The content and distribution of Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, and Pb in automorphic soils of Polistovsky Reserve.pdf Введение В связи с возрастающими масштабами воздействия человека на почвенный покров все более актуальным становится вопрос охраны почв. Важную роль в этом играют особо охраняемые природные территории (ООПТ). Ис- Содержание и распределение Mn, Fe, Ni, Cu, Zn и Pb следование содержания микроэлементов в различных компонентах ландшафтов ООПТ имеет большое теоретическое и практическое значение. Характеристики почв эталонных участков служат отправной точкой при мониторинге экологического состояния почвенного покрова, разработке мер по охране почв от загрязнения [1-3]. В настоящее время эталонные участки с ненарушенными почвами можно встретить в пределах некоторых ООПТ, например в Полистовском заповеднике (Псковская область). Этот заповедник занимает часть крупнейшей в Европе Полистово-Ловатской системы верховых болот с ненарушенными природными комплексами, имеющими огромное значение для сохранения живой природы. Широко распространенные на ее территории торфяные залежи служат фильтром для атмосферных осадков, которые через водосбор поступают в реку Неву и Финский залив. Основная территория Полистовского заповедника занята верховым болотом с множеством озер и малых речек. Внутри болотных массивов распространены минеральные острова. Они представляют собой хорошо дренированные локальные возвышенности, сложенные послеледниковыми моренными отложениями. Уникальность минеральных островов состоит в том, что на этих изолированных образованиях, под лесами из ели, березы и сосны, реже дуба и липы, формируются не типичные для данной местности автоморфные почвы: бурозём типичный, ржавозём типичный, дерново-буро-подзолистая типичная и серогумусовая остаточно-карбонатная почвы. Известно, что бурозёмы и серогумусовые остаточно-карбонатные почвы - азональные почвы для моренных равнин Северо-Запада России [4-5]. В почвенном покрове исследуемой территории, наряду с дерново-подзолистыми, доминируют дерново-буро-подзолистые почвы. На территории России бурозёмы, дерново-буро-подзолистые и серогумусовые остаточно-карбонатные почвы широко распространены [6]: они формируются под широколиственными и смешанными лесами на элюво-делювии различных по гранулометрическому составу пород. В пределах ООПТ России элементный состав бурозёмов, дерново-карбонатных и других исследуемых почв освещен в работах [7-9]. Автоморфные почвы Полистовского заповедника остаются малоизученными. Их диагностика и определение классификационного положения до настоящего времени не проводились [10-12]. Выявление факторов накопления и распределения химических элементов в различных типах автоморфных почв Полистовского заповедника остается актуальным вопросом, который рассматривается в данной работе. Цель настоящего исследования - выявить особенности накопления и распределения валовых и подвижных соединений Mn, Fe, Ni, Cu, Zn и Pb в различных типах автоморфных почв Полистовского государственного природного заповедника. Данные элементы выбраны по следующим причинам. Mn и Fe являются типоморфными элементами в почвах гумидных ландшафтов [13]. Ni, Cu, Zn представляют собой важнейшие микроэлементы [14], кото- Г.В. Нестерук (Шипкова), Т.М. Минкина, Ю.А. Федоров и др. рые, наряду с Pb, при повышенных концентрациях рассматриваются в качестве опасных загрязняющих веществ почв в практике как российского, так и международного экологического нормирования и мониторинга [15-17]. Материалы и методики исследования Изученные автоморфные почвы сформированы на хорошо дренированных локальных возвышенностях в пределах системы болотных массивов Полистовского заповедника на территории Псковской области. Использованы профильный и генетический методы исследования. Заложено 5 полнопрофильных почвенных разрезов (рис. 1), образцы отобраны из каждого генетического горизонта. Диагностика почв проведена по Классификации почв России [6], международные названия приведены согласно Мировой реферативной базе данных почвенных ресурсов версии 2015 г. [18]. Положение района исследования [Stiul)’ area anangeinent] гшпншын [Profile 1. Eiitiic Севпbisol] Разрез .1. Дерново-оуро-подзолистая [Profile 3. НарИс LnxisoJ] тнптншьш [Profile 2. Eutric Ccniibisol] Рис. 1. Карта-схема района исследования и изученные почвенные разрезы. Автор фото Г.