Сравнение состава почвенных вод мерзлых болот Западной Сибири, полученных различными методами

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2016; : 26-42

Сравнение состава почвенных вод мерзлых болот Западной Сибири, полученных различными методами

Раудина Т. В., Лойко С. В., Крицков И. В., Лим А. Г.

https://doi.org/10.17223/19988591/35/2

Аннотация

Свойства и состав почвенных вод могут значительно различаться в зависимости от способа выделения и места пробоотбора. В ходе проведенных исследований рассмотрены и сравнены попарно методы отбора почвенных вод (самоизливание - вакуумная фильтрация, прессование - вакуумная фильтрация) на ключевых участках «Тазовский», «Ханымей». Определив некоторые показатели (рН, электропроводность, РОУ, НРОУ, SO^2-, Cl^-, Na, Mg, Са, K, Fe, Al в почвенных водах, отобранных различными методами), отмечена значимая разница, в отдельных случаях связанная с глубиной отбора пробы и положением почвы в болотном ландшафте. Установлено, что для верховодок характерны более высокие значения параметров по сравнению с вакуумированными растворами. Так, число значимо различающихся превышений параметра в верховодке над вакуумным фильтратом равно 22, обратных случаев зафиксировано 8. При сравнении средних концентраций растворов, отобранных прессованием и вакуумной фильтрацией, отмечаются различия в 61% случаев (в 44 парах из 72 полученные значения с использованием свечей больше). Верховодка и вакуумированные воды различаются с фактором 1,5, а отпрессованные с вакуумированными - с фактором 1,6. Это может быть связано с различным соотношением почвенной влаги, извлекаемой различными методами. Вакуумная фильтрация - наименее нарушающий метод изучения жидкой фазы, однако при большом объёме работ имеет ограниченное применение, уступая отбору самоизливающихся вод. Закономерности неоднородности состава почвенных вод как внутри ключевых участков, так и между ними фиксируются и совпадают по результатам всех перечисленных методов, что позволяет использовать их вместе.

Список литературы

1. Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Аветов Н.А., Березина Н.А., Инишева Л.И., Курнишкова Т.В., Слука З.А., Толпышева Т.Ю., Шведчикова Н.К. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула : Гриф и Ко, 2001. 584 с.

2. Zakharova E.A., KouraevA.V., Remy F., Zemtsov V.A., Kirpotin S.N. Seasonal variability of the Western Siberia wetlands from satellite radar altimetry // Journal of Hydrology. 2014. № 512. P. 366-378.

3. Новиков С.М. Гидрология заболоченных территорий зоны многолетней мерзлоты Западной Сибири. СПб. : Изд-во ВВМ, 2009. 549 с.

4. Friborg T., SoegaardH., Christensen T.R., LloydC.R., PanikovN.S. Siberian wetland: Where a sink is a source // Geophysical Research Letters. 2003. Vol. 30, № 21. P. 2129-2132.

5. Болота Западной Сибири: их роль в биосфере / под ред. А.А. Земцова, В.А. Земцова, Л.И. Инишевой, А.В. Мезенцева. Томск, 2000. 72 с.

6. Kirpotin S.N., Berezin A.E., Bazanov V.A., Polishchuk Yu.M., Vorobiov S.N., Mironycheva- Tokoreva N., Kosykh N., Volkova I.I., Dupre B., Pokrovsky O.S., Kouraev A., Zakharova E., Shirokova L., Mognard N., Biancamaria S., Viers J., Kolmakova M. Western Siberia wetlands as indicator and regulator of climate change on the global scale // Int. J. Environ. Studies. 2009. Vol. 66, № 4. P. 409-421.

7. Smith L.C., Beilman D.W., Kremenetski K.V., Sheng Y., MacDonald G.M., Lammers R.B., Shiklomanov A.I., Lapshina E.D. Influence of permafrost on water storage in West Siberian peatlands revealed from a new database of soil properties // Permafrost Periglac. Process. 2012. Vol. 23, № 1. P. 69-79.

