Radial migration of siderophilic (Co, Cr) and chalcophilic (Zn) trace elements in the soilsof mountain range Ergaki (West Sayan).pdf Многообразие и сложность геохимических процес-сов, протекавших и идущих в настоящее время в при-родных ландшафтах, накладывающихся на тот или инойлитогеохимический фон, обусловливают пространст-венную неоднородность естественного геохимическогофона в содержании микроэлементов в различных ком-понентах ландшафта. Анализ взаимосвязей между рас-пределением элементов в почвах и их генетическимиособенностями является важной задачей изучения эле-ментного состава почв разных типов [1]. Для ряда почвэти вопросы достаточно хорошо изучены, однако почвыЗападного Саяна, в частности горного массива Ергаки, вэтом отношении не были исследованы.Объектом исследования явился почвенный покровгорного массива Ергаки, расположенного в централь-ной части Западного Саяна, в пределах Западно-Саянского нагорья. Общая его протяженность с северана юг около 20 км и столько же с запада на восток.Массив сильно изрезан древними ледниками и имеетразветвленную орографию [2] (рис. 1).Цель исследования заключается в установлении за-кономерностей внутрипрофильного распределениямикроэлементов (Со, Cr, Zn) в почвенном покрове гор-ного массива Ергаки (Западный Саян).Задачи исследования: 1) изучение макроморфологиче-ских свойств почв и почвообразующих пород; 2) установ-ление физических, физико-химических и химическихсвойств почв и почвообразующих пород данной террито-рии; 3) определение валовых содержаний кобальта, цинкаи хрома в почвах и почвообразующих породах; 4) изуче-ние особенностей миграции микроэлементов (Со, Cr иZn); 5) расчет элювиально-аккумулятивных коэффициен-тов для цинка, кобальта и хрома.Для изучения основных особенностей почвенно-геохимической структуры территории использовалсякатенарный метод с выделением элювиальных, транс-элювиальных, трансэлювиально-аккумулятивных исупераквальных фаций [3].В ходе полевых исследований было выполненомакроморфологическое описание почв и почвообра-зующих пород горного массива Ергаки по стандартнойметодике изучения почв и подстилающих пород [4].Гранулометрический состав почв и почвообразую-щих пород был определен методом пипетки в стоячейводе в варианте Н.А. Качинского [5]. Физико-хими-ческие и химические свойства почв определялись об-щепринятыми в почвоведении методами [6]. Валовоесодержание микроэлементов (Со, Cr, Zn) определялосьнейтронно-активационным методом (прибор ДТДК-50).Для количественной характеристики почвенно-гео-химических процессов перераспределения веществ всистеме «почва - порода» применялись элювиально-аккумулятивные коэффициенты [7].Для исследования почв и подстилающих пород горно-го массива Ергаки было заложено две катены: катена 1 навысоте 1313-1510 м, соответствующая склону южнойэкспозиции, и катена 2, соответствующая склону север-ной экспозиции (интервал высот 1313-1898 м).Макроморфологические исследования на террито-рии горного массива Ергаки зафиксировали формиро-вание различных типов почвенного профиля. По мор-фологическим, физическим, физико-химическим и хи-мическим свойствам почвы относятся к аллювиальнымсерогумусовым глеевым почвам (О-AY-G-CG~~); се-рым почвам (О-AY-AEL-BEL-BT-C); ржавоземам ти-пичным (О-AY-BFM-C); буроземам типичным (О-AYBM-C) [9], горно-луговым почвам (Ad-A-ВC-C) [10].По распределению гумуса ржавозёмы типичные,соответствующие элювиальной фации катены 1 (южнаяэкспозиция, точка 1) (рис. 2), характеризуются как вы-сокогумусные. Его содержание в горизонте O - 14,8%.