FEATURES OF DISTRIBUTION AND ACCUMULATION OF CHEMICAL ELEMENTS IN FROZEN SOILS

Дягилева А.Г.

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВАХ

Аннотация

В статье рассмотрены физико-химические и химические характеристики мерзлотных почв северо-таежных ландшафтов Западной Якутии, влияющих на поведение микроэлементов, в том числе тяжелых металлов. В ходе математического корреляционного анализа выявлено влияние рН, гумуса, физической глины и ЕКО на накопление и распределение микроэлементов в мерзлотных почвах.

Ключевые слова: мерзлотные почвы, криозем, коэффициент корреляции, геохимический барьер.  

Dyagileva A.G.

North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov

FEATURES OF DISTRIBUTION AND ACCUMULATION OF CHEMICAL ELEMENTS IN FROZEN SOILS

Abstract

The physico-chemical and chemical characteristics of soils on frozen ground north-taiga landscapes of Western Yakutia, influencing the behavior of trace elements, including heavy metals are described. Influence of pH, humus, physical clay and cation exchange capacity on the accumulation and distribution of trace elements in soils on frozen ground are identified by mathematical correlation.

Keywords: frozen soils, сryozem, the coefficient of correlation, geochemical barrier.

Химическое загрязнение почв в результате промышленного освоения недр неизбежно приводит к изменению геохимического фона и миграции химических элементов в почвенно-растительном покрове. Положение осложняется слабой устойчивостью мерзлотных ландшафтов к различным формам  антропогенной  деятельности [1,4].

Исследования проводились в зоне северо-таежных ландшафтов Западной Якутии на территории Хання-Накынского междуречья, где интенсивно разрабатываются коренные месторождения алмазов Накынского кимберлитового поля.

Зональными типами почв изучаемой территории являются криоземы, преимущественно представленные гомогенными глеевыми и гомогенными неоглеенными типами. В данной работе рассматриваются гомогенные надмерзлотно-глееватые, гомогенные глееватые оподзоленные подтипы и гомогенный неоглеенный тип криоземов. В целом, криоземы характеризуются суглинистым гранулометрическим составом, большой вариацией значений рН – от кислых в верхних органогенных горизонтах до слабощелочных в минеральной части почвенного профиля (рН=4,1–7,4), высоким содержанием гумуса (0,7–13,6 %), высокой поглотительной способностью.

Криозем гомогенный надмерзлотно-глееватый и криозем гомогенный неоглееннный отличаются недифференцированным почвенным профилем. У криозема глееватого оподзоленного почвенный профиль слабо дифференцирован на генетические горизонты.

Система соединений микроэлементов почвенного профиля представляет собой химические вещества отдельных горизонтов, взаимосвязанные процессами вертикального перемещения вещества [3]. Почвенный профиль криоземов представляет собой двухуровневую систему, в нижней части которой (горизонты ВС и С) происходит накопление микроэлементов – продуктов геохимического выветривания почвообразующих пород [2]. А верхняя часть профиля аккумулирует элементы, поступающие в органо-минеральные горизонты под действием биогенно-аккумулятивных и иллювиально-аккумулятивных процессов. Вследствие этого, для выявления влияния почвенных показателей на вертикальную сорбцию микроэлементов рассмотрена зависимость микроэлементов от основных показателей сорбционной способности почв условно разделив почвенный профиль криоземов исследуемой территории на органогенную и минеральную часть (табл. 1).

Таблица 1 – Зависимость содержания микроэлементов от некоторых физико-химических и химических свойств почв в органогенных и минеральных горизонтах криоземов Хання-Накынского междуречья

Выявлена зависимость вертикального распределения Mn, Cd, Pb и As по всему почвенному профилю от показателей рН и гумуса. При увеличении кислотности почв увеличивается содержание органического вещества, в результате чего повышается содержание подвижных форм Mn, Cd, Pb и As. Накопление Cu и Pb и по всему почвенному профилю зависит от перераспределения физической глины. При этом отмечен ряд микроэлементов - Zn, Cd, Ni и As, аккумуляция которых зафиксирована только в органогенном горизонте, что, вероятно, связано как с сорбцией мелкодисперсными частицами техногенного происхождения, которые оседают на поверхности при аэрорассеве с отвалов пустых пород, так и является результатом формирования биогенного геохимического барьера. Общеизвестно, что тонкодисперсные фракции обладают более высокой емкостью катионного обмена, с чем и связано большее накопление Cu, Zn и Ni в верхнем органогенном горизонте.