В. Нестерук [Fig. 1. Schematic map of the survey area and photos of the studied soil profiles. Photos by GV Nesteruk] Разрез 5. Сероглъгхсовая остаточно-карбонатная [Profile 5. Renekic Leptosol] Разрез 4. Ржавозём ПППНШЬП! [Piofile4. Riibic Areiiosof] Содержание и распределение Mn, Fe, Ni, Cu, Zn и Pb Разрезы 1 (57°15'16,60"N, 30°38'7,10"E) и 2 (57°15'16,83"N, 30°38'5,92"E) представлены бурозёмами типичными (Eutric Cambisols), расположены на о. Криман в верхней и нижней частях склона соответственно. Почвообразующей породой является моренный суглинок. На склоне распространены дуб, липа, осина, рябина, травяной покров плохо развит, в нижней части появляется багульник болотный. В верхней части склона сформирован маломощный (2 см) лиственный опад, в нижней части - лесная подстил -ка с большей степенью разложения. Разрез 3 (57°2'54,00"N, 30°25'55,50"E), характеризующий дерново-буро-подзолистую типичную почву (Haplic Luvisol), заложен на о. Темный, под ельником кустарниково-травяным (осоки, тростник, ед. Polytrichum). Травяной ярус сильно разрежен, мощность подстилки - 2 см. Почвообразующая порода представлена моренным суглинком. На о. Алексеевский на окраине болотного массива разрез 4 (57°6'07,10''N 30°23'30,80''E) вскрыл ржавозём типичный (Rubic Arenosol) на моренном суглинке с покровным песком под березо-ельником с рябиной в кустарниковом ярусе и хвощом, тростником, брусникой, багульником в травяно-кустарничковом. Лесная подстилка мощностью 3 см состоит из листьев, ветвей и хвои. Разрез 5 серогумусовой остаточно-карбонатной почвы (Rendzic Leptosol) (57°6'55,70" N, 30°26'24,60"E) заложен на о. Чистый под ельником с примесью березы и осины, имеется подрост осины и ели. В кустарниковом ярусе рябина, в травяно-кустарничковом - сныть, костяника, осоки, клевер, земляника и багульник болотный. Подстилка малой мощности и высокой степени разложения. Почвообразующая порода имеет супесчаный состав. Определены следующие свойства почв: гранулометрический состав методом пипетки Качинского при растирании пробы с пирофосфатом натрия [1920], содержание органического углерода - методом бихроматного окисления по И.В. Тюрину, рН солевой и рН водной суспензии - потенциометрическим методом, обменные основания (Ca2++Mg2+) - комплексонометрическим методом, емкость катионного обмена (ЕКО) - аммонийно-ацетатным методом [20-21]. Степень насыщенности почв основаниями (СНО) рассчитана как доля обменных оснований от ЕКО, выраженная в процентах [21]. Валовое содержание Mn, Fe, Ni, Cu, Zn и Pb определено в воздушносухих пробах почв путём рентген-флуоресцентного анализа (РФА) на спектрометре Спектроскан МАКС-GV (Спектрон, Россия). Рассчитан^! кларки концентрации (КК), кларки рассеяния (КР) элементов для выявления геохимической неоднородности исследуемых почв (кларки земной коры приняты по [22]). Подвижные (непрочно связанные) формы Mn, Fe, Ni, Cu, Zn и Pb извлечены из почв с помощью 1 н аммонийно-ацетатного буфера (NH4Ac) с рН 4,8 при соотношении почва: раствор - 1:10 (время экстракции - 18 ч) [23]. Дальнейшее определение осуществлялось атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра NOVAA300 (Analytik Jena, Германия). 10 Г.В. Нестерук (Шипкова), Т.М. Минкина, Ю.А. Федоров и др. Корреляцию между определенными элементами и основными физикохимическими свойствами изученных почв оценивали с помощью рангового коэффициента корреляции Спирмена, рассчитанного с использованием программного пакета StatSoft STATISTICA 10 [24]. Рассматривались статистически значимые значения (p34) 5,78/533,2 2,79/13650 1,02/24,3 0,42/26,5 1,03/26,4 0,30/6,6 Примечание. Перед чертой - содержание подвижн^гх форм, за чертой - валовое содержание. [Note. Before the slash - The content of mobile forms, beyond the slash - The total content of elements]. Согласно рассчитанным значениям КК и КР (табл. 3) во всех исследованных почвах имеется тенденция к накоплению РЬвал и Сивал. В серогумусовой остаточно-карбонатной почве аккумулируется Мпвал, что связано с низкой интенсивностью миграции данного элемента в щелочной среде. В ржаво-зёме типичном накапливается Feвал. Происходит рассеяние Niвал и Znвал в изучаемых почвах, Feвал - в бурозёме типичном, серогумусовой остаточно-кар-бонатной и Mn - в бурозёме типичном. вал Таблица 3 [Table 3] Ряды концентрации и рассеяния элементов в автоморфных почвах Полистовского заповедника [Consequences of elemental concentrations in automorphic soils of Polistovsky Reserve] Почва [Soil] Кларки концентрации (КК) [clarkes of concentration] Кларки рассеяния (КР) [Clarkes of dispersion] Бурозём типичный [Cambisol Eutric] и дерново-буро-подзолистая типичная [Luvisol Haplic] Pb1,0Cu1,0 Zn1.2Fe1.8Mn1.9Ni2.0 Ржавозём типичн^1й [Arenosol Cambic] Pb2,0CU1,5Fe1,1Mn1,1 Zn1,1Ni1,2 Серогумусовая остаточно-кар- Mn Pb Cu Zn Fe Ni бонатная [Leptosol Rendzic] 1,6 1,3 1,2 1,3 1,5 1,6 Подвижные формы Mn, Fe, Ni, Cu, Zn и Pb в почвах. Исследуемые автоморфные почвы характеризуются низким