Состав и генезис полиаренов в почвах разновозрастных гарей Байкальского заповедника

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведены данные по содержанию одиннадцати полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в почвах под гарями различного возраста, однократных и повторных, в таежных ландшафтах среднегорий хребта Хамар-Дабан (Южное Прибайкалье, Бурятия). Выявлены морфологические признаки почв, унаследованные от пожара: слои углей (pyr), золы (Cpyr), обугленная лесная подстилка (Opyr) и пирогенный гумусовый горизонт (Apyr). Охарактеризована послепожарная вариабельность почвенного покрова, формирующаяся из-за наличия внутри гари участков с шестью степенями прогорания опадо-подстилочного материала. Показано уменьшение содержание ПАУ при увеличении интенсивности пожара, а также в случае повторного прохождения огня по существующей гари. Фоновые почвы лесов, не нарушенных пожаром, имеют большее содержание ПАУ в сравнении с гарями 42-летнего возраста и участками интенсивного горения на гари однолетнего возраста. Путем факторного анализа выделены четыре группы ПАУ, различающиеся по происхождению: полиарены пирогенного автохтонного происхождения, формирующиеся in situ, – нафталин, тетрафен, пирен, хризен, антрацен, нафталин, в меньшей степени бенз(а)пирен и бенз(ghi)перилен; группа полиаренов пирогенного аллохтонного происхождения, накапливающихся в почвах из-за атмосферного переноса пепла, – бенз(а)пирен и бенз(ghi)перилен; группа полиаренов биохимического происхождения – флуорен и дифенил; полиарены – биохимического и петрогенного происхождения, накапливающиеся в глубине почвы, – фенантрен.

Об авторах

Т. С. Кошовский

МГУ им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: tkzv@ya.ru
Россия, Москва

А. Н. Геннадиев

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: tkzv@ya.ru
Россия, Москва

Н. С. Гамова

МГУ им. М.В. Ломоносова; Байкальский государственный природный биосферный заповедник

