1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 12, 2023

Почвоведение, 2023, № 12, стр. 1612-1627

Содержание и подвижность металлов в олиготрофных торфяных почвах криолитозоны Западной Сибири

Д. А. Соколов a, b, *, И. С. Иванова b, Т. И. Сиромля a

a Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
630090 Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 8/2, Россия

b Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
634055 Томск, пр-т Академический, 4, Россия

* E-mail: sokolovdenis@issa-siberia.ru

Поступила в редакцию 26.04.2023
После доработки 27.07.2023
Принята к публикации 29.07.2023

Аннотация

Происходящие климатические изменения оказывают наибольшее влияние на природные экосистемы северных широт, поскольку потепление климата, а также возрастающая антропогенная нагрузка, связанная с освоением арктических территорий, способствуют деградации мерзлых торфов и увеличению мощности сезонного-талого слоя почв. Актуальность исследования торфяных олиготрофных почв (Cryic Histosols) северных территорий Западной Сибири связана с тем, что их деградация обогащает природные воды органо-минеральными веществами, содержащими большой набор химических элементов, в том числе тяжелые металлы, способствуя изменению гидрогеохимического облика природных вод Севера. Описаны основные свойства торфов, отобранных из разных горизонтов почвенных профилей, заложенных на ключевых участках, охватывающих территорию ЯНАО с севера на юг и с запада на восток. Химический состав почв определяли в ИПА СО РАН стандартными методами. Содержания валовых и подвижных форм металлов (Fe, Сa, K, Na, Mg, Сd, Со, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn) исследовали методом оптической атомно-эмиссионной спектрометрии и пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии соответственно. Установлено, что характерной особенностью распределения концентраций исследуемых химических элементов в торфяных олиготрофных почвах северной части Западной Сибири является наличие двух максимумов в пределах почвенного профиля. Первый приурочен к верхним горизонтам, имеющим признаки деградации, второй – к верхней части многолетнемерзлых пород. Статистический анализ c использованием метода главных компонент показал, что низкая зольность, рН и широкое отношение C/N связаны с высокой подвижностью K, Cu, Zn и Мg. С увеличением зольности, рН и Nобщ в верхней части многолетнемерзлых органогенных пород повышается подвижность Fe, Mn, Pb, Cd и Cr.

Ключевые слова: торф, Арктика, макро- и микроэлементы, тяжелые металлы, подвижность элементов в почвах, миграция, Cryic Histosols, многолетняя мерзлота, остаточная эутрофность

Список литературы

  1. Абакумов Е.В., Попов А.И. Определение в одной пробе почвы углерода, азота, окисляемости органического вещества и углерода карбонатов // Почвоведение. 2005. № 2. С. 186–194.

  2. Аветов Н.А., Шишконакова Е.А. Загрязнение нефтью почв таежной зоны Западной Сибири // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2011. Вып. 68. С. 45–55. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2011-68-45-55

  3. Агбалян Е.В., Шинкарук Е.В., Попова Т.Л., Максименко Ю.И. Эколого-геохимическая ситуация на территории Ямало-Ненецкого автономного округа по материалам элементного анализа биологических сред (волосы) населения // Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа. 2019. № 2(103). С. 34–40.

  4. Алтунина Л.К., Сваровская Л.И., Ященко И.Г., Ельчанинова Е.А. Экологическое состояние водных объектов на территории нефтедобывающих комплексов Среднего Приобья // Нефтехимия. 2017. Т. 57. № 3. С. 340–345. https://doi.org/10.7868/S0028242117020034

  5. Арестова И.Ю., Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю. Эколого-геохимическая оценка состояния природной среды в районах нефтедобычи // Геохимия биосферы. М.: Смоленск, 2006. С. 41–42.

  6. Василевская В.Д., Иванов В.В. Почвы севера Западной Сибири. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 225 с.

  7. Водяницкий Ю.Н., Аветов Н.А., Савичев А.Т., Трофимов С.Я. Характеристика техногеохимических аномалий торфяных почв, загрязненных шламами в районе нефтедобычи в Среднем Приобье // Агрохимия. 2012. № 11. С. 82–90.

  8. Водяницкий Ю.Н., Смагин А.В., Яковлев А.С. Факторы изменчивости содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве // Экологический вестник Северного Кавказа. 2016. № 1. С. 27–38.