Высокое содержание гумуса обусловлено тем, что поч-ва формируется на поверхности элювиальной фациипод разнотравным пихтово-кедровым лесом. По вели-чине рН водной вытяжки горизонты O и AY характери-зуются кислой реакцией среды (4,1), вниз по профилюкислотность снижается до 5,5 в горизонте BFM и до 5,3в почвообразующей породе. Снижение кислотностиобъясняется присутствием в этом горизонте карбонатов(0,34%). По содержанию гранулометрических фракцийпрофиль ржавоземов типичных дифференцирован -зафиксировано утяжеление гранулометрического со-става от песка рыхлого (горизонт AY) до легкого суг-линка (горизонт BFM). Содержание илистой фракциипо всему почвенному профилю незначительно [11].Анализ распределения полуторных окислов пока-зал, что профили ржавоземов типичных характеризу-ются высоким содержанием Fe2O3 - до 1598,74 мг/кг вгоризонте BFM. Это обусловлено протеканием мета-морфического почвообразовательного процесса - оже-лезнения, а также составом почвообразующей породы,которая представлена метаморфическими сланцами.Содержание Al2O3 увеличивается вниз по профилю кпочвообразующей породе от 12,85 до 26,37 мг/кг [11].Рис. 1. Схема строения хребтов Западного Саяна [8]- высокое разнотравье; - хвойный лес (пихтово-кедровый); - карликовая береза;- кустарнички; - разнотравьеРис. 2. Ландшафтно-геохимические сопряжения: А - катена 1; Б - катена 2.Почвы: 1 - ржавоземы типичные; 2 - серые слаборазвитые почвы; 3 - серые почвы; 4 - торфяные эутрофные почвы;5 - аллювиальные серогумусовые глеевые почвы; 6 - ржавоземы типичные; 7 - горно-луговые почвы;8 - ржавоземы типичные; 9 - буроземы типичныеПо содержанию цинка профили ржавоземов типич-ных, соответствующих элювиальной фации катены 1,не дифференцированы, максимальное его содержаниезафиксировано в почвообразующей породе - 608 мг/кг.Это обусловлено максимальным содержанием в почво-образующей породе Al2O3 (26,27 мг/кг), который явля-ется сорбентом Zn [12]. По содержанию хрома и ко-бальта почвенные профили также слабо дифференци-рованы, зафиксировано лишь незначительное увеличе-ние количества Cr и Co вниз по профилю к почвообра-зующей породе, что объясняется их низкой миграци-онной способностью в кислой среде, которой характе-ризуются эти почвы (табл. 1).Серые почвы, соответствующие трансэлювиальнойфации катены 1 (южная экспозиция, точка 2) (рис. 2),по содержанию гумуса характеризуются как среднегу-мусные. Его содержание в горизонтах O и AY колеб-лется от 4 до 6%, в нижних горизонтах содержаниегумуса в среднем составляет 1,3%. По величине рНводной вытяжки серые почвы характеризуются кислой(3,5) и слабокислой (4,7) реакцией среды, кислотностьснижается вниз по профилю к почвообразующей поро-де. Снижение кислотности связано с элювиально-иллювиальной дифференциацией карбонатов по про-филю и, соответственно, их аккумуляцией в нижнейчасти профиля (горизонт ВТ). По гранулометрическо-му составу профили серых почв дифференцированы -зафиксировано его утяжеление от песка связного (го-ризонт О) до легкого суглинка (горизонт BТ). Содер-жание илистой фракции составляет в среднем 3%. Посодержанию полуторных окислов профиль серой поч-вы элювиально-иллювиально дифференцирован. Коли-чество Fe2O3 изменяется в пределах от 317,46 до855,56 мг/кг, Al2O3 - от 3,02 до 20,03 мг/кг [Там же].Т а б л и ц а 1Средние содержания Со, Cr и Zn в почвах горного массива Ергаки (катена 1), мг/кгФацииэлювиальная трансэлювиальная супераквалЭлемент ьнаяРжавоземы типичные Серые почвы Аллювиальные серогумусовыеглеевые почвыZn 285,75 114,83 329,50Со 10,13 9,25 15,45Cr 101,05 87,73 84,37Максимальная концентрация Zn в серых почвах за-фиксирована в горизонте AEL - 483 мг/кг, где наблю-дается высокое содержание Al2O3 - 20,03 мг/кг. Так жекак и в ржавоземах типичных, содержание хрома и ко-бальта постепенно увеличивается вниз к почвообра-зующей породе (табл. 1) [11].