Email: tkzv@ya.ru
Россия, Москва; п. Танхой

Список литературы

  1. Алексеева Т.А., Теплицкая Т.А. Спектрофлуориметрические методы анализа полициклических ароматических углеводородов в природных и техногенных средах. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 215 с.
  2. Габов Д.Н., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М. Полициклические ароматические углеводороды в подзолистых и торфянисто-подзолисто-глееватых почвах фоновых ландшафтов // Почвоведение. 2007. № 3. С. 282–291.
  3. Гамова Н.С,. Фаронова Е.А., Коротков Ю.Н., Кошовский Т.С., Язрикова Т.Е. Ранние стадии пирогенной сукцессии в пихтовых лесах Южного Прибайкалья (Байкальский заповедник) // Экосистемы: экология и динамика. 2023. Т. 7. № 2. С. 88–112.
  4. Геннадиев А.Н. Пиковский Ю.И., Цибарт А.С., Смирнова М.А. Углеводороды в почвах: происхождение, состав, поведение (обзор) // Почвоведение. 2015. № 10. С. 1195–1209.
  5. Гонгальский К.Б. Лесные пожары как фактор формирования сообществ почвенных животных // Журнал общей биологии. 2006. Т. 67. № 2. С. 127–138.
  6. Жидкин А.П., Геннадиев А.Н., Кошовский Т.С. Поступление и поведение полициклических ароматических углеводородов в пахотных, залежных и лесных почвах таежной зоны (Тверская область) // Почвоведение. 2017. № 3. С. 311–320.
  7. Иванов В.А., Иванова Г.А. Пожары от гроз в лесах Сибири. Новосибирск: Наука, 2010. 164 с.
  8. Иванова Г.А. Зонально-экологические особенности лесных пожаров в сосняках Средней Сибири. Автореф. дис. … докт. биол. наук. Красноярск, 2005. 42 с.
  9. Картушин В.М. Агроклиматические ресурсы юга Восточной Сибири (пояснительный текст к серии агроклиматических карт Иркутской, Читинской областей и Бурятской АССР). Иркутск, ВСКнИ, 1969. 100 с.
  10. Кошовский Т.С., Геннадиев А.Н., Гамова Н.С., Язрикова Т.Е. Послепожарное состояние таежных почв хребта Хамар-Дабан (Прибайкалье) // Почвоведение. 2022. № 9. С. 1098–1111.
  11. Краснопеева А.А., Пузанова Т.А. Геохимический углеводородный фон в почвах южной тайги // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2012. № 3. С. 33–40.
  12. Ладейщиков Н.П., Филиппов А.Н., Зедгенидзе Е.П., Оболкин В.А., Резникова С.А. Осадки и режим увлажнения. Структура и ресурсы климата Байкала и сопредельных пространств. Новосибирск: Наука, 1977. С. 98–125.
  13. Моложников В.Н. Растительность Прибайкалья. Saarbrücken: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. 612 с.
  14. Пиковский Ю.И., Смирнова М.А., Геннадиев А.Н., Завгородняя Ю.А., Жидкин А.П., Ковач Р.Г., Кошовский Т.С. Параметры нативного углеводородного состояния почв различных биоклиматических зон // Почвоведение. 2019. № 11. С. 1307–1321.
  15. Предбайкалье и Забайкалье. М.: Наука,1965. 492 с.
  16. Цибарт А.С., Геннадиев А.Н. Влияние пожаров на свойства лесных почв Приамурья (Норский заповедник) // Почвоведение. 2008. № 7. С. 783–792.
  17. Чернянский С.С., Волосатова Ю.В., Краснопеева А.А. Особенности формирования аномалий полиароматических углеводородов в почвенном покрове // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2007. № 2. С. 31–37.
  18. Atanassova I., Brümmer G.W. Polycyclic aromatic hydrocarbons of anthropogenic and biopedogenic origin in a colluviated hydromorphic soil of Western Europe // Geoderma. 2004. V. 120. № 1–2. P. 27–34. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2003.08.007
  19. Certini G. Fire as a soil-forming factor //Ambio. 2014. V. 43. № 2. P. 191–195. https://doi.org/10.1007/s13280-013-0418-2
  20. Chen H., Chow A.T., Li X.W., Ni H.G., Dahlgren R., Zeng H., Wang J.J. Wildfire burn intensity affects the quantity and speciation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils //ACS Earth Space Chem. 2018. V. 2. № 12. P. 1262–1270. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.8b00101
  21. Choi S.D. Time trends in the levels and patterns of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in pine bark, litter, and soil after a forest fire // Sci. Total Environ. 2014. V. 470. P. 1441–1449. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.07.100
  22. Chunhui W., Shaohua W., Shenglu Z., Yaxing S., Jing S. Characteristics and source identification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in urban soils: a review // Pedosphere. 2017. V. 27. № 1. P. 17–26. https://doi.org/10.1016/S1002–0160(17)60293–5
  23. Devi P., Saroha A.K. Effect of pyrolysis temperature on polycyclic aromatic hydrocarbons toxicity and sorption behaviour of biochars prepared by pyrolysis of paper mill effluent treatment plant sludge // Bioresource Technology. 2015. V. 192. P. 312–320. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.05.084
  24. Du J., Jing C. Anthropogenic PAHs in lake sediments: a literature review (2002–2018) // Environ. Sci.: Processes Impacts. 2018. V. 20. № 12. P. 1649–1666.
  25. Dymov A.A. Startsev V.V., Milanovsky E.Y., Valdes-Korovkin I.A., Farkhodov Y.R., Yudina A.V., Donnerhack O., Guggenberger G. Soils and soil organic matter transformations during the two years after a low-intensity surface fire (Subpolar Ural, Russia) // Geoderma. 2021. V. 404. P. 115278.
  26. Edwards N.T. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH’s) in the terrestrial environment a review // J. Environ. Quality. 1983. V. 12. № 4. P. 427–441. https://doi.org/10.2134/jeq1983.00472425001200040001x
  27. Gao P., Li H., Wilson C.P., Townsend T.G., Xiang P., Liu Y., Ma L.Q. Source identification of PAHs in soils based on stable carbon isotopic signatures // Critical Rev. Environ. Sci. Technol. 2018. V. 48. № 13–15. P. 923–948. https://doi.org/10.1080/10643389.2018.1495983
  28. Gorshkov A.G., Izosimova O.N., Kustova O.V., Marinaite I.I., Galachyants Y.P., Sinyukovich V.N., Khodzher T.V. Wildfires as a source of PAHs in surface waters of background areas (Lake Baikal, Russia) // Water. 2021. V. 13. № 19. P. 2636.
  29. Guo Y., Wu K., Huo X., Xu X. International perspectives: sources, distribution, and toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons // J. Environ. Health. 2011. V. 73. № 9. P. 22–25.
  30. Kim E.J., Choi S.D., Chang Y.S. Levels and patterns of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soils after forest fires in South Korea // Environ. Sci. Poll. Res. 2011. V. 18. P. 1508–1517. https://doi.org/10.1007/s11356-011-0515-3
  31. Kim E.J., Oh J.E., Chang Y.S. Effects of forest fire on the level and distribution of PCDD/Fs and PAHs in soil // Sci. Total Environ. 2003. V. 311. № 1–3. P. 177–189. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(03)00095-0
  32. Makkonen U., Hellén H., Anttila P., Ferm M. Size distribution and chemical composition of airborne particles in south–eastern Finland during different seasons and wildfire episodes in 2006 // Sci. Total Environ. 2010. V. 408. № 3. P. 644–651. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.10.050
  33. Nam J.J., Thomas G.O., Jaward F.M., Steinnes E., Gustafsson O., Jones K.C. PAHs in background soils from Western Europe: influence of atmospheric deposition and soil organic matter // Chemosphere. 2008. V. 70. № 9. P. 1596–1602. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2007.08.010
  34. Nelson A.R., Narrowe A.B., Rhoades C.C., Fegel T.S., Daly R.A., Roth H.K., et al. Wildfire–dependent changes in soil microbiome diversity and function // Nature microbiology. 2022. V. 7. № 9. P. 1419–1430.
  35. Simon E., Choi S.D., Park M.K. Understanding the fate of polycyclic aromatic hydrocarbons at a forest fire site using a conceptual model based on field monitoring // J. Hazardous Mater. 2016. V. 317. P. 632–639. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.06.030
  36. Tobiszewski M., Namieśnik J. PAH diagnostic ratios for the identification of pollution emission sources // Environ. Poll. 2012. V. 162. P. 110–119. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2011.10.025
  37. Tsibart A., Gennadiev A., Koshovskii T., Watts A. Polycyclic aromatic hydrocarbons in post–fire soils of drained peatlands in Western Meshchera (Moscow region, Russia) // Solid Earth. 2014. V. 5. № 2. P. 1305–1317.
  38. Vergnoux A., Malleret L., Asia L., Doumenq P., Theraulaz F. Impact of forest fires on PAH level and distribution in soils // Environmental research. 2011. V. 111. № 2. P. 193–198. https://doi.org/10.1016/J.ENVRES.2010.01.008
  39. Vila-Escalé M., Vegas-Vilarrúbia T., Prat N. Release of polycyclic aromatic compounds into a Mediterranean creek (Catalonia, NE Spain) after a forest fire // Water Research. 2007. V. 41. № 10. P. 2171–2179 https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.07.029
  40. Wang T., Xiang K., Zeng Y., Gu H., Guan Y., Chen S. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in air, foliage, and litter in a subtropical forest: Spatioseasonal variations, partitioning, and litter–PAH degradation // Environ. Poll. 2023. V. 328. P. 121587. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.121587
  41. Wilcke W. Synopsis polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soil a review // J. Plant Nutrition Soil Sci. 2000. V. 163. № 3. P. 229–248. https://doi.org/10.1002/1522–2624(200006)163:3
  42. Wiłkomirski B., Jabbarov Z.A., Abdrakhmanov T.A., Vokhidova M.B., Jabborov B.T., Fakhrutdinova M.F. et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in natural and anthropogenically modified soils (a review) // Biogeosystem Technique. 2018. № 5. P. 229–243. https://doi.org/10.13187/bgt.2018.2.229
  43. Zhan X., Liang X., Xu G., Zhou L. Influence of plant root morphology and tissue composition on phenanthrene uptake: stepwise multiple linear regression analysis // Environ. Poll. 2013. V. 179. P. 294–300. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.04.033