  9. Волкова Н.А., Иванова И.С., Соколов Д.А., Колубаева Ю.В., Чуйкина Д.А. Концентрации и источники полициклических ароматических углеводородов в воде и донных отложениях рек северных нефтегазодобывающих территорий Западной Сибири // Известия Томского политех. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 4. 135–148. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/4/3924

  10. Геокриология СССР. Западная Сибирь. М.: Недра, 1989. 454 с.

  11. Грива Г.И. Геоэкологические условия разработки газовых месторождений Ямала. Томск: Томский гос. ун-т, 2005. 352 с.

  12. Карпенко Л.В. Оценка современного состояния болот лесотундровой подзоны в условиях слабого аэротехногенного загрязнения // География и природные ресурсы. 2018. № 3. С. 59–66. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2018-3(59-66)

  13. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

  14. Когут Б.М., Фрид А.С. Сравнительная оценка методов определения содержания гумуса в почвах // Почвоведение. 1993. № 9. С. 119–123.

  15. Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Истигечев Г.И., Крицков И.В., Лим А.Г., Климова Н.В., Новоселов А.А., Константинов А.О., Новолодская Э.В., Кулижский С.П. Трансформация морфологических свойств почв вследствие закустаривания пятнистой тундры // Вестник Томского гос. ун-та. Биология. 2022. № 59. С. 6–41. https://doi.org/10.17223/19988591/59/1

  16. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г. Состав соединений тяжелых металлов в почвах. Ростов-на-Дону: Эверест, 2009. 208 с.

  17. Московченко Д.В. Биогеохимические особенности почв бассейна реки Мессояха (Тазовский район Ямало-ненецкого автономного округа) // Вестник Тюменского гос. ун-та. Экология и природопользование. 2016. Т. 2. № 2. С. 8–21. https://doi.org/10.21684/2411-7927-2016-2-2-8-21

  18. Московченко Д.В., Бабушкин А.Г. Фоновое содержание подвижных форм металлов в почвах севера Западной Сибири // Вестник Тюменского гос. ун-та. Экология и природопользование. 2015. Т. 1. № 3. С. 163–174.

  19. Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. М.: Либроком, 2013. 168 с.

  20. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Ганул А.Г. Фоновое содержание химических элементов в почвах и донных осадках севера Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 4. С. 422–439. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020114

  21. Пожитков Р.Ю., Московченко Д.В., Тигеев А.А. Элементный состав торфяных отложений верхового типа Пур-Тазовского междуречья // Географический вестник. 2020. № 1. С. 154–165. https://doi.org/10.17072/2079-7877-2020-1-154-165

  22. Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.

  23. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Некоторые данные о степени внутримолекулярной окисленности гумуса разных типов почв (к вопросу о переводном коэффициенте с углерода на гумус) // Почвоведение. 1967. № 7. С. 85–95.

  24. Романенко Е.А., Московченко Д.В., Кудрявцев А.А., Шигабаева Г.Н. Подвижные формы металлов в почвах Надым-Пуровского междуречья (Западная Сибирь) // Вестник Нижневартовского гос. ун-та. 2020. № 2. С. 136–145. https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-2/18

  25. Савичев О.Г., Мазуров А.К., Рудмин М.А., Хващевская А.А., Даулетова А.Б. Изменения химического состава кислотных вытяжек по глубине торфяной залежи внутриболотных экосистем Васюганского болота (Западная Сибирь) // Известия Томского политех. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 9. С. 101–116. https://doi.org/10.18799/24131830/2018/9/2093

  26. Соколов Д.А. Диверсификация почвообразования на отвалах угольных месторождений Сибири. Автореф. дис. … докт. биол. наук. Новосибирск, 2019. 45 с.

  27. Соколов Д.А., Иванова И.С., Морозов С.В., Пчельникова Т.Г., Солдатова Е.А. Полициклические ароматические углеводороды в торфяных олиготрофных почвах северных территорий Западной Сибири // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1228–1240. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100148

  28. Степанова В.А., Покровский О.С. Макроэлементный состав торфа выпуклых верховых болот средней тайги Западной Сибири (на примере болотного комплекса “Мухрино”) // Вестник Томского гос. ун-та. 2011. № 352. С. 211–214.

  29. Сыпалов С.А., Кожевников А.Ю., Иванченко Н.Л., Попова Ю.А., Соболев Н.А. Оценка загрязнения торфа некоторыми тяжелыми металлами в зависимости от глубины залегания // Химия твердого топлива. 2020. № 1. С. 38–42. https://doi.org/0.31857/S0023117720010107

  30. Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. 277 с.

