Трансформация биогеохимических потоков ртути в экосистемах заброшенных сельхозугодий центра России

Using the methodology of critical loads, we studied the geographic peculiarities of changes in the natural stability of landscapes to mercury contamination through the atmosphere as a result of cropland abandonment; published the map of abandoned cropland in the central part of the Ryazan oblast as of 2015 (the materials are the courtesy of A.V. Prishchepov); identified and prioritized the main regional industrial emitters of mercury; estimated the average annual emission of Hg by industrial facilities of various types based on the specific features of the production; and showed that the most contrasting impact is associated with the activity of a cement manufacturer (a combination of notable amounts of involatile Hg emission and the relatively low height of industrial chimneys (120 m)); and found that the colonization of abandoned land with woody vegetation covers only small-area windless regions of the forest already existing in the territory, which determines the overall deterioration of resistance to Hg supply. We also noted that abandoned lands feature favorable conditions for the sedimentation of anthropogenic pollutants migrating in the atmosphere, which among other factors causes an increase in the concentration of biologically available forms of Hg in post-agrogenic soils by 1.5~1.8 times compared to the arable land and normal soil under forest ecosystems. We detected a local but contrasting anomaly of Hg in the tissues of post-agrogenic woody plants, where the mercury content exceeded the background levels by 20–200 times. It was noted that post-agrogenic ecosystems are less resilient to anthropogenic chemical pollution and their adaptation mechanisms are more likely to fail. In the study of the dispersion halos of technogenic Hg, the wood, bark, and branches of birch, being a common plant component of abandoned lands, should be recognized as the indicating biological objects.С использованием методологии критических нагрузок изучены географические особенности изменения естественной устойчивости ландшафтов к ртутному загрязнению через атмосферу под влиянием забрасывания сельхозугодий. Публикуется карта заброшенных земель в центре Рязанской области по состоянию на 2015 г. (материалы любезно предоставлены А.В. Прищеповым). Установлены и ранжированы по степени приоритетности основные региональные промышленные эмитенты ртути. Рассчитана среднегодовая эмиссия Hg промышленными объектами различных типов исходя из специфики производства. Показано, что наиболее контрастное импактное воздействие связано с деятельностью цементного предприятия (сочетание заметных объемов эмиссии Hg в труднолетучих формах со сравнительно небольшой высотой промышленных труб – 120 м). Выявлено, что зарастание заброшенных земель древесной растительностью охватывает лишь небольшие по площади ветровые тени уже имеющихся на территории лесных массивов, что определяет общее снижение устойчивости к поступлению Hg. Также отмечено, что на заброшенных землях складываются благоприятные условия для осаждения техногенных загрязнителей, мигрирующих в атмосфере, что в числе иных факторов приводит к росту концентраций биодоступных форм Hg в постагрогенных почвах в 1,5-1,8 раза относительно пашни и зональных почв под лесными экосистемами. Выявлена локальная, но контрастная аномалия Hg в тканях постагрогенной древесной растительности, где содержание ртути превышает фоновые уровни в 20-200 раз. Отмечено, что постагрогенные экосистемы обладают сниженной резистентностью к антропогенному химическому загрязнению и высокой вероятностью срыва адаптационных механизмов. Индикаторными биообъектами при изучении ореолов рассеяния техногенной Hg следует признать древесину, кору и ветви березы — распространенного растительного компонента заброшенных земель

БИОГЕННЫЙ И ПИРОГЕННЫЙ ФАКТОРЫ АККУМУЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РАДИОНУКЛИДОВ В ТОРФЯНИКАХ ЦЕНТРА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ РАВНИНЫ