8. Amon R.M.W.,MeonB. The biogeochemistry of dissolved organic matter and nutrients in two large Arctic estuaries and potential implications for our understanding of the Arctic Ocean system // Marine Chemistry. 2004. Vol. 92. P. 311-330.

9. Суханова И.Н., Флинт М.В., Сергеева В.М., Кременецкий В.В. Фитопланктон югозападной части Карского моря // Океанология. 2011. T. 51, № 6. С. 1039-1053.

10. Frey K.E., McClelland J.W. Impacts of permafrost degradation on Arctic river biogeochemistry // Hydrol. Process. 2009. Vol. 23. P. 169-182.

11. Prowse T.D., Wrona F.J., ReistJ.D., Gibson J.J., Hobbie J.E., Levesque L.M.J., WarwickF.V. Climate change effects on hydroecology of Arctic freshwater ecosystems // Ambio. 2006. Vol. 35, № 7. P. 347-358.

12. КабановМ.В. Некоторые закономерности климатических и экосистемных изменений в Сибири // Журнал Сиб. федерального ун-та. Биология. 2008. Т. 1, № 4. С. 312-322.

13. Anisimov O., Kokorev V., Zhil'tsova Y. Temporal and spatial patterns of modern climatic warming: Case study of Northern Eurasia // Climatic Change. 2013. Т. 118, № 3-4. P. 871883.

14. Шерстюков А.Б. Изменения климата и их последствия в зоне многолетней мерзлоты России. Обнинск : ГУ ВНИИГМИ-МЦД, 2009. 127 с.

15. Callaghan T.V., Bergholm F., Christensen T.R., Jonasson C., Kokfelt U., Johansson M. A new climate era in the sub-Arctic: Accelerating climate changes and multiple impacts // Geophys. Res. Lett. 2010. Vol. 37, № 14. P. 1-6.

16. Инишева Л.И., Земцов А.А., Лисс О.Л., Новиков С.М., Инишев Н.Г. Васюганское болото: природные условия, структура и функционирование. Томск : ЦНТИ, 2000. 136 с.

17. Шварцев С.Л., Рассказов НМ., Сидоренко Т.Н., Здвижков МА. Геохимия природных вод района Большого Васюганского болота // Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития. Томск : Ин-т оптики и атмосферы, 2002. С. 139-149.

18. Инишева Л.И., Инишев Н.Г. Водная миграция химических элементов в системе геохимически сопряженных олиготрофных ландшафтов с потоком поверхностно-болотных вод // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия. Томск : Изд-во НТЛ, 2000. С. 204-208.

19. Савичев О.Г. Геохимические показатели болотных вод в таежной зоне Западной Сибири // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2015. № 4. С. 47-57.

20. Рассказов Н.М. Основные особенности химического состава болотных вод (на примере юго-востока Западной Сибири) // Известия ТПУ. 2005. Т. 308, № 4. С. 55-58.

21. Лепокурова О.Е., Шварцев С.Л., Зятева О.Ф. Химический состав некоторых органогенных типов подземных вод западной части Томской области // Гидрогеохимия осадочных бассейнов. Томск : Изд-во НТЛ, 2007. С. 270-275.

22. Савичев О.Г. Химический состав болотных вод на территории Томской области (Западная Сибирь) и их взаимодействие с минеральными и органо-минеральными соединениями // Известия ТПУ. 2009. Т. 314, № 1. С. 72-77.

23. Shvartsev S.L., Serebrennikova O.V., Zdvizhkov M.A. et al. Geochemistry of wetland waters from the lower Tom basin, Southern Tomsk oblast // Geochemistry Int. 2012. Vol. 50, № 4. P. 367-380.

24. Naymushina O.S., Shvartsev S.L., Ses K.V. Hydrochemistry and Composition of Hydrocarbons in the Waters of Peatlands in Western Siberia // IERI Procedia. 2014. Vol. 8. P. 119-124.

25. Jones P.D., Moberg A. Hemispheric and Large-Scale Surface Air Temperature Variations: An Extensive Revision and an Update // Journal of Climate. 2003. Vol. 16, № 2. P. 206-223.

