Geoecological assessment of the current state of upper bogs (Ryams) of the Barabin forest steppe under anthropogenic impact
The two sampled peatlands of the Baraba steppe are compositionally heterogeneous and consist of bog and fen peat types. The Ubinskoe section is composed of Sphagnum fuscum peat and encloses layers of combusted transitional woody peat in the upper part (0-257 cm) and grass, woody-grass, and sphagnum peat in the lower part (257-347 cm). The Sherstobitovo section comprises Sphagnum magellanicum peat in upper 70 cm and diverse grass, woody-grass, and sphagnum peat species in the lower 70-250 cm interval. According to 14C constraints, peat accumulation in the two peatlands began, respectively, at 5.6 and 4.5 kyr BP. The uneven profiles of main biogenic elements record peat composition changes at different evolution stages. Deep peat intervals were deposited in the time span from 5.6 to 2.7 14C kyr BP at relatively high concentrations of S and N in organic matter. Both Ubinskoe and Sherstobitovo samples show significant correlation of C/N ratios with the degree of OM de-composition (r = -0.93 and -0.82, respectively) and with peat depth (r = -0.61 and -0.76), which confirms increasing OM degradation. The heterogeneity in the distribution of the main biogenic elements (C, H, N, S) along the peat bog sections marks the change in the botanical composition of peat at different stages of bog formation. All chemical elements can be conditionally divided into four main groups: 1. Li, Al, Na, K, Fe, Cr, Mn, Ni - included in the terrigenous (detrital) part of peat; 2. Ca, Sr, Mg; with maximum concentrations in the lower intervals of peat sections; 3. Pb, Sb, Hg, Cu, Zn - chalcophilic elements, with maxima in the upper intervals of peat sections. The profiles of iron-group elements (Fe, Mn, Cr, and Ni) stand out among other elements common to the clastic peat component. Judging by similarity of concentrations and Al, K, and Na patterns, silicate and aluminosilicate material had the same source: atmospherically-derived soil dust. The sampled sections show a tendency of increasing Ca (and partly Mg, Sr) downward from upper 60 cm of the Sherstobitovo peat and 112 cm of the Ubinskoe peat, which was reported also for other raised bogs. The greater concentrations of Cu, Zn, As, Se, Cd, Sb, Hg, and Pb in upper layers may be attributed to natural and man-caused atmospherically-derived dust inputs in the 20th and 21st centuries, which agrees with published evidence. An assessment of the pollution of bog waters based on a set of geochemical criteria shows that the highest concentration coefficients (Kc) of elements (As, Pb, Zn, Cu, Mn) involved in atmospheric transport during fires are found in the bog waters of the Ubinsky burnt ryam. Comparative analysis of the values of concentration coefficients (Kc) in the studied components of the Ubinsky burnt ryam ecosystem (forest litter, upper soil horizon, indicator biological objects - moss, lingonberry and birch leaves) indicates an intensive accumulation of chalcophilic elements (Pb, Sb, Cu, Hg) in them, which may be a consequence of the anthropogenic impact on the raised bog during fires.