Исследования почв, формирующихся на поверхно-сти супераквальной фации катены 1 (южная экспози-ция, точка 5) (см. рис. 2), соответствующей поймер. Малая Буйба, зафиксировали формирование аллюви-альных серогумусовых глеевых почв. По содержаниюгумуса эти почвы классифицируются как среднегумус-ные, его количество в почвенном профиле колеблетсяот 3,0 до 6,0%. По величине рН водной вытяжки аллю-виальные серогумусовые глеевые почвы характеризу-ются слабокислой реакцией среды, кислотность снижа-ется вниз по профилю от 4,69 до 5,27. Отсутствие кар-бонатов в профиле аллювиальных серогумусовых глее-вых почв обусловлено периодически водозастойнымводным режимом, свойственным пойменным почвам.Содержание илистой фракции по всему почвенномупрофилю 4% [Там же].Аллювиальные серогумусовые глеевые почвы ха-рактеризуются высоким содержанием окислов железа,при этом максимальное их количество фиксируется внижней части профиля - в глеевом горизонте(1117,19 мг/кг), что также объясняется особенностямиводного режима. По содержанию Al2O3 профиль слабодифференцирован, максимальное содержание отмеченов горизонте СG - 5,29 мг/кг [Там же].По содержанию гранулометрических фракций про-филь аллювиальных серогумусовых глеевых почв сла-бо дифференцирован, почвы классифицируются каксупесчаные.Содержание Zn, Со и Cr в аллювиальных серогуму-совых глеевых почвах, так же как и в ржавоземах ти-пичных и серых почвах, характеризуется нисходящеймиграцией (см. табл. 1).Ржавозёмы типичные, соответствующие элювиаль-ной фации катены 2 (северная экспозиция, точка 6)(рис. 2), по содержанию гумуса характеризуются каквысокогумусные. Количество общего углерода в гори-зонте AY - 10,4%. По величине рН водной вытяжкиржавоземы типичные характеризуются кислой реакци-ей среды 4,5. По содержанию карбонатов профилипочв слабо дифференцированы. Так же как и в ржаво-земах типичных, формирующихся на поверхностиэлювиальной фации катены 1, наблюдается утяжелениегранулометрического состава от песка рыхлого (гори-зонт AY) до легкого суглинка (горизонт BFM).По содержанию полуторных окислов профили ржа-воземов типичных характеризуются увеличением со-держания Fe2O3 в горизонте BFM до 457,6 мг/кг, что,так же как и в ржавоземах типичных (катена 1, точ-ка 1), соответствующих элювиальной фации, обуслов-лено протеканием метаморфического почвообразова-тельного процесса - ожелезнения, а также составомпочвообразующей породы.В ржавозёмах типичных Zn характеризуется нисхо-дящей миграцией: его количество в горизонте С составля-ет 56 мг/кг, что обусловлено высоким содержанием Fe2O3в этом горизонте (486,2 мг/кг). По содержанию Сr и Coпрофили слабо дифференцированы (табл. 2).Изучение физико-химических свойств горно-луговых почв, развивающихся на поверхности трансэ-лювиальной фации катены 2 (северная экспозиция,точка 7) (см. рис. 2), зафиксировало максимальное ко-личество общего углерода в горизонте Ad - 15,00%. Повеличине рН водной вытяжки горно-луговые почвыхарактеризуются кислой и слабокислой реакцией средыот 4,5 до 5,3. По содержанию гранулометрическихфракций горно-луговые почвы дифференцированы,наблюдается утяжеление от песка связного (гори-зонт A) до легкого суглинка (горизонт ВС). Количествоокислов железа увеличивается вниз по профилю к поч-вообразующей породе до 629,2 мг/кг [11].Т а б л и ц а 2Средние содержания Со, Cr и Zn в почвах горного массива Ергаки (катена 2), мг/кгФацииэлювиальная трансэлювиальная трансэлювиально-аккумулятивнаяЭлементРжавоземы типичные Горно-луговые почвы Ржавоземы типичные Буроземы типичныеZn 38,67 139,33 118,25 243,33Со 8,77 2,37 2,9 13,7Cr 77,03 23,8 63,18 92,13Максимальная концентрация Zn, Co и Cr в горно-луговых почвах установлена в горизонте ВС (213, 2,7 и32,7 мг/кг соответственно), высокое содержание Znобусловлено максимальным содержанием Al2O3 в этомгоризонте (51,98 мг/кг), а концентрация Co и Cr объяс-няется кислой реакцией среды, в которой эти элементыслабо мигрируют (табл. 2).