26. Melnikov V.P., Drozdov D.S. Distribution of Permafrost in Russia // Advances in the Geological Storage of Carbon Dioxide. NATO Science Series IV. 2006. Vol. 65. P. 69-80.

27. Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Звягинцев Д.Г., Инишева Л.И., Краков А.В., Смагин А.В., Зенова Г.М. и др. Функционирование микробных комплексов верховных торфяников - анализ причин медленной деструкции торфа. М. : Товарищество научных изданий КМК, 2013. 131 с.

28. Романова Е.А. Типологическая карта болот Западно-Сибирской равнины. М. 1:2 500 000. М. : ГУГК, 1977. 1 л.

29. Романова Е.А. Растительность болот // Растительный покров Западно-Сибирской равнины. Новосибирск : Наука, 1985. С. 138-160.

30. Ершов Э.Д. Геокриология СССР. Западная Сибирь. М. : Недра, 1989. 454 с.

31. Pokrovsky O.S., Manasypov R.M., Loiko S.V., Shirokova L.S., Krickov I.A., Pokrovsky B.G., Kolesnichenko L.G., Kopysov S.G., Zemtzov V.A., Kulizhsky S.P., Vorobyev S.N., Kirpotin S.N. Permafrost coverage, watershed area and season control of dissolved carbon and major elements in western Siberian rivers // Biogeosciences. 2015. № 12. P. 6301-6320.

32. Manasypov R.M., Vorobyev S.N., Loiko S.V., Kritzkov I.V., Shirokova L.S., Shevchenko V.P., Kirpotin S.N., Kulizhsky S.P., Kolesnichenko L.G., Zemtzov V.A., Sinkinov V.V., Pokrovsky O.S. Seasonal dynamics of organic carbon and metals in thermokarst lakes from the discontinuous permafrost zone of western Siberia // Biogeosciences. 2015. № 12. P. 3009-3028.

33. Яшин И.М. Методология и опыт изучения миграции веществ. М. : Изд-во МСХА, 2001. 173 с.

34. Караванова Е.И., Малинина М.С. Пространственная и временная вариабельность элементного состава почвенных растворов торфянисто-подзолистых глееватых почв // Почвоведение. 2007. № 8. С. 927-936.

35. Пристова Т.А., Забоева И.В. Химический состав атмосферных осадков и лизиметрических вод подзола иллювиально-железистого под хвойно-лиственными насаждениями (Республика Коми) // Почвоведение. 2007. № 12. С. 1472-1481.

36. Малинина М.С., Караванова Е.И., Белянина Л.А., Иванилова C.B. Сравнение состава водных вытяжек и почвенных растворов торфянисто-подзолистых глееватых почв Центрального лесного государственного биосферного заповедника // Почвоведение. 2007. № 4. С. 428-437.

37. Bonito D.M. Trace Elements in Soil Pore Water: A Comparison of Sampling Methods : Thesis of PhD. England, University of Nottingham, 2005. 298 p.

38. Geibe C.E., Danielsson R., HeesP., Lundstrom U.S. Comparison of soil solution chemistry sampled by centrifugation, two types of suction lysimeters and zero-tension lysimeters // Appl. Geochem. 2006. № 21. P. 2096-2111.

39. Schlotter D., Schack-Kirchner H., Hildebrand E.E., Wilpert K. Equivalence or complementarity of soil-solution extraction methods // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2012. № 175. Р. 236-244.

40. Шамрикова Е.В., Каверин Д.А., ПастуховА.В., ЛаптеваЕ.М., Кубик О.С., ПунеговВ.В. Водорастворимые органические кислоты торфяных мерзлотных почв юго-востока Большеземельской тундры // Почвоведение. 2015. № 3. С. 288-295.

41. Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Manasypov R.M., Kirpotin S.N., Kulizhsky S.P., Kolesnichenko L.G., Loiko S.V., Vorobyev S.N. Thermokarst lakes of Western Siberia: a complex biogeochemical multidisciplinary approach // International Journal of Environmental Studies. 2014. № 5. P. 733-748.

42. Manasypov R.M., Pokrovsky O.S., Kirpotin S.N., Shirokova L.S. Thermokarst lake waters across the permafrost zones of western Siberia // The Cryosphere. 2014. № 8. P. 1177-1193.