Keywords
peat bogs,
organic matter,
peat-forming plants,
bog waters,
heavy metals,
background level,
geochemical criteria for assessing pollutionAuthors
| Leonova Galina A. | V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS | leonova@igm.nsc.ru |
| Maltsev Anton E. | V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS | maltsev@igm.nsc.ru |
| Preis Yulia I. | Institute for Monitoring Climatic and Ecological Systems SB RAS | preisyui@rambler.ru |
| Bobrov Vladislav A. | V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS | bobr@igm.nsc.ru |
Всего: 4
References
Авессаломова И.А. Геохимические показатели при изучении ландшафтов. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1987. 108 с
Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л. : Гидрометеоиздат, 1970. 444 с
Архипов В.С., Бернатонис В.К. Распределение кальция и железа в вертикальном профиле торфяных залежей таежной зоны Западной Сибири // Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 323, № 1. С. 173-178
Бобров В.А., Прейс Ю.И., Будашкина В.В. Оценка потоков минерального вещества из атмосферы на основе микроэле-ментного состава торфяной залежи верхового болота Бакчар-1 (южная тайга Западной Сибири) // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. 2013. Т. 22, № 1. С. 20-29
Бобров В.А., Будашкина В.В., Мельгунов М.С., Леонова Г.А., Мальцев А.Е. Природные и техногенные радиоизотопы и микроэлементы в разрезе торфяной залежи верхового болота Дулиха (Прибайкалье): ретроспективные оценки атмосферного поступления минерального вещества // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2019. № 2 (38). С. 93-102
Веретенникова Е.Э. Содержание и распределение химических элементов в торфах южнотаежной подзоны Западной Сибири // География и природные ресурсы. 2013. № 2. С. 89-95
Веретенникова Е.Э., Ляпина Е.Е. Содержание и некоторые аспекты поведения ртути в торфяных залежах олиготрофного грядово-мочажинного комплекса на юге Западной Сибири // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами : материалы Второй Всерос. конф. Владивосток : Дальнаука, 2015. С. 336-339
Гавшин В.М., Бобров В.А., Сухоруков Ф.В., Будашкина В.В., Мельгунов М.С. Фракционирование химических элементов в атмосфере Западной Сибири: данные по омбротрофному торфянику // Доклады Академии наук. 2004. Т. 396, № 6. С. 804807
ГОСТ Р 57162-2016. Вода. Определение содержания элементов методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией. М. : Стандартинформ, 2016. 19 с
Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Куценогий К.П., Онучин А.А., Переседов В.Ф. Биогеохимия Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Ta, W, U в низинном торфянике на междуречье Оби и Томи // Почвоведение. 2003. № 5. С. 557-567
Леонова Г.А., Копотева Т.А., Меленевский В.Н., Мальцев А.Е., Климин М.А., Бобров В.А. Методический подход к выявлению источников и генезиса захороненного органического вещества на примере голоценовых разрезов озерных сапропе-лей // Геология и геофизика. 2019. Т. 60, № 11. С. 1602-1626
Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Аветов Н.А., Березина Н.А., Инишева Л.И., Курнишкова Т.В., Слука 3.А., Толпыше-ва Т.Ю., Шведчикова Н.К. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение / под ред. В.Б. Куваева. Тула : Гриф и К°, 2001. 584 с
Лукашев К.И., Ковалев В.А., Жуховицкая А.Л., Хомич А.А., Генералова В.А. Геохимия озерно-болотного литогенеза. Минск : Наука и техника, 1971. 284 c
Наумов А.В., Косых Н.П., Паршина Е.К., Артымук С.Ю. Верховые болота лесостепной зоны, их состояние и мониторинг // Сибирский экологический журнал. 2009. Т. 16, № 2. С. 251-25
Перельман А.И. Геохимия природных вод. М. : Наука, 1982. 154 с
ПНД Ф 14.1 :2.96-97. Методика выполнения измерений массовой концентрации хлоридов в пробах природных и очищенных сточных вод аргентометрическим методом. Ростов н/Д : Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 2004. 19 с
ПНД Ф 14.1:2.159-2000. Методика выполнения измерений массовой концентрации сульфат-ионов в пробах природных и сточных вод турбидиметрическим методом. М. : ФЦАО, 2005. 11 с
Прейс Ю.И., Бобров В.А., Сороковенко О.Р. Особенности современной аккумуляции минерального вещества на олиготрофных болотах юга лесной зоны Западной Сибири // Вестник Томского государственного университета. 2010а. № 336. С. 204-210
Прейс Ю.И., Бобров В.А., Будашкина В.В., Гавшин В.М. Оценка потоков минерального вещества по свойствам торфяных отложений Бакчарского болота (южная тайга Западной Сибири) // Известия Томского политехнического университета. 2010б. Т. 316, № 1. С. 47-43