  31. Сысо А.И., Васильев С.В., Смоленцев Б.А., Сеньков А.А. Ландшафтно-геохимический анализ изменения природной среды в районах нефтедобычи // Сибирский экологический журн. 2001. Т. 8. № 3. С. 333–342.

  32. Тентюков М.П. Особенности распределения химических элементов в мерзлых почвах // Криосфера Земли. 2013. Т. XVII. № 3. С. 100–107.

  33. Шафринский Ю.С., Самохвалов С.Г., Беднаржевский С.С., Акинина Е.В., Налобин Д.П. Государственные стандартные образцы состава почв. Новосибирск: МАСС, 1998. 28 с.

  34. Шишконакова Е.А., Аветов Н.А., Ананко Т.В., Герасимова М.И., Савицкая Н.В. Болотные торфяные почвы таежной и подтаежной зон Западной Сибири на цифровой модели почвенной карты России масштаба 1 : 2 500 000 в формате классификации почв России // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2020. Вып. 104. С. 223–240. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-104-223-240

  35. Яковлев Е.Ю., Дружинина А.С., Дружинин С.В., Бедрина Д.Д., Орлов А.С., Спиров Р.К., Мищенко Е.В., Жуковская Е.В. Оценка физико-химических параметров и распределения металлов в верховом болоте Архангельской области // Успехи современного естествознания. 2020. № 5. С. 115–120. https://doi.org/10.17513/use.37401

  36. Ala-aho P., Soulsby C., Pokrovsky, O.S., Kirpotin S.N., Karlsson J., Serikova S., Vorobyev, S.N., Manasypov R.M., Loiko S.V. Tetzlaff D. Using stable isotopes to assess surface water source dynamics and hydrological connectivity in a high-latitude wetland and permafrost influenced landscape // J. Hydrology. 2018. V. 556. P. 279–293. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.11.024

  37. Barrett S.E., Watmough S.A. Factors controlling peat chemistry and vegetation composition in Sudbury peatlands after 30 years of pollution emission reductions // Environmental Pollution. 2015. V. 206. P. 122–132. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2015.06.021

  38. Gallego J.L.R., Ortiz J.E., Sierra C., Torres T., Llamas J.F. Multivariate study of trace element distribution in the geological record of Roñanzas Peat Bog (Asturias, N. Spain. Paleoenvironmental evolution and human activities over the last 8000calyr BP // Sci. Total Environ. 2013. V. 454–455. P. 16–29. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.02.083

  39. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Vienna: Union of Soil Sciences, 2022. 234 p.

  40. Ivanova I.S., Shirokova L.S., Rols J., Pokrovsky O.S. Partitioning of dissolved organic carbon, major element and trace metal during laboratory freezing of organic leachates from permafrost peatlands // Appl. Sci. 2023. V. 13. P. 4856. https://doi.org/10.3390/app13084856

  41. Ji X., Abakumov E., Tomashunas V., Antcibor I., Knoblauch C., Zubzycki S., Pfeiffer E.M. Influence of anthropogenic activities on metals in arctic permafrost: a characterization of benchmark soils on the Yamal and Gydan peninsulas in Russia // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2019. V. 76. P. 540–553. https://doi.org/10.1007/s00244-019-00607-y

  42. Kuzmina D.M., Lim A.G., Loiko S.V., Shefer N., Shirokova L.S., Julien F., Rols J., Pokrovsky O.S. Dispersed ice of permafrost peatlands represents an important source of labile carboxylic acids, nutrients and metals // Geoderma. 2023. 429. 116256. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.116256

  43. Lim A.G., Loiko S.V., Kuzmina D.M., Krickov I.V., Shirokova L.S., Kulizhskiy S.P., Pokrovsky O.S. Organic carbon, and major and trace elements reside in labile low-molecular form in the ground ice of permafrost peatlands: a case study of colloids in peat ice of Western Siberia // Environ. Sci.: Processes Impacts. 2022. V. 24. 266. P. 1443–1459. https://doi.org/10.1039/D1EM00547B

  44. Lim A.G., Loiko S.V., Kuzmina D.M., Krickov I.V., Shirokova L.S., Kulizhskiy S.P., Vorobyev S.N., Pokrovsky O.S. Dispersed ground ice of permafrost peatlands: Potential unaccounted carbon, nutrient and metal sources // Chemosphere. 2021. V. 266. P. 128953. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128953