43. Driscoll C.T., Vanbreemen N., Mulder J. Aluminum chemistry in a foresed spodosol // Soil Science Society of America Journal. 1985. Vol. 49. P. 437-444.

Tomsk State University Journal of Biology. 2016; : 26-42

Comparing the composition of soil waters of West Siberian frozen mires sampled by different methods

Raudina T. V., Loyko S. V., Krickov I. V., Lim A. G.

https://doi.org/10.17223/19988591/35/2

Abstract

The permafrost zone occupies around 30% of the West Siberian Plain. Permafrost bogs are the dominant type there and differ in structure and hydro-thermal regime from bogs of the "melted" area. A link between substance flows in rivers and processes occurring in interfluvial landscapes are soil waters providing transportation of hydrocarbon and other chemical elements into the river network. Evidently, under conditions of climate change the hydrochemistry of soil waters will act as a sensitive indicator of environment changes. It's known that the chemical properties of soil waters can vary depending on the chosen sampling method. The main aim of this research was to compare the native methods of sampling and then select the most optimal for the conditions of frozen bogs. The comparison was made using the materials obtained from peat oligotrophic permafrost soils in 2014-2015. We extracted all bog water samples on polygonal bogs in the southern tundra (key site "Tazovskiy"; 67°22'N, 78°39'E) and palsa bogs in the northern taiga (key site "Khanymey"; 63°47'N, 75°38'E). Samples were taken in three ways: 1) pressing of peat samples (titanium press); 2) vacuum filtration (porous ceramic cups, SDEC); 3) extraction of superpermafrost water. We considered methods of soil water sampling in pairs (superpermafrost water - water after vacuum filtration; water after pressing - water after vacuum filtration) and then we determined some parameters (рН, conductivity, DOC, DIC, SO₄¹, Cl^-, Na, Mg, Са, K, Fe, Al). Superpermafrost water is characterized by higher values of parameters in comparison with water after vacuum filtration (in 22 cases against 8). At the site "Tazovskiy" DOC content ranges from 42 mg/L in hollows to 97 mg/L at the polygon and 1.5 times more in superpermafrost water. There are no major differences for the key site "Khanymey" (z = -0.927; p = 0.354). The pH values do not depend on the landscape position in soil solution and are at 0.2-0.7 units higher than in superpermafrost water. The electrical conductivity of superpermafrost water is higher in all cases, especially on polygonal bog. The choice of extraction method has no effect on values of Ca and Mg on polygons and mounds. In hollows, different methods give the difference in Ca concentrations more than 1.5 times. Fe, Al, Na and K contents in superpermafrost water is generally higher than in soil solutions. These results show that values depend on the method and the position in the bog micro landscape; however, we did not identify any obvious differences between the methods. The second pair of methods (pressing - vacuum filtration) provides information about combined forms of the soil moisture and allows selecting the soil solution at a predetermined depth. The highest values of almost all parameters are found in soil solutions, selected by ceramic cups, regardless of the relief position and sampling depth, except for Fe, Al, K, Na. As for DOC, Ca, Mg, the difference at concentrations are observed both between methods and with the depth of soil profile in hollows and at the polygon. The comparison of means showed that statistically significant differences between the two studied and described above methods are observed in 61% of cases (in 44 of 72 pairs). The results show that for a correct interpretation of the data and comparison of the results from different research groups, the method of sampling peat soil water should be taken into account. Using vacuum filtration method is possible to study intraprofile heterogeneity. The superpermafrost water sampling is less expensive and suitable for studying the spatial variability of hydro-chemical properties.

References

1. Liss O.L., Abramova L.I., Avetov N.A., Berezina N.A., Inisheva L.I., Kurnishkova T.V., Sluka Z.A., Tolpysheva T.Yu., Shvedchikova N.K. Bolotnye sistemy Zapadnoi Sibiri i ikh prirodookhrannoe znachenie. Tula : Grif i Ko, 2001. 584 s.