The article deals with the evaluation of the contribution of peat deposition (a natural process causing long-term removal of toxic elements from the migration streams) to the natural capability of the Meshchera lowland landscapes to act as the buffer with respect to the anthropogenic input of heavy metals (HM). It was found that even despite the prevalence of peat soil, it plays a minor role in the heavy metal assimilation capacity of the landscapes, compared to the accumulation of heavy metals by wood and bark, which is 5 to 9 times higher, and to the involvement of heavy metals in the recyclic flows, which is 70 to 150 times higher. In the conditions of the low trophic level of sandy substrates in Meshchera, the mobile forms of heavy metals are extensively involved in the biogenic migration, and peat accumulates them residually, in small amounts. The highest probability of accumulation in peat is typical of slow-moving toxic agents (Pb), while the lowest one is typical of highly mobile biophiles (Zn). The main factors of the vertical distribution of heavy metals in peat strata are their accumulation in the boundary layers, i.e. pyrogenic and tree-stump horizons (2010, the Early Subatlantic, the Subboreal, and more ancient ones), including that in the course of vertical water migration. All of the above factors significantly impede the use of peat deposits in the Polesye-type landscapes as the natural site for studying aerial technogenic pollution. Fires in forest and peat areas release up to 43% of radiocesium deposited in peat into the atmosphere along with the combustion gases, while natural radionuclides remain relatively stable.El artículo trata sobre la evaluación de la contribución de la deposición de turba (un proceso natural que causa la remoción a largo plazo de elementos tóxicos de las corrientes migratorias) a la capacidad natural de los paisajes de las tierras bajas de Meshchera para actuar como amortiguador con respecto a la contribución antropogénica de Metales pesados (HM). Se encontró que incluso a pesar de la prevalencia del suelo de turba, desempeña un papel menor en la capacidad de asimilación de los metales pesados de los paisajes, en comparación con la acumulación de metales pesados por la madera y la corteza, que es de 5 a 9 veces mayor, y para la participación de metales pesados en los flujos de reciclaje, que es de 70 a 150 veces mayor. En las condiciones del bajo nivel trófico de sustratos arenosos en Meshchera, las formas móviles de los metales pesados están ampliamente involucradas en la migración biogénica, y la turba las acumula de forma residual, en pequeñas cantidades. La mayor probabilidad de acumulación en turba es típica de los agentes tóxicos de movimiento lento (Pb), mientras que la más baja es típica de biófilos altamente móviles (Zn). Los principales factores de la distribución vertical de los metales pesados en los estratos de turba son su acumulación en las capas límite, es decir, los horizontes pirogénicos y de tocón de árbol (2010, el Subatlántico Temprano, el Subboreal y los más antiguos), incluso en el curso de Migración vertical de agua. Todos los factores anteriores impiden significativamente el uso de depósitos de turba en los paisajes de tipo Polesye como el sitio natural para estudiar la contaminación tecnogénica aérea. Los incendios en áreas de bosques y turba liberan hasta el 43% del radiocesio depositado en turba en la atmósfera junto con los gases de combustión, mientras que los radionúclidos naturales permanecen relativamente estables.Статья посвящена оценке вклада торфяных аккумуляций (природного процесса, обеспечивающего удаление токсичных элементов из миграционных потоков на длительное время) в естественный ассимиляционный потенциал ландшафтов Мещерской низменности по отношению к антропогенному поступлению тяжелых металлов (ТМ). Установлено, что даже несмотря на широкое распространения болотных ландшафтных комплексов в Мещере, торфяные почвы играют незначительную роль в ассимиляции тяжелых металлов по сравнению с накоплением ТМ древесиной и корой (в 5-9 раз выше накопления в ежегодно нарастающем слое торфа) и с вовлечением ТМ в рециркуляционные потоки (в 70-150 раз выше). В условиях низкой трофности песчаных субстратов в Мещере подвижные формы тяжелых металлов активно участвуют в биогенной миграции, а их накопление в торфе идет «по остаточному принципу» и в целом невелико. Наибольшей вероятностью накопления в торфяниках отличаются малоподвижные токсиканты (Pb), наименьшей – подвижные биофилы (Zn). Основные факторы вертикального распределения ТМ в торфяных толщах – накопление на пограничных горизонтах, пирогенных и пнёвых (2010 г., раннесубатлантических, суббореальных и более древних), в том числе в процессе вертикальной водной миграции. Все это существенно осложняет использование торфяников Мещеры в качестве природного планшета при изучении аэротехногенного загрязнения. При лесо-торфяных пожарах в атмосферу с продуктами горения улетучивается до 43% накопленного в торфе радиоцезия при относительно стабильности естественных радионуклидов