Исследования ржавозёмов типичных, соответст-вующих трансэлювиальной фации катены 2 (севернаяэкспозиция, точка 8) (см. рис. 2), показали, что по со-держанию гумуса они характеризуются как высокогу-мусные. Количество общего углерода в горизонте Осоставляет (15,36%). По величине рН водной вытяжкипрофили ржавоземов типичных характеризуются ки-слой реакцией среды (3,7). По содержанию карбонатовпрофили слабо дифференцированы, их количество не-значительно. Для этих почв также характерно утяжеле-ние гранулометрического состава от песка рыхлого(горизонт О) до легкого суглинка (горизонт BFM).Максимальное количество Fe2O3 в профилях ржавозе-мов типичных отмечено в горизонте BFM - 890,89 мг/кг.Содержание Al2O3 увеличивается вниз по профилю кпочвообразующей породе от 8,31 до 20,60 мг/кг.Co и Cr в профиле ржавоземов типичных характе-ризуются нисходящей миграцией, максимальное со-держание Zn наблюдается в горизонте BFM -313 мг/кг, обусловленное максимальным содержаниемв этом горизонте Al2O3 (24,95 мг/кг) (табл. 2) [13].Буроземы типичные, относящиеся к трансэлюви-ально-аккумулятивной фации катены 2 (северная экс-позиция, точка 9) (см. рис. 2), по содержанию гумусахарактеризуются как высогумусные до 13,54% в гори-зонте AY. По величине рН водной вытяжки почвы ха-рактеризуются кислой и слабокислой реакцией среды(от 3,55 до 5,21), при этом кислотность снижается внизк почвообразующей породе. Профили буроземов ти-пичных характеризуются высоким содержанием Fe2O3,увеличивающимся вниз по профилю от 810,66 до1106,81 мг/кг в горизонте С. Распределение Al2O3 впрофилях этих почв характеризуется восходящей ми-грацией - максимальная концентрация отмечена в го-ризонте AY (7,56 мг/кг). По гранулометрическому со-ставу профили буроземов типичных дифференцирова-ны, зафиксировано его утяжеление от песка рыхлого(горизонт О) до легкого суглинка (горизонт BM).В профилях буроземов типичных, соответствую-щих трансэлювиально-аккумулятивной фации, рас-пределение Zn, Co и Cr характеризуется нисходящеймиграцией - максимальное количество установлено вгоризонте С (670, 16 и 104,5 мг/кг соответственно)(табл. 2).Для анализа закономерностей и интенсивности ра-диальной миграции микроэлементов (Co, Zn, Cr) в поч-вах горного массива Ергаки рассчитаны элювиально-аккумулятивные коэффициенты и построены ряды ра-диальной миграции (табл. 3, 4).Т а б л и ц а 3Ряды радиальной миграции Co, Zn и Cr в почвах горного массива Ергаки (катена 1)Накопление РассеяниеТип почвсильное; Кэа > 5 среднее; Кэа 2-5 слабое; Кэа 1-2 Вынос; Кэа < 1Ржавозёмы типичные (элювиальная фация) - - - Co, Zn, CrСерые почвы (трансэлювиальная фация) - Zn - Co, CrАллювиальные серогумусовые глеевые почвы(супераквальная фация) - - - Zn, Co, CrПримечание. «-» - отсутствуют элементы с данным значением элювиально-аккумулятивного коэффициента.Т а б л и ц а 4Ряды радиальной миграции Co, Zn и Cr в почвах горного массива Ергаки (катена 2)Накопление РассеяниеТип почвсильное; Кэа > 5 среднее; Кэа 2-5 слабое; Кэа 1-2 Вынос; Кэа < 1Ржавозёмы типичные (элювиальная фация) - - - Co, Zn, CrГорно-луговые почвы(трансэлювиальная фация) - - Co Zn, CrРжавозёмы типичные(трансэлювиальная фация) - Zn - Co, CrБурозёмы типичные(трансэлювиально-аккумулятивная фация) - - - Co, Zn, CrПримечание. «-» - отсутствуют элементы с данным значением элювиально-аккумулятивного коэффициента.Анализ радиальной дифференциации химическихэлементов показал, что для исследуемых почв радиаль-ная неоднородность в целом выражена слабо (см. табл. 3,4). Среднее накопление цинка зафиксировано в серыхпочвах и ржавоземах типичных трансэлювиальных фа-ций катен северной и южной экспозиций. Кобальт сла-бо аккумулируется в профиле горно-луговых почв(трансэлювиальная фация) (табл. 4). В профилях ос-тальных исследованных почв, формирующихся на по-верхностях элювиальной, трансэлювиально-акку-мулятивной и супераквальной геохимических фаций,происходит рассеяние Zn, Co и Cr.

Скачать электронную версию публикации