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта фактического материала. 1 – месторасположение почвенных катен; 2 – точки на речной террасе, 3 – почвенные разрезы, 4 – территория гари 2015 г., 5 – ручьи и реки.

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Состав полиаренов (a) и сумма ПАУ (b) в фоновой почве (Р–0) и в почвах гарей годичного возраста, испытавших воздействие низового пожара (Р–1), верхового в сопровождении низового средней (Р–2) и высокой (Р–3) интенсивности на террасе р. Левая Мишиха. Для каждой глубины показаны осредененные по три измерениям значения. Полиарены: Flu – флуорен, Dif – дифенил, Naph – нафталин, Phe – фенантрен, Chr – хризен, Pyr – пирен, Ant – антрацен, Tet – тетрафен, BaP – бенза(а)пирен, BghiP – бенз(ghi)перилен, Per – перилен.

Скачать (434KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ассоциации полиаренов (a) и сумма ПАУ (b) в почвах гарей и фона по глубинам. Показаны осредненные значения по всем точкам катены. Обозначение участков: К-1974 – катена холма под гарью 1974 г., К-74+15 – катена холма под повторной гарью, 1974 и 2015 гг., К-2015 – катена холма под гарью 2015 г. Расшифровка обозначения индивидуальных полиаренов приведена в подписях к рис. 2.

Скачать (366KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результат факторного анализа: (a) – собственные значения факторов, (b) – факторные нагрузки. Более темным цветом выделены ПАУ с факторной нагрузкой более 0.7. Расшифровка обозначения индивидуальных полиаренов приведена в подписях к рис. 2.

Скачать (292KB)
Метаданные
6. Рис. 5. 1 – линия рельефа (показана условно, вне масштаба), 2 – пунсон с диаметром, обозначающим значение фактора, показан в месте отбора образца с учетом позиции в катене и глубины взятия образца, подписано значение фактора; 3 – место точки отбора в катене. Позиции в катене: A – вершина холма, B – верхняя часть склона; C – средняя часть склона; D – подножие.

Скачать (431KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Гипотетическая схема изменения содержания различных по происхождению групп ПАУ в верхних горизонтах почв до и после пожара; (a) – фоновые автохтонные ПАУ, (b) – аллохтонные пирогенные ПАУ, (с) – автохтонные пирогенные ПАУ, (d) – сумма ПАУ; красным пунсоном на шкале времени показан момент пожара.

Скачать (540KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024