Н.О. Крюченко, ГЕОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ПОСТПІРОГЕННИХ ЗМІН ҐРУНТІВ ПОЛІССЯ (НИЗОВА ПОЖЕЖА)

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.43.03.091

УДК 550.4: 614.841.2 (438.42)

ГЕОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ПОСТПІРОГЕННИХ ЗМІН ҐРУНТІВ ПОЛІССЯ (НИЗОВА ПОЖЕЖА)

Н.О. Крюченко, д-р геол. наук, проф., зав. від.

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України

03142, м. Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34

E-mail: nataliya.kryuchenko@gmail.com; orcid: 0000-0001-8774-9089

Е.Я. Жовинський, д-р геол.-мін. наук, чл.-кор. НАН України, проф., гол. наук. співроб.

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України

03142, м. Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34

E-mail: zhovinsky@ukr.net; orcid: 0000-0003-1601-5998

П.С. Папарига, канд. геол. наук, старш. наук. співроб., зав. лабораторією

Карпатський біосферний заповідник Міністерства захисту довкілля та природних ресурсів України

90600, м. Рахів, Україна, вул. Красне Плесо, 77

Е-mail: paparyga.ps@ukr.net; orcid: 0000-0002-4021-0809

Мова: українська

Мінералогічний журнал 2021, 43 (3): 91-103

Анотація: Геохімічні постпірогенні зміни ґрунтів — один із найважливіших факторів визначення стану лісової екосистеми. Уперше за допомогою методу ICP-MS визначено вміст мікроелементів (Hg, As, Ba, Mg, Mn, Мо, Cd, Со, Cr, Cu, Pb, Zn, V, Ni) у постпірогенних дерново-підзолистих ґрунтах під сосновим лісом Житомирського Полісся (Україна). Дослідження ґрунтується на порівнянні вмісту мікроелементів у дерново-підзолистих ґрунтах фонової території та вигорілих площ (низова пожежа 2019 р.). Проведено аналіз вмісту мікроелементів у ґрунтовому профілі горілої та фонової ділянок до глибини 10 см (через 1 см) та встановлено межу — 3—5 см (гумусово-елювіальний горизонт), після якої можна фіксувати накопичення чи розсіювання елементів після пожежі на поверхні. Шляхом розрахунку коефіцієнта відсоткової зміни (відносно фонових ґрунтів) встановлено інтенсивне накопичення (більше 20 %) елементів у постпірогенних ґрунтах — Cu, Ni, Co, V і помірне накопичення (до 10 %) — Pb, Mo, Mg, Ba, Cr та інтенсивне розсіювання — Hg, As, Cd, Zn, Mn. Визначено підвищення рН постпірогенних ґрунтів (від 4,2 до 7,5), побудовано просторові картосхеми, завдяки цьому виявлено напрямок пожежі — з південного сходу на північний захід. Змодельована (програма PHREEQC) зміна вмісту іонних форм металів (Cu, Pb, Zn, Mn) у ґрунтовому розчині за різних значень рН (від 4 до 8 з кроком 0,2) та виявлено поточну тенденцію: Pb — лінійна залежність, Cu, Zn, Mn — поліномінальна. Розраховано межі рН, де наявні вільні форми металів, які надходять до рослин: Pb 3,9—8,2; Zn 5,5—7,5; Cu 5—8,2; Mn 5—11,5. Виявлено післяпожежну трансформацію ґрунтів, що виражено у збільшенні рН (до пожежі — 4,2—4,8; після пожежі — 6,5—7,2; через рік після пожежі — 4,5—5,5). Отримані результати підтвердили необхідність геохімічного моніторингу постпірогенних ґрунтів щодо відновлення екосистеми та рослинного біорізноманіття.

Ключові слова: низова пожежа, ґрунти, мікроелементи, накопичення, розсіювання, моделювання.

Література:

