Фотохимическая трансформация растворенного органического вещества и поведение металлов в водах болотных ландшафтов южной тайги Западной Сибири - Раудина, Татьяна Валериевна; Смирнов, Сергей Васильевич канд. физ.-мат. наук; Истигечев, Георгий Игоревич; Покровский, Олег Сергеевич (Известия Томского политехнического университета. Инжиринг георесурсов)
Актуальность. Растворенное органическое вещество является одним из крупнейших биологически доступных источников углерода в наземных и водных экосистемах, а его динамика имеет решающее значение для локального и глобального циклов углерода. Деструкция органических веществ в ходе миграции определяет биологический круговорот элементов и их устойчивость. Важными процессами, которые приводят к преобразованию или удалению растворенного органического вещества являются био- и фотодеструкция. К настоящему моменту проведено достаточно исследований по изучению состава гумусовых веществ, форм металлов, процессов миграции органо-минеральных соединений в природных водах таежной зоны Западной Сибири, ведутся работы по изучению биодоступности растворенного органического углерода, однако механизмы его фотохимических превращений в разные сезоны года не изучены. При этом фотохимическая минерализация растворенных органических соединений в значительной степени регулирует биогеохимические циклы элементов путем изменения их биологической доступности, интенсивности эмиссии углекислоты с поверхностных вод в атмосферу, а также удаления растворенных микроэлементов посредством осаждения и коагуляции. Цель: изучить влияние процесса фотодеструкции на качественный и количественный состав растворенных органических веществ и поведение металлов в пробах воды болотных ландшафтов таежной зоны Западной Сибири в пространственно-временном масштабе. Объекты: почвенные воды Бакчарского болотного комплекса, расположенного в юго-восточной части Обь-Иртышском междуречье в пределах Васюганской равнины. Образцы воды отобраны из почвенных прикопок (40 40 40 см) в пределах открытой осоково-сфагновой топи, высокого ряма (сосново-сфагново-кустарничковый фитоценоз с высокими соснами) и заболоченного смешанного леса в июне и октябре 2020 г. в предварительно вымытые темные емкости для последующей фильтрации и проведения экспериментальных работ. Методы: температурные, потенциометрические, кондуктометрические измерения и определение содержание растворенного кислорода проведены с использованием WTW Multi 3430. Содержание растворенного органического углерода определяли методом высокотемпературного термического окисления с использованием анализатора Shimadzu TOC-LCPN с погрешностью 2 %. Поглощение измеряли при длине волны до 800 нм с шагом 1 нм с использованием кварцевой 10-мм кюветы на спектрофотометре Cary-50. Макро- и микроэлементный состав определяли с помощью ICP-MS Agilent ce 7500 с In и Re в качестве внутренних стандартов и тремя различными внешними стандартами. В экспериментальном дизайне фотодеградации следовали методологии, заключающейся в воздействии солнечного света на образцы, прошедшие стерильную фильтрацию с размером пор 0,2 мкм, в кварцевых реакторах в открытом бассейне. Результаты. В ходе изученного влияния процесса фотодеструкции на качественный и количественный состав растворенных органических веществ и поведение металлов в пробах воды болотных ландшафтов таежной зоны Западной Сибири выявлены значимые различия (р<0,05) рассматриваемых параметров в пространственно-временном масштабе. Установлено, что от 3 до 30 % РОУ может быть удалено из почвенной воды под воздействием солнечного света с максимальными значениями в начале июня. При этом осенью, несмотря на уменьшение количества солнечного радиации, фоторазлагаемый растворенный органический углерод также может достигать 10-12 %. В целом происходит уменьшение процента потери растворенного органического углерода в водах в ряду топь>рям>лес. Удаление РОУ может быть связано как с переходом части в неорганическую форму, так и с разрушением высокомолекулярных органических веществ. Отмечается значительное изменение оптических параметров, что согласуется с поведением растворенного органического вещества во время фотолиза. Помимо этого, под воздействием инсоляции происходит трансформация органо-минеральных соединений, что приводит к изменению форм металлов. Наибольшие потери относительно контроля наблюдались для редкоземельных элементов (Y, La, Ce, Pr, Nd), а также Ti, V, которые в отдельных случаях достигают 70 % (значительнее в водах топи). Данные микроэлементы показывают схожее поведение с растворенным органическим углеродом, Al и Fe, что подтверждает важность органических и органо-Fe-Al-коллоидов, определяющих поведение большинства элементов в кислых водах с высоким содержанием органического вещества.