3. Novikov S.M. Gidrologiya zabolochennykh territorii zony mnogoletnei merzloty Zapadnoi Sibiri. SPb. : Izd-vo VVM, 2009. 549 s.

4. Friborg T., SoegaardH., Christensen T.R., LloydC.R., PanikovN.S. Siberian wetland: Where a sink is a source // Geophysical Research Letters. 2003. Vol. 30, № 21. P. 2129-2132.

5. Bolota Zapadnoi Sibiri: ikh rol' v biosfere / pod red. A.A. Zemtsova, V.A. Zemtsova, L.I. Inishevoi, A.V. Mezentseva. Tomsk, 2000. 72 s.

9. Sukhanova I.N., Flint M.V., Sergeeva V.M., Kremenetskii V.V. Fitoplankton yugozapadnoi chasti Karskogo morya // Okeanologiya. 2011. T. 51, № 6. S. 1039-1053.

10. Frey K.E., McClelland J.W. Impacts of permafrost degradation on Arctic river biogeochemistry // Hydrol. Process. 2009. Vol. 23. P. 169-182.

12. KabanovM.V. Nekotorye zakonomernosti klimaticheskikh i ekosistemnykh izmenenii v Sibiri // Zhurnal Sib. federal'nogo un-ta. Biologiya. 2008. T. 1, № 4. S. 312-322.

13. Anisimov O., Kokorev V., Zhil'tsova Y. Temporal and spatial patterns of modern climatic warming: Case study of Northern Eurasia // Climatic Change. 2013. T. 118, № 3-4. P. 871883.

14. Sherstyukov A.B. Izmeneniya klimata i ikh posledstviya v zone mnogoletnei merzloty Rossii. Obninsk : GU VNIIGMI-MTsD, 2009. 127 s.

16. Inisheva L.I., Zemtsov A.A., Liss O.L., Novikov S.M., Inishev N.G. Vasyuganskoe boloto: prirodnye usloviya, struktura i funktsionirovanie. Tomsk : TsNTI, 2000. 136 s.

17. Shvartsev S.L., Rasskazov NM., Sidorenko T.N., Zdvizhkov MA. Geokhimiya prirodnykh vod raiona Bol'shogo Vasyuganskogo bolota // Bol'shoe Vasyuganskoe boloto. Sovremennoe sostoyanie i protsessy razvitiya. Tomsk : In-t optiki i atmosfery, 2002. S. 139-149.

18. Inisheva L.I., Inishev N.G. Vodnaya migratsiya khimicheskikh elementov v sisteme geokhimicheski sopryazhennykh oligotrofnykh landshaftov s potokom poverkhnostno-bolotnykh vod // Fundamental'nye problemy vody i vodnykh resursov na rubezhe tret'ego tysyacheletiya. Tomsk : Izd-vo NTL, 2000. S. 204-208.

19. Savichev O.G. Geokhimicheskie pokazateli bolotnykh vod v taezhnoi zone Zapadnoi Sibiri // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya geograficheskaya. 2015. № 4. S. 47-57.

20. Rasskazov N.M. Osnovnye osobennosti khimicheskogo sostava bolotnykh vod (na primere yugo-vostoka Zapadnoi Sibiri) // Izvestiya TPU. 2005. T. 308, № 4. S. 55-58.

21. Lepokurova O.E., Shvartsev S.L., Zyateva O.F. Khimicheskii sostav nekotorykh organogennykh tipov podzemnykh vod zapadnoi chasti Tomskoi oblasti // Gidrogeokhimiya osadochnykh basseinov. Tomsk : Izd-vo NTL, 2007. S. 270-275.

22. Savichev O.G. Khimicheskii sostav bolotnykh vod na territorii Tomskoi oblasti (Zapadnaya Sibir') i ikh vzaimodeistvie s mineral'nymi i organo-mineral'nymi soedineniyami // Izvestiya TPU. 2009. T. 314, № 1. S. 72-77.

23. Shvartsev S.L., Serebrennikova O.V., Zdvizhkov M.A. et al. Geochemistry of wetland waters from the lower Tom basin, Southern Tomsk oblast // Geochemistry Int. 2012. Vol. 50, № 4. P. 367-380.