РД 52.24.493-2006. Массовая концентрация гидрокарбонатов и величина щелочности поверхностных вод суши и очищенных сточных вод. Методика выполнения измерений титриметрическим методом. Ростов н/Д : Гидрохимический институт, 2006. 37 с
Савичев О.Г. Геохимические показатели болотных вод в таежной зоне Западной Сибири // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2015. № 4. С. 47-57
Савичев О.Г., Шмаков А.В. Вертикальная зональность и внутригодовые изменения химического состава вод Тимирязевского болота (Томск, Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического университета, 2012. Т. 320, № 1. С. 156-172
Савичев О.Г., Наливайко Н.Г., Рудмин М.А., Мазуров А.К. Микробиологические условия распределения химических элементов по глубине торфяной залежи в экосистемах восточной части Васюганского болота (Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического университета, 2019. Т. 330, № 9. С. 184-194
Сает Ю.Е. Антропогенные геохимические аномалии (особенности, методика изучения и экологическое значение) : авто-реф. дис... д-ра геол.-минерал. наук. М. : ИМГРЭ, 1982. 53 с
Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М. : Недра, 1990. 335 с
Степанова В.А., Волкова И.И. Особенности генезиса Николаевского ряма в лесостепи Западной Сибири // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017. № 40. С. 202-223
Хазин Л.Б., Хазина И.В., Кривоногов С.К., Кузьмин Я.В., Прокопенко А.А., Бурр Дж. С. Климатические изменения на юге Западной Сибири в голоцене по результатам анализа ассоциаций остракод // Геология и геофизика. 2016. Т. 57, № 4. С. 729-742
Шварцев С.Л., Серебренникова О.В., Здвижков М.А., Савичев О.Г., Наймушина О.С. Геохимия болотных вод нижней части бассейна Томи (юг Томской области) // Геохимия. 2012. № 4. С. 403-417
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар : Геопринт, 2011. 742 c
Янин Е.П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малых рек (состав, особенности, методы изучения). М. : ИМГРЭ, 2002. 52 с
Boquete M.T., Fernandez J.A., Aboal J.R., Carballeira A. Are terrestrial mosses good biomonitors of atmospheric deposition of Mn // Atmospheric Environment. 2011. V. 45. P. 2704-2710
Borgmark A. Holocene climate variability and periodicities in south-central Sweden, as interpreted from peat humification analysis // Holocene. 2005. V. 15 (3). Р. 387-395
Gorham E., Janssens J.A. The distribution and accumulation of chemical elements in five peat cores from the mid-continent to the eastern coast of North America // Wetlands. 2005. V. 25, No. 2. P. 259-278
Helmer E.H., Urban N.R., Eisenrekh S.J. Aluminum geochemistry in peatland waters // Biogeochemistry. 1990. V. 9, No. 3. P. 247-276
Kempter H., Kra^era M., Shotyk W., Za^one C. Major and trace elements in Sphagnum moss from four southern German bogs, and comparison with available moss monitoring data // Ecological Indicators. 2017. V. 78. P. 19-25
Leonova G.A., Maltsev A.E., Preis Yu.I., Miroshnkhenko. Biogeochemistry of holocene peatlands in the baraba furest-steppe (southern West Siberia) // Applied Geochemistry. 2021. V. 124. doi: 10.1016/j.apgeochem.2020.104811
Li Y.H. Distribution patterns of the elements in the ocean: A synthesis // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1991. V. 55. P. 32233240
Malawskaand M., Wilkomirski B. Geochemistry and geochemical differentiation on major elements in selected peat bog profiles (south-east of Poland) // Soil Science Plant Nutrition. 2004. V. 50, No. 6. P. 925-930
Savichev O.G. Distribution of inorganic pollutants over the depth of upper peat deposit // Contemporary Problems of Ecology. 2015. V. 8, No. 1. P. 118-124
Shotyk W., Cheburkin A.K., Appleby P.G., Fankhauser A., Kramers J.D. Two thousand years of atmospheric arsenic, antimony and lead deposition in an ombrotrophic bog profile, Jura Mountains, Switzerland // Earth and Planetary Science Letter. 1996. V. 145. P. 1-7
Shotyk W., Weiss D., Kramers J.D., Frei R., Cheburkin A.K., Gloor M., Reese S. Geochemistry of the peat bog at Etang de la Grue're, Jura Mountains, Switzerland, and its record of atmospheric Pb and lithogenic trace metals (Sc, Ti, Y, Zr, and REE) since 12,370 14C yr BP // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2001. V. 65, No. 14. P. 2337-2360
Steinmann P., Shotyk W. Geochemistry, mineralogy, and geochemical mass balance on major elements in two peat bog profiles (Jura Mountains, Switzerland) // Chemical Geology. 1997. V. 138. P. 25-53
Stepanova V.A., Pokrovsky O.S., Viers J., Mironycheva-Tokareva N.P., Kosykh N.P., Vishnyakova E.K. Elemental composition of peat profiles in western Siberia: Effect of the micro-landscape, latitude position and permafrost coverage // Applied Geochemistry. 2015. V. 53. P. 53-70