содержанием Cu и Pb и высо-подв подв Содержание и распределение Mn, Fe, Ni, Cu, Zn и Pb 15 ким содержанием Mnnодв (м. табл. 2). В буроземе типичном отмечаются минимальные содержания РЬподв, в ржавозёме типичном - Си_подв. В ржавозёме типичном величины Мпподв возрастают (5,33-58,73 мг/кг). Содержания Сиподв в серогумусовой остаточно-карбонатной выше по сравнению с изученными ржавозёмами и дерново-буро-подзолистыми почвами, что согласуется с данными других исследователей [28]. Содержание Feподв в буроземах типичн^1х выше, чем в ржавозёме типичном и серогумусовой остаточно-карбонатной почве. В целом подвижные формы элементов в почвах формируют ряд по убыванию содержаний: Mn>Fe>Zn>Pb>Ni>Cu. Доля подвижных форм элементов от их валового содержания минимальна для Fe (0,002-0,08%), особенно в серогумусовой остаточно-карбонатной почве (0,003-0,02%); для Mn в среднем составляет 0,3-1,6%, для Ni, Cu, Zn и Pb - возрастает до 0,8-10,7%. Во всех исследуемых почвах наблюдается аккумулятивный тип распределения Мпподв, а именно уменьшение содержания с глубиной (табл. 2). Отмечается элювиально-иллювиальное распределение Feподв в бурозёмах типичных, дерново-буро-подзолистой и серогумусовой остаточно-карбо-натной почвах, выраженное в снижении содержания от горизонтов О и AY к срединным горизонтам с последующим увеличением в почвообразующей породе. В ржавозёме типичном повышенные значения Feподв обнаружены в железисто-метаморфическом горизонте. Во всех почвах распределение (Ni, Си, Zn)подв от равномерного до выноса в нижние горизонты в кислой среде или песчан^1х горизонтах. Содержание РЬподв во всех почвах слабо уменьшается с глубиной. Обсуждение результатов исследования Более высокое валовое содержание рассматриваемых элементов наблюдается в дерново-буро-подзолистой почве, что объясняется особенностями состава почвообразующих пород. Во всех изученных почвах наблюдается положительная корреляция содержания Mn, обменных оснований и органического углерода. Профильная дифференциация содержания элементов наиболее выражена в опесчаненных почвах. Валовое содержание большинства элементов в нижних горизонтах бурозёмов типичных и дерново-буро-подзолистой почве выше по сравнению с верхними горизонтами, что согласуется с изменением гранулометрического состава. При этом повышенное валовое содержание большинства элементов в гор. O наблюдается в ржавозёме типичном. В серогумусовой остаточно-карбонатной почве содержание элементов уменьшается от верхних горизонтов к нижним. Для подвижных форм большинства элементов в исследуемых почвах установлено увеличение их содержания по профилю. Для оценки взаимосвязи между физико-химическими свойствами почв и содержанием элементов рассчитаны коэффициенты ранговой корреляции Спирмена (табл. 4). 16 Г.В. Нестерук (Шипкова), Т.М. Минкина, Ю.А. Федоров и др. Таблица 4 [Table 4] Коэффициенты корреляции Спирмена между содержанием Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb и почвенными свойствами [Spearman's Rank Order Correlations between the content of Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb and soil properties] Параметры [Parameters] Свойства [Properties] Ил [Clay] Физ. глина [Physical clay] pH ЕКО [CEC] Обменные основания [Exchangeable bases] СНО [BS] С [C ] Ni Pb Pb Cu Zn Mn Fe Cu Zn -0,9 Подвижные формы [Mobile forms] ' Fe Валовое содержание [Total content] Ni Mn -0,8 Подвижн^1е форм^1 [Mobile forms] Валовое содер жание [Total content]_ Примечание. ЕКО - емкость катионного обмена, СНО - степень насыщенности основаниями. Полужирным шрифтом выделены статистически значимые различия (pMn>Zn>Ni>Cu>Pb. Доля подвижных форм относительно валовой концентрации минимальна для Fe (0,002-0,08%), особенно в серогумусовой остаточно-карбонатной почве (0,003-0,02%), для остальных элементов она составляет от 0,3 до 10,7%. Установлен ряд содержаний подвижных форм элементов в автоморфных почвах: Mn>Fe>Zn>Pb>Ni>Cu. Отмечается увеличение валового содержания Fe, Ni, Cu и Zn с возрастанием доли илистых частиц в почве. Аккумуляция Mn характерна для опес-чаненных горизонтов с высоким содержанием гумуса. Высокие значения рН приводят к накоплению подвижных форм Ni и Mn, повышению валового содержания Mn, а низкие - к накоплению подвижных форм Fe. В органогенных горизонтах изученных почв наблюдаются максимальные содержания подвижных форм Mn, Fe, Ni и Pb, тогда как в нижних минеральных горизонтах (кроме дерновой остаточно-карбонатной) выявлены повышенные валовые содержания Fe, Ni, Cu, Zn и Pb. Установлена тесная корреляция между валовым содержанием Fe и Ni, Cu, Zn, Pb. 18 Г.В. Нестерук (Шипкова), Т.М. Минкина, Ю.А. Федоров и др.

Скачать электронную версию публикации