24. Naymushina O.S., Shvartsev S.L., Ses K.V. Hydrochemistry and Composition of Hydrocarbons in the Waters of Peatlands in Western Siberia // IERI Procedia. 2014. Vol. 8. P. 119-124.

25. Jones P.D., Moberg A. Hemispheric and Large-Scale Surface Air Temperature Variations: An Extensive Revision and an Update // Journal of Climate. 2003. Vol. 16, № 2. P. 206-223.

26. Melnikov V.P., Drozdov D.S. Distribution of Permafrost in Russia // Advances in the Geological Storage of Carbon Dioxide. NATO Science Series IV. 2006. Vol. 65. P. 69-80.

27. Dobrovol'skaya T.G., Golovchenko A.V., Zvyagintsev D.G., Inisheva L.I., Krakov A.V., Smagin A.V., Zenova G.M. i dr. Funktsionirovanie mikrobnykh kompleksov verkhovnykh torfyanikov - analiz prichin medlennoi destruktsii torfa. M. : Tovarishchestvo nauchnykh izdanii KMK, 2013. 131 s.

28. Romanova E.A. Tipologicheskaya karta bolot Zapadno-Sibirskoi ravniny. M. 1:2 500 000. M. : GUGK, 1977. 1 l.

29. Romanova E.A. Rastitel'nost' bolot // Rastitel'nyi pokrov Zapadno-Sibirskoi ravniny. Novosibirsk : Nauka, 1985. S. 138-160.

30. Ershov E.D. Geokriologiya SSSR. Zapadnaya Sibir'. M. : Nedra, 1989. 454 s.

33. Yashin I.M. Metodologiya i opyt izucheniya migratsii veshchestv. M. : Izd-vo MSKhA, 2001. 173 s.

34. Karavanova E.I., Malinina M.S. Prostranstvennaya i vremennaya variabel'nost' elementnogo sostava pochvennykh rastvorov torfyanisto-podzolistykh gleevatykh pochv // Pochvovedenie. 2007. № 8. S. 927-936.

35. Pristova T.A., Zaboeva I.V. Khimicheskii sostav atmosfernykh osadkov i lizimetricheskikh vod podzola illyuvial'no-zhelezistogo pod khvoino-listvennymi nasazhdeniyami (Respublika Komi) // Pochvovedenie. 2007. № 12. S. 1472-1481.

36. Malinina M.S., Karavanova E.I., Belyanina L.A., Ivanilova C.B. Sravnenie sostava vodnykh vytyazhek i pochvennykh rastvorov torfyanisto-podzolistykh gleevatykh pochv Tsentral'nogo lesnogo gosudarstvennogo biosfernogo zapovednika // Pochvovedenie. 2007. № 4. S. 428-437.

37. Bonito D.M. Trace Elements in Soil Pore Water: A Comparison of Sampling Methods : Thesis of PhD. England, University of Nottingham, 2005. 298 p.

39. Schlotter D., Schack-Kirchner H., Hildebrand E.E., Wilpert K. Equivalence or complementarity of soil-solution extraction methods // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2012. № 175. R. 236-244.

40. Shamrikova E.V., Kaverin D.A., PastukhovA.V., LaptevaE.M., Kubik O.S., PunegovV.V. Vodorastvorimye organicheskie kisloty torfyanykh merzlotnykh pochv yugo-vostoka Bol'shezemel'skoi tundry // Pochvovedenie. 2015. № 3. S. 288-295.

42. Manasypov R.M., Pokrovsky O.S., Kirpotin S.N., Shirokova L.S. Thermokarst lake waters across the permafrost zones of western Siberia // The Cryosphere. 2014. № 8. P. 1177-1193.

43. Driscoll C.T., Vanbreemen N., Mulder J. Aluminum chemistry in a foresed spodosol // Soil Science Society of America Journal. 1985. Vol. 49. P. 437-444.

Сравнение состава почвенных вод мерзлых болот Западной Сибири, полученных различными методами

Аннотация

Comparing the composition of soil waters of West Siberian frozen mires sampled by different methods

Abstract

События

EasyCookieInfo