  1. Атлас почв Украинской ССР. Под ред. Н.К. Крупского, Н.И. Полупана, В.П. Кузьмичева. Киев: Урожай, 1979. 160 с.
  2. Барбарич А.I. Флора і рослинність Полісся Української РСР. Нариси про природу і сільське господарство Українського Полісся. Київ: Київ. держ. ун-т, 1955. 531 с.
  3. Бухарев В.П. Геологическая карта СССР. М-б 1 : 200 000. Серия Центральноукраинская. Лист M-35-X. Киев: Киевск. геологоразв. трест, 1961.
  4. Буц Ю.В. Динаміка ландшафтних пожеж в Україні та еколого-економічні наслідки їх виникнення. Вісн. Одеського нац. ун-ту. Сер. географ. та геолог. науки. 2013. 18, Вип. 2. С. 111—117.
  5. Буц Ю.В. Про математичне моделювання пожеж в природних екосистемах. Людина та довкілля. Проблеми неоекології. 2012. № 3—4. С. 17—22.
  6. Ведмідь М.М., Распопіна С.П., Зборовська О.В. Лісорослинний потенціал дерново-підзолистих ґрунтів у зоні Східного та Центрального Полісся. Наук. вісн. Нац. ун-ту біоресурсів і природокористування України. Сер. Лісівництво та декоративне садівництво. 2013. Вип. 187, Ч. 3. С. 176—184.
  7. Ворон В.П., Ткач О.М., Сидоренко С.Г. Особливості пошкодження пожежами лісів Полісся. Наук. пр. Лісівничої академії наук України. 2016. Вип. 14. С. 38—44.
  8. Глинка Н.Л. Общая химия. В 2 т. Москва: Изд-во Юрайт, 2018. Т. 1. 353 с. 
  9. Григорян С.В., Кузин М.Ф., Соловов А.П. Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений. Москва: Недра, 1983. 191 с.
  10. Гришин A.M. Математические модели лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1997. 408 с.
  11. Гынинова А.Б., Сымпилова Д.П. Изменение свойств дерново-лесных почв под влиянием пожаров. Почвы Сибири, их использование и охрана. 1999. С. 120—124.
  12. Кількість лісових пожеж за рік зросла втричі — ДСНС. Слово і діло. Аналітичний портал. 1 серпня 2020 р. URL: https://www.slovoidilo.ua/2020/08/01/novyna/suspilstvo/kilkist-lisovyx-pozhezh-rik-zrosla-vtrychi-dsns (дата звернення: 12.05.2021).
  13. Крюченко Н.О., Жовинський Е.Я., Папарига П.С. Геохімія ґрунтів Долини нарцисів та урочища Співакове (Закарпаття). Мінерал. журн. 2019. 41, № 4. С. 50—60. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.41.04.050
  14. Маринич О.М. Полісся. Географічна енциклопедія України. Київ: Вид-во "Укр. енциклопедія ім. М.П. Бажана", 1993. Т. 3. 480 с.
  15. Поротов Г.С. Математические методы моделирования в геологии. Санкт-Петербург: С.-Петербург. гос. горный ин-т, 2006. 223 с.
  16. Розенцвет О.А., Федосеева Е.В., Терехова В.А. Липидные биомаркеры в экологической оценке почвенной биоты: анализ жирных кислот. Успехи соврем. биологии. 2019. 139, № 2. С. 1—17. https://doi.org/10.1134/S0042132419020078
  17. Санников С.Н. Лесные пожары как фактор преобразования структуры, возобновления и эволюции биогеоценозов. Экология. 1981. № 6. С. 23—33.
  18. Санников С.Н. Экологические катастрофы и микроэволюция популяций. Эко-потенциал. 2014. № 2 (6). С. 42—54.
  19. Температуры плавления и кипения чистых химических элементов при атмосферном давлении. Химический портал. URL: http://www.himikatus.ru/art/melt_boil_el/melt_boil.php (дата звернення: 12.05.2021).
  20. Almendros G., González-Vila F.J., Martín F., Fründ R., Lüdemann H.-D. Solid state NMR studies of fire-induced changes in the structure of humic substances. Science of the Total Environment. 1992. 117—118. Р. 63—74. https://doi.org/10.1016/0048-9697(92)90073-2
  21. DeBano L.F. The role of fire and soil heating on water repellency in wildland environments: a review. J. of Hydrology. 2000. 231—232. Connecticut, USA. P. 195—206. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(00)00194-3
  22. Giovannini G., Lucchesi S. Modifications induced in soil physico-chemical parameters by experimental fires at different intensities. Soil Science. 1997. 162. P. 479—486. https://doi.org/10.1097/00010694-199707000-00003
  23. Gonzalez-Perez J.A., Gonzalez-Vila F.J., Almendros G., Knicker H. The effect of fire on soil organic matter — a review. Environment Int. 2004. 30. P. 855—870. https://doi.org/10.1016/j.envint.2004.02.003
  24. Macadam A.M. Effects of broadcast slash burning on fuels and soil chemical properties in the sub-boreal spruce zone of central British Columbia. Canad. J. of Forest Research. 1987. 17. P. 1577—1584. https://doi.org/10.1139/x87-242
  25. Miltner A., Zech W. Effects of minerals on the transformation of organic matter during simulated fire-induced pyrolysis. Organic Geochem. 1997. 26. P. 175—182. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(97)00002-8
  26. Parkhurst D.L., Appelo C.A.J. Description of Input and Examples for PHREEQC Version 3-A Computer Program for Speciation, Batch-Reaction, One-Dimensional Transport and Inverse Geochemical Calculations. Denver:US Geological Survey Techniques and Methods. 2013. Book 6, Chapter A43, 497 p.
  27. Pereira P., Cerdà A., Úbeda X., Mataix-Solera J., Martin D., Jordàn A., Burguet M. Spatial models for monitoring the spatiotemporal evolution of ashes after fire — a case study of a burnt grassland in Lithuania. Solid Earth. 2013. 4 (1). Р. 153—165. https://doi.org/10.5194/se-4-153-2013
  28. Pereira P., Úbeda X., Martin D.A. Fire severity effects on ash chemical composition and water-extractable elements. Geoderma. 2012. 191. P. 105—114. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2012.02.005
  29. Chandler C., Cheney P., Thomas P., Trabaud L., Williams D. Fire in forestry. Vol. 1. Forest fire behavior and effects. New York: John Wiley & Sons, 1983. 450 р.
  30. Tinoco P., Almendros G., Sanz J., Gonzalez-Vazquez R., Gonzalez-Vila F.J. Molecular descriptors of the effect of fire on soils under pine forest in two continental Mediterranean soils. Organic Geochem. 2006. 37 (12). P. 1995—2018. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2006.08.007
  31. Ulery A.L., Graham R.C., Amrhein C. Wood-ash composition and soil pH following intense burning. Soil Science. 1993. 156. P. 358—364. https://doi.org/10.1097/00010694-199311000-00008
  32. Woods S.W., Balfour V.N. The effects of soil texture and ash thickness on the post-fire hydrological response from ash-covered soils. J. Hydrology. 2010. 393. P. 274—286. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.08.025

PDF

Ukrainian