенных условиях. В ходе выполнения проекта будет проводиться сравнение техноземов и растительности, произрастающих на шести видах горнопромышленных отходов и материале сравнения (песок). Серпентинсодержащие материалы являются наиболее перспективными, поскольку, помимо кислотонейтрализующих свойств, они обладают сорбционной активностью по отношению к тяжелым металлам (Кременецкая и др., 2012; Федотова и др., 2017; Slukovskaya et al., 2018; Cao et al., 2019). Новизна и комплексность проекта предполагает оценку эффективности ремедиации и восстановительной сукцессии по совокупности параметров: изучению фракционного состава тяжелых металлов и аэротехногенных микрочастиц на геохимических барьерах, анализу индикаторов ранних стадий почвообразовательного процесса на технозёмах (накопление органического углерода и др. макрокомпонентов), устойчивости растительного покрова к токсичному действию меди и никеля (накоплению ТМ корневыми системами растений, физиологическому состоянию растений), а также анализу состояния микробного сообщества и общих процессов почвообразования (эмиссия диоксида углерода, функционирование микробных сообществ в почве). Проект предполагает анализ особенностей ранних стадий восстановительной сукцессии, ремедиации и почвообразования при экстремально высоких уровнях загрязнения и деградации экосистем в условиях Арктического региона и выявление индикаторов эффективности этих процессов. Полученные в ходе выполнения проекта результаты являются актуальными для фундаментальной науки, поскольку они позволят 1) изучить процессы первичного почвообразования в техноземах в условиях сурового арктического климата; 2) проанализировать особенности миграции и трансформации тяжелых металлов в системе технозем-травянистая растительность в условиях крайне высокого исходного загрязнения почвы и атмосферы; и 3) предложить индикаторы эффективности ремедиации, основанные на анализе процессов почвообразования и развития экосистемы. Актуальность и своевременность решения данной проблемы также обусловлена следующими причинами: 1) наличие на техногенных пустошах участков ремедиации, имеющих возраст, являющийся наиболее подходящим для изучения ранних стадий почвообразования - 5...10 лет и созданных при непосредственном участии руководителя и участников коллектива проекта 2) отсутствие существенного сдвига в естественном восстановлении растительности на многих участках техногенных пустошей, несмотря на некоторое снижение выбросов комбинатов за последние 20 лет и общее потепление климата (Доклады о состоянии окр. среды Мурманской обл., 1999-2017; Lyanguzova et al., 2018; Доклад об особенностях климата РФ, 2019). 3) отсутствие альтернативных экономически эффективных и готовых к масштабированию технологий. |