При пересчете коэффициентов накопления от подстилающих пород к почвам выявляет формирование биогенного геохимического барьера в органогенной части почвенного профиля криоземов и имеет следующую микроэлементную характеристику (табл. 2):

• криозем гомогенный надмерзлотно-глееватый: As_10,0→Cd_2,1→ Pb_1,8→Co_1,0(Cr_1,0);
• криозем гомогенный неоглеенный: Mn_1,7→Pb_1,3→As_1,1→Co_1,0 (Zn_1,0);
• криозем глееватый оподзоленный: Pb_1,2 →As_1,1.

Каждый рассмотренный подтип криоземов характеризуется присутствием в почвенном профиле льдистой мерзлоты, которая оказывает большое влияние на состояние надмерзлотной части почвенного профиля, формируя надмерзлотный геохимический барьер, который прослеживается в накоплении микроэлементов в минеральной части почвенного профиля всех рассмотренных подтипов криоземов. Надмерзлотный геохимический барьер в минеральной части почвенного профиля криоземов имеет следующую микроэлементную характеристику:

• криозем гомогенный надмерзлотно-глееватый характеризуется накоплением: As_2,8→Cu_2,1→Pb_1,7→ Ni_1,3→Co_1,2(Zn_1,2)→Mn_1,1;
• криозем гомогенный неоглеенный накапливает в своем профиле относительно почвообразующего субстрата: Pb_1,1→Co₀ (Cr_1,0);
• криозем глееватый оподзоленный отличается накоплением: Cr_1,2→Pb_1,0 (Co_1,0; As_1,0).

Таблица 2 – Характер распределения микроэлементов по почвенному профилю криоземов Хання-Накынского междуречья

Распределение микроэлементов по вертикали почвенного профиля в основном носит закономерный, увеличивающийся с глубиной характер с максимумом накопления в надмерзлотном горизонте.

Согласно анализу, вертикальное перераспределение элементов по почвенному профилю зависит от совокупности факторов:

• вариаций рН – Mn, Cd, Pb, As;
• содержания физической глины – Cu, Zn, Cd, Ni, Pb, As;
• содержание гумуса – Mn, Cd, Pb, As;
• емкость катионного обмена – Cu, Zn, Ni.

Причем каждому фактору свойственна определенная микроэлементная ассоциация.

Таким образом, основной геохимической характеристикой криоземов является наличие биогенного и надмерзлотного  геохимических барьеров. Льдистость надмерзлотных горизонтов оказывает влияние на ход процессов перемещения и накопления элементов на поверхности мерзлоты, и, рассматривая мерзлоту как фактор формирования мощного геохимического барьера, выявлен ряд закономерностей накопления и перераспределения в почвенном профиле криоземов микроэлементов. Установлено явное накопление микроэлементов в минеральной части почвенного профиля.

Для подвижных форм Mn, Cu, Zn, Cd, Co, Cr, Ni основными показателями, влияющими на их распределение и накопление, являются содержание физической глины и емкость катионного обмена. А для подвижных форм Pb, As основным критерием накопления является органическое вещество.

Литература

1. Данилов П.П., Легостаева Я.Б., Саввинов Г.Н. Техногенные ландшафты и их влияние на естественный почвенный покров Западной Якутии // Вестник ЯГУ. – 2005. – Том 2. – №3. – С. 70-75.
2. Легостаева Я.Б. Экологическая значимость микроэлементного состава почв Далдынского кимберлитового поля // Проблемы региональной экологии. – 2008. – №2. – С. 15-20
3. Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. – М.: Изд-во Эдиториал УРСС, 1999. – 166 с.
4. Тентюков М.П. Особенности распределения химических элементов в мерзлых почвах // Криосфера Земли. – 2013. – т. XVII. – № 3. С. 100-107.

References

1. Danilov P.P., Legostaeva Ya.B., Savvinov G.N. Man-made landscapes and their impact on the natural soil cover Western Yakutia // Herald of YSU. – 2005. – Volume 2. – №3. – P. 70-75.
2. Legostaeva Ya.B. The ecological importance of trace-element composition of soils Daldyn kimberlite field // Problems of regional ecology. – 2008. – №2. – Р. 15-20.
3. Motuzova G.V. The compounds of trace elements in soils: systemic organization, ecological importance, monitoring. – M .: Publishing House of the Editorial URSS, 1999. – 166 p.
4. Tentyukov M.P. Features of distribution of chemical elements in frozen soils // Cryosphere of Earth. – 2013 – V. XVII. – № 3. – P. 100-107.