  45. Lim A.G., Loiko S.V., Raudina, T.V., Volkova, I.I., Seredina V.P. Element composition of peat deposits in flat frost mound bogs of the Pyakupur River (northern taiga of West Siberia) // Ukrainian J. Ecology. 2018. V. 8. P. 79–87. https://doi.org/10.15421/2018_190

  46. Liu H., Gu Y., Qin Y., Yu Z., Huang X., Xie Sh., Zheng M., Zhang Zh., Cheng Sh. The elemental enrichments at Dajiuhu Peatland in the Middle Yangtze Valley in response to changes in East Asian monsoon and human activity since 20,000 cal yr BP // Sci. Total Environ. 2021. V. 757. 143990. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143990

  47. Loiko S., Raudina T., Lim A., Kuzmina D., Kulizhskiy S., Pokrovsky O. Microtopography controls of carbon and related elements distribution in the West Siberian frozen bogs // Geosciences. 2019. V. 7. P. 291. https://doi.org/10.3390/geosciences9070291

  48. Monhonval A., Strauss J., Mauclet E., Hirst C., Bemelmans N., Grosse G., Schirrmeister L., Fuchs M., Opfergelt S. Iron redistribution upon thermokarst processes in the Yedoma domain // Frontiers Earth Sci. 2021. V. 9. https://doi.org/10.3389/feart.2021.703339

  49. Morgalev Y.N., Lushchaeva I.V., Morgaleva T.G., Kolesnichenko, L.G., Loiko S.V., Krickov, I.V., Lim A.G. et al. Bacteria primarily metabolize at the active layer/permafrost border in the peat core from a permafrost region in western Siberia // Polar Biology. 2017. V. 40. P. 1645–16597. https://doi.org/10.1007/s00300-017-2088-1

  50. Pokrovsky O.S., Manasypov R.M., Loiko S.V., Shirokova L.S. Organic and organo-mineral colloids in discontinuous permafrost zone // Geochim. Cosmochim. Acta. 2016. V. 188. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/j.gca.2016.05.035

  51. Polyakov V., Orlova K., Abakumov E. Evaluation of carbon stocks in the soils of Lena River Delta on the basis of application of “dry combustion” and Tyurin’s methods of carbon determination // Biological Communications. 2017. V. 62. P. 67–72. https://doi.org/10.21638/11701/spbu03.2017.202

  52. Pratte S., Bao K., Shen J., Mackenzie L., Klamt A., Wang G., Xing W. Recent atmospheric metal deposition in peatlands of northeast China: A review // Sci. Total Environ. 2018. V. 626. P. 1284–1294. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.01.183

  53. Raudina T.V., Loiko S.V., Lim A.G., Krickov I.V., Shirokova L.S., Istigechev G.I., Kuzmina D.M., Kulizhsky S.P., Vorobyev S.N., Pokrovsky O.S. Dissolved organic carbon and major and trace elements in peat porewater of sporadic, discontinuous, and continuous permafrost zones of western Siberia // Biogeosciences. 2017. № 14. P. 3561–3584. https://doi.org/10.5194/bg-14-3561-2017

  54. Rosca C., Schoenberg R., Tomlinson E.L., Kamber B.S. Combined zinc-lead isotope and trace-metal assessment of recent atmospheric pollution sources recorded in Irish peatlands // Sci. Total Environ. 2019. V. 658. P. 234–249. https://doi.org//10.1016/j.scitotenv.2018.12.049

  55. Sokolov D.A., Ivanova I.S., Siromlya T.I., Soldatova E.A., Kolubaeva Yu.V. Elemental composition of the oligotrophic peat soils in Yamalo-Nenets autonomous district (Western Siberia) // WSPCC-2021. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2022. 1093. P. 012001. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1093/1/012001

  56. Stepanova V.A., Pokrovsky O.S., Viers J., Mironycheva-Tokareva N.P., Kosykh N.P., Vishnyakova E.K. Elemental composition of peat profiles in Western Siberia: effect of the micro-landscape, latitude position and permafrost coverage // Appl. Geochem. 2015. V. 53. P. 53–70. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2014.12.004

  57. Vasilevich R., Vasilevich M., Lodygin E., Abakumov E. Geochemical characteristics of the vertical distribution of heavy metals in the hummocky peatlands of the cryolithozone // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2023. V. 20. P. 3847. https://doi.org/10.3390/ijerph20053847

  58. Vasilevich R.S. Major and trace element compositions of hummocky frozen peatlands in the forest–tundra of Northeastern european Russia // Geochem. Int. 2018. V. 56. P. 1158–1172. https://doi.org/10.1134/S0016702918100129

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал