Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 491, № 2, стр. 89-95
БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ МИГРАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА ВОДОСБОРЕ ОЗЕРА В ФОНОВОМ РЕГИОНЕ (ВАЛДАЙСКАЯ ВОЗВЫШЕННОСТЬ)
Н. А. Гашкина 1, *, член-корреспондент РАН Т. И. Моисеенко 1
1 Институт геохимии и аналитической химии
им. В.И. Вернадского Российской академии наук
Москва, Россия
* E-mail: ngashkina@gmail.com
Поступила в редакцию 25.12.2019
После доработки 28.01.2020
Принята к публикации 11.02.2020
Аннотация
Рассмотрено распределение элементов в системе “атмосферные осадки–кроновые воды–почвенные воды” водосбора оз. Гусиного на территории Валдайской возвышенности. Определены особенности химического состава атмосферных осадков, кроновых и почвенных вод, а также почвы. Рассчитан бюджет элементов в исследуемом профиле почв за летне-осенний период. Даны оценки обогащения почв элементами и интенсивности их водной миграции в почвенных водах.
Рассеивание и миграция элементов в окружающей среде происходит в результате как естественных, так и антропогенно-обусловленных процессов. К последним относятся: промышленное производство, добыча полезных ископаемых, сжигание различного вида топлив. Такой показатель как технофильность элементов, отношение объемов использования к содержанию в литосфере, неукоснительно растет для многих элементов [1].
В процессе техногенного перераспределения элементов обогащается не только верхняя часть литосферы, но и гидросфера. Поверхность Земли (почвы и растительность) является биогеохимическим барьером на пути миграции элементов от источника выбросов в атмосферу и осаждения на поверхности суши – до водного объекта. В лесных биогеоценозах древесные растения являются мощным средообразующим фактором, перераспределяя атмосферное поступление элементов, изменяя свойства почв, их кислотность и режим элементов [2]. В условиях природной по геологическим условиям чувствительности территории к закислению почв и вод может усиливаться миграция и обогащение вод элементами [3].
Исследования целостной системы от выпадений элементов из атмосферы и миграции на водосборе крайне редки. Для оценки эволюции биосферных процессов и рассеивания элементов необходимо понимание их круговорота на фоновых участках, отражающих глобальные процессы поведения элементов в природных условиях.
Целью работы было выявить закономерности трансформации концентрации элементов в системе “атмосферные осадки–кроновые воды–почвенные воды”, дать характеристику процессам обогащения элементами почв и вод в фоновом регионе.
Исследования велись на территории Валдайского национального парка. Для наблюдения за химическим составом почвенных вод, внутрипрофильной миграции элементов, а также трансформации атмосферных осадков, прошедших сквозь полог древостоя, были заложены лизиметры в подкроновом пространстве елей на водосборе оз. Гусиного, которое можно отнести к чувствительным к кислотным выпадениям по геологическим условиям водосбора (отсутствие известняков в тульском горизонте каменноугольных отложений, четвертичные отложения – флювиогляциальные отложения, представленные песками с гравием и галькой). Водосбор оз. Гусиное расположен в зоне южной тайги умеренного климата с избыточным увлажнением. Рельеф водосбора озера холмисто-моренный, значительная часть водосбора заболочена, в древесном ярусе преобладает ель. В районе закладки лизиметров находятся подзолистые почвы, исследовался 30 см слой почвы (0–10 см – органический горизонт, 10–20 см – элювиальный горизонт, 20–30 см – иллювиальный горизонт).
В начале июня были установлены гравитационные с ненарушенным монолитом лизиметры конструкции Джона Дерома [4]. Было заложено 2 лизиметра под элювиальным и иллювиальным горизонтами. Одновременно на открытом участке местности (осадкомерный полигон Валдайского филиала ГГИ) и на водосборе оз. Гусиного под кроной деревьев (кроновые воды) были установлены осадкоприемники. Наблюдения за химическим составом атмосферных осадков, кроновых и почвенных вод велось ежемесячно с 09.06.2015 по 19.10.2015 г.
Анализы гидрохимических параметров проводились стандартными методами в течение 48 часов после отбора проб. Микроэлементный состав атмосферных осадков, кроновых и почвенных вод, а также в образцах почв после соответствующей пробоподготовки определяли методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (iCAP-6500, “Thermo Scientific”, США) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (Х-7, “Thermo Scienti-fic”, США).
Концентраций элементов в почве нормировали относительно таковых в песчаных осадочных породах [5]. Коэффициенты водной миграции элементов в почвенных водах рассчитывались по А.И. Перельману [6] относительно содержания элементов в исследуемых горизонтах почвы.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ, КРОНОВЫХ, ПОЧВЕННЫХ ВОД
Результаты химического анализа атмосферных осадков (АО), кроновых вод (КВ), почвенных и озерных вод в летне-осенний период 2015 г. приведены в табл. 1.
Максимальные концентрации основных ионов минерализации и большинства микроэлементов наблюдались в более сухие месяцы года (июнь, август, октябрь), тогда как биогенных элементов – смещались на август и сентябрь. Минимальные концентрации наблюдались в дождливые месяцы (июль, август).
Сравнение химического состава КВ с АО показывает значительное их обогащение основными ионами, биогенными элементами и микроэлементами (для таких биофильных элементов, как Zn, Cu, Mn, Rb – на порядок) при более низких значениях рН кроновых вод. Исключения составляют более высокие концентрации таких элементов, как Ni, Co и Pb, в АО на открытой местности. Причем концентрации основных ионов минерализации, углерода, форм азота, Al, Fe в атмосферных выпадениях, а также концентрации ионов водорода могут увеличиваться на порядок: в кроновых водах по сравнению с осадками в межкроновом пространстве и в стволовых водах по сравнению с кроновыми [7].
Ретроспективный анализ современного состояния атмосферных выпадений показал, что средние значения главных ионов и форм азота в АО не сильно изменились с 60-х годов прошлого века по пункту “Валдай” за 1958–1961 гг. [8].
Микроэлементный состав АО и КВ также исследовался на лесном водосборе Таежного лога (Валдай) в 1983–1984 гг. [9]. К 2015 г. произошло снижение концентраций Cr (до значений меньше порога обнаружения), Pb, Fe и Mn, но значительное увеличение Zn и Cu как в атмосферных осадках, так и в кроновых водах.
Почвенные воды гумусового и подзолистого горизонтов обогащались практически всеми элементами и превышали их концентрации в кроновых водах, за исключением Na, Mg, К, Zn, Cu, Мо, а также Rb, Sn, Sb. Почвенные воды иллювиального горизонта отличались меньшими концентрациями элементов от таковых гумусового и подзолистого горизонтов, за исключением в основном сульфатов, Na и Са (табл. 1). В 1980–1983 гг. исследование химического состава почвенных вод дерново-подзолистых суглинистых почв под ельником велось также в Таежном логе [10]. По сравнению с суглинистыми почвами в почвенных водах песчаной почвы за исключением в некоторой степени Na, Si и Fe содержание остальных сравниваемых показателей ниже, особенно для К и N.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВЫ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ВОДНОЙ МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОЧВЕННЫМИ ВОДАМИ
В профильном распределении содержания большинства элементов закономерно проявляется элювиально-иллювиальный характер (особенно для Са и Mg). Исключение составляют Fe, Mn, Rb, Pb, Mo, As, V, Sn, Sb, Cs, Bi, W и Tl (табл. 2), которые, по-видимому, закрепляются в органогенном горизонте почв, их биогеохимическая миграция определяется как особенностями биогеоценоза, так и, возможно, усилена процессами современного техногенеза. Нормированные величины концентраций элементов в почвах водосбора оз. Гусиного по сравнению с песчаными осадочными породами показывают обогащение Mn, K, Co, Ba, V, Sb и Cs более чем в 10 раз, а Pb, Ni, Sr и Th – более чем в 2 раза. В органогенном и подзолистом горизонтах происходит концентрирование Mo и As, в иллювиальном горизонте – Zn и U (табл. 2). При росте технофильности Fe, Ti, Sr, Li, Al, Cr, Ni, Co, Nb, Tr, Ga, B, I на протяжении полувека, в последние 20 лет увеличилась технофильность Y, V, In, Pd, Pt, Re, Mo, Bi, Sb, Cu, Zn [1].
Таблица 1.
Параметры | Атмосферные осадки | Кроновые воды | Почвенные воды | |
---|---|---|---|---|
0–20 см | 0–30 см | |||
pH | 6.41 (5.44–6.86) | 5.71 (5.21–6.34) | 5.11 (4.22–6.97) | 6.00 (5.72–6.29) |
χ, мкСм/см | 63.4 (7.50–232) | 50.7 (18.6–159) | 60.2 (43.1–102) | 90.3 (65.0–108) |
Ca2+, мг/л | 1.60 (0.73–3.16) | 2.14 (1.03–6.06) | 2.41 (1.28–3.66) | 3.44 (3.16–3.86) |
Mg2+, мг/л | 0.13 (0.06–0.33) | 0.45 (0.22–1.12) | 0.40 (0.30–0.51) | 0.62 (0.56–0.74) |
Na+, мг/л | 1.47 (0.08–4.80) | 1.99 (0.28–8.47) | 1.94 (0.43–3.73) | 6.15 (4.84–8.16) |
K+, мг/л | 0.31 (0.08–1.05) | 5.75 (1.35–21.1) | 5.37 (1.85–18.7) | 1.46 (1.34–1.70) |
НСО$_{3}^{ - }$, мг/л | 2.56 (0.63–4.50) | 3.13 (0.60–4.50) | 5.02 (1.11–8.40) | 2.51 (1.20–3.92) |
SO$_{4}^{{2 - }}$, мг/л | 4.29 (0.54–15.5) | 5.57 (1.85–18.5) | 5.78 (2.86–11.4) | 12.0 (8.20–15.0) |
Cl–, мг/л | 1.34 (0.10–4.50) | 2.12 (0.25–7.65) | 3.07 (1.20–7.89) | 1.72 (1.10–2.25) |
Цв., °Cr-Co | 20.3 (3.50–65.0) | 96.6 (83.0–140) | 244 (115–395) | 123 (95.4–153) |
Сорг, мгС/л | 7.96 (3.38–20.1) | 49.3 (13.8–75.2) | 79.1 (28.9–151) | 70.5 (35.6–93.7) |
PO$_{4}^{{3 - }}$, мкгP/л | 6.35 (0.05–23.3) | 68.6 (0.50–130) | 293 (3.80–1260) | 117 (103–141) |
NO$_{2}^{ - }$, мкгN/л | 19.8 (0–96.5) | 39.5 (0.61–122) | 292 (1.83–1080) | 60.1 (6.70–152) |
NO$_{3}^{ - }$, мкгN/л | 76.9 (0.23–203) | 124 (0–271) | 495 (90.3–1547) | 670 (497–1016) |
NH$_{4}^{ + }$, мкгN/л | 196 (15.6–684) | 228 (11.7–661) | 311 (7.78–786) | 28.5 (7.78–70.0) |
Si, мг/л | 0.06 (0.02–0.13) | 0.21 (0.08–0.48) | 1.87 (1.09–2.47) | 3.00 (2.36–3.95) |
Al, мкг/л | 20.1 (5.92–68.6) | 151 (29.9–544) | 1515 (1033–1880) | 924 (857–996) |
Fe, мкг/л | 11.1 (<8–25.5) | 42.2 (16.7–99.2) | 397 (227–451) | 159 (141–179) |
Mn, мкг/л | 4.67 (2.96–7.65) | 195 (94.5–329) | 386 (298–529) | 221 (138–281) |
Sr, мкг/л | 10.5 (2.51–19.5) | 5.45 (2.05–17.1) | 11.6 (6.45–14.9) | 16.5 (15.3–18.5) |
Ba, мкг/л | 4.77 (2.12–6.62) | 14.0 (5.23–42.7) | 48.9 (4.54–68.3) | 43.5 (37.2–48.6) |
B, мкг/л | 2.47 (<0.5–4.65) | 13.8 (6.40–27.5) | 14.0 (7.02–21.4) | 16.9 (15.0–17.9) |
Zn, мкг/л | 258 (13.0–497) | 1875 (1082–3224) | 1383 (540–2063) | 2472 (1059–2063) |
Cu, мкг/л | 45.1 (2.80–24.4) | 376 (227–548) | 353 (210–435) | 244 (126–362) |
Ni, мкг/л | 10.7 (0.76–28.6) | 1.63 (0.48–5.33) | 4.55 (2.62–10.3) | 3.45 (3.06–3.71) |
Co, мкг/л | 1.56 (0.42–4.29) | 0.21 (<0.07–0.61) | 1.21 (0.74–1.46) | 0.33 (0.30–0.37) |
Pb, мкг/л | 1.21 (0.35–4.00) | 1.06 (0.46–2.88) | 3.16 (1.44–7.44) | 2.30 (1.38–3.17) |
Cd, мкг/л | 0.070 (<0.007–0.110) | 0.090 (0.030–0.230) | 0.200 (0.160–0.230) | 0.197 (0.150–0.217) |
As, мкг/л | 0.22 (<0.07–0.75) | 0.19 (<0.07–0.70) | 0.56 (0.35–0.84) | 0.53 (0.45–0.58) |
V, мкг/л | 0.08 (<0.07–0.16) | 0.26 (<0.07–0.71) | 0.55 (0.14–0.89) | 0.45 (0.41–0.47) |
Mo, мкг/л | 0.137 (0.043–0.259) | 0.147 (0.066–0.327) | 0.087 (0.042–0.167) | 0.094 (0.066–0.116) |
Hg, мкг/л | <0.01 | 0.01 (<0.01–0.03) | 0.03 (<0.01–0.06) | 0.02 (<0.01–0.04) |
Be, мкг/л | <0.004 (<0.004–0.007) | 0.011 (<0.004–0.037) | 0.095 (0.049–0.115) | 0.069 (0.056–0.077) |
Sn, мкг/л | 0.094 (0.018–0.234) | 0.178 (0.051–0.310) | 0.152 (0.054–0.486) | 0.047 (0.035–0.060) |
Sb, мкг/л | 0.174 (0.068–0.413) | 0.227 (0.090–0.688) | 0.179 (0.099–0.351) | 0.189 (0.144–0.267) |
Ti, мкг/л | <0.70 (<0.70–0.77) | 1.02 (<0.70–3.21) | 4.49 (3.19–5.42) | 4.00 (3.50–4.30) |
Li, мкг/л | 0.194 (0.041–0.387) | 0.373 (0.118–0.688) | 1.10 (0.102–2.50) | 1.63 (1.33–1.97) |
Rb, мкг/л | 0.611 (0.170–1.43) | 19.1 (8.11–41.3) | 17.1 (3.67–56.1) | 8.51 (6.46–9.24) |
Y, мкг/л | 0.024 (0.008–0.051) | 0.066 (0.020–0.193) | 0.813 (0.510–1.04) | 0.562 (0.556–0.567) |
Zr, мкг/л | 0.013 (<0.005–0.055) | 0.066 (0.024–0.195) | 0.321 (0.218–0.387) | 0.324 (0.264–0.400) |
Cs, мкг/л | 0.026 (0.006–0.049) | 0.064 (0.018–0.130) | 0.094 (0.015–0.284) | 0.054 (0.049–0.059) |
Bi, мкг/л | 0.002 (<0.001–0.005) | 0.013 (0.004–0.033) | 0.012 (0.007–0.024) | 0.005 (0.004–0.006) |
W, мкг/л | 0.014 (<0.005–0.028) | 0.016 (<0.005–0.043) | 0.033 (0.015–0.072) | 0.024 (0.019–0.030) |
Tl, мкг/л | 0.031 (0.006–0.077) | 0.070 (0.026–0.202) | 0.092 (0.029–0.264) | 0.052 (0.050–0.056) |
La, мкг/л | 0.040 (0.012–0.071) | 0.094 (0.027–0.303) | 1.35 (0.851–1.72) | 0.621 (0.580–0.691) |
Ce, мкг/л | 0.102 (0.027–0.216) | 0.203 (0.049–0.654) | 2.97 (1.73–3.20) | 1.33 (1.25–1.41) |
Th, мкг/л | 0.006 (<0.002–0.027) | 0.023 (0.004–0.078) | 0.173 (0.154–0.206) | 0.122 (0.112–0.130) |
U, мкг/л | 0.005 (0.001–0.011) | 0.011 (0.006–0.029) | 0.022 (0.015–0.032) | 0.028 (0.026–0.033) |
Таблица 2.
Элемент | Содержание в почве | Нормированные величины концентраций элементов в почве | Коэффициенты водной миграции в почвенных водах | |||
---|---|---|---|---|---|---|
0–20 см | 20–30 см | |||||
мкг/г | 0–20 см | 20–30 см | 0–20 см | 0–30 см | ||
Ca | 2442 | 3101 | 0.06 | 0.08 | 25.6 | 22.4 |
Mg | 1329 | 2076 | 0.19 | 0.30 | 7.89 | 6.84 |
Na | 4453 | 6053 | 1.67 | 1.86 | 9.13 | 18.6 |
K | 13 278 | 13 627 | 12.5 | 12.8 | 10.5 | 1.88 |
Al | 27 698 | 31 025 | 1.13 | 1.26 | 1.39 | 0.54 |
Fe | 12 260 | 12 132 | 1.28 | 1.27 | 0.82 | 0.23 |
Mn | 659 | 538 | x00 | x00 | 14.9 | 6.04 |
Sr | 80.3 | 90.5 | 4.01 | 4.53 | 3.76 | 3.42 |
Ba | 376 | 446 | x0 | x0 | 3.38 | 1.89 |
Zn | 28.4 | 37.0 | 1.78 | 2.32 | 1264 | 1367 |
Cu | 4.36 | 6.31 | 0.x | 0.x | 2104 | 841 |
Ni | 5.58 | 9.74 | 2.79 | 4.87 | 21.2 | 8.56 |
Co | 3.31 | 4.23 | 11.0 | 14.1 | 9.51 | 1.60 |
Pb | 16.4 | 14.9 | 2.34 | 2.13 | 5.00 | 2.51 |
Cd | 0.068 | 0.070 | x | x | 76.0 | 49.7 |
As | 2.58 | 1.16 | 2.58 | 1.16 | 5.61 | 4.36 |
V | 30.8 | 26.5 | 15.4 | 13.2 | 0.46 | 0.26 |
Mo | 0.92 | 0.18 | 4.61 | 0.91 | 2.46 | 2.42 |
Hg | 0.019 | 0.019 | – | – | 35.6 | 15.6 |
Be | 0.66 | 1.16 | x | x | 3.71 | 1.44 |
Sn | 0.661 | 0.513 | x | x | 5.97 | 1.34 |
Sb | 0.210 | 0.127 | x0 | x0 | 22.2 | 17.9 |
Ti | 1400 | 1536 | 1.22 | 1.34 | 0.06 | 0.04 |
Li | 7.83 | 9.75 | 0.52 | 0.65 | 3.66 | 3.32 |
Rb | 52.3 | 51.1 | 0.87 | 0.85 | 8.50 | 2.83 |
Y | 6.87 | 7.70 | 0.17 | 0.19 | 3.07 | 1.36 |
Zr | 98.5 | 110 | 0.44 | 0.50 | 0.09 | 0.06 |
Cs | 1.18 | 1.16 | x0 | x0 | 2.06 | 0.80 |
Bi | 0.097 | 0.080 | – | – | 3.30 | 0.97 |
W | 0.383 | 0.348 | 0.24 | 0.22 | 2.26 | 1.10 |
Tl | 0.344 | 0.324 | – | – | 6.95 | 2.68 |
La | 13.6 | 15.3 | 0.45 | 0.51 | 2.57 | 0.76 |
Ce | 27.2 | 28.4 | 0.30 | 0.31 | 2.83 | 0.83 |
Th | 3.53 | 4.15 | 2.07 | 2.44 | 1.27 | 0.56 |
U | 0.850 | 0.933 | 1.89 | 2.07 | 0.67 | 0.54 |
Примечания. Нормированные величины концентраций приведены относительно песчаных осадочных пород [5]. Жирным шрифтом выделены значения более 2 для нормированных величин концентраций и более 5 для коэффициентов водной миграции.
В целом для всего исследуемого периода в почвенных водах интенсивность водной миграции элементов (табл. 2), оцениваемая по отношению к их содержанию в бедных песчаных почвах водосбора оз. Гусиного, крайне высока для Zn и Cu, значительна для Hg, Cd, Sb, Pb, As, а также Са, Mg, Na. В почвенных водах гумусового и подзолистого горизонтов интенсивность водной миграции значительно усиливается для K, Mn, Со, также отмечается ее некоторое усиление для Rb, Ni, Bi, Sn, Tl по сравнению с иллювиальным горизонтом почв.
БЮДЖЕТ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВЕННОМ ПРОФИЛЕ
В табл. 3 представлены средние потоки элементов с атмосферными осадками и кроновыми водами, а также рассчитанный бюджет элементов в 30-см слое исследуемых почв в летне-осенний период 2015 г.
Таблица 3.
Элемент | Поступление с АО | Поступление с КВ | Поглощение | Возврат | Вынос за пределы почвенного профиля | Отношение КВ/АО | Отношение поглощение/возврат |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Ca | 1760 | 2337 | 1220 | 782 | 1899 | 1.32 | 1.56 |
Mg | 133 | 518 | 251 | 59.5 | 327 | 3.87 | 4.23 |
Na | 816 | 1368 | 398 | 1664 | 2634 | 1.72 | 0.24 |
K | 256 | 4793 | 2300 | 543 | 3036 | 18.7 | 4.24 |
Снеорг | 669 | 955 | 636 | 392 | 711 | 1.43 | 1.62 |
S | 671 | 1729 | 699 | 1187 | 2217 | 1.76 | 0.59 |
Cl | 1039 | 1758 | 1485 | 1443 | 1716 | 1.69 | 1.03 |
Сорг | 12 247 | 90 529 | 79 365 | 34 245 | 45 409 | 7.34 | 2.32 |
P(PO$_{4}^{{3 - }}$) | 19.4 | 85.2 | 66.5 | 187 | 206 | 4.39 | 0.36 |
N(ΣNмин) | 681 | 655 | 1037 | 1060 | 678 | 0.96 | 0.98 |
Si | 71.7 | 285 | 1278 | 2453 | 1460 | 3.97 | 0.52 |
Al | 29.6 | 143 | 1286 | 1935 | 792 | 4.78 | 0.67 |
Fe | 22.4 | 54.1 | 378 | 491 | 167 | 2.34 | 0.77 |
Mn | 7.44 | 261 | 260 | 217 | 218 | 34.6 | 1.20 |
Sr | 9.97 | 5.45 | 0 | 20.2 | 25.5 | 0.54 | 0 |
Ba | 8.99 | 13.8 | 37.3 | 56.9 | 33.4 | 1.50 | 0.66 |
B | 3.23 | 19.1 | 10.6 | 0.68 | 9.18 | 5.84 | 9.33 |
Zn | 411 | 2757 | 2144 | 134 | 747 | 6.72 | 16.1 |
Cu | 70.6 | 603 | 529 | 55.2 | 129 | 8.66 | 9.59 |
Ni | 14.1 | 1.67 | 2.05 | 3.32 | 2.94 | 0.12 | 0.62 |
Co | 2.32 | 0.232 | 1.22 | 1.43 | 0.442 | 0.10 | 0.85 |
Pb | 3.81 | 1.28 | 1.64 | 2.15 | 1.79 | 0.33 | 0.76 |
Cd | 0.120 | 0.108 | 0.129 | 0.144 | 0.123 | 0.89 | 0.89 |
As | 0.100 | 0.180 | 0.326 | 0.520 | 0.374 | 1.80 | 0.63 |
V | 0.107 | 0.323 | 0.402 | 0.364 | 0.285 | 3.00 | 1.10 |
Mo | 0.173 | 0.233 | 0.182 | 0.011 | 0.062 | 1.39 | 16.0 |
Hg | 0 | 0.027 | 0.027 | 0.013 | 0.013 | – | 2.08 |
Be | 0.001 | 0.014 | 0.078 | 0.117 | 0.053 | 14.0 | 0.67 |
Sn | 0.128 | 0.236 | 0.193 | 0.032 | 0.075 | 1.84 | 6.03 |
Sb | 0.212 | 0.245 | 0.145 | 0.015 | 0.115 | 1.16 | 9.67 |
Ti | 0.053 | 1.23 | 3.36 | 4.87 | 2.74 | 23.2 | 0.69 |
Li | 0.192 | 0.363 | 0.958 | 1.57 | 0.973 | 1.89 | 0.61 |
Rb | 0.601 | 25.3 | 18.2 | 3.24 | 10.3 | 42.1 | 5.62 |
Y | 0.037 | 0.077 | 0.703 | 1.05 | 0.427 | 2.08 | 0.67 |
Zr | 0.006 | 0.072 | 0.234 | 0.370 | 0.208 | 12.0 | 0.63 |
Cs | 0.029 | 0.084 | 0.052 | 0.024 | 0.056 | 2.90 | 2.17 |
Bi | 0.003 | 0.016 | 0.012 | 0.002 | 0.006 | 5.33 | 6.00 |
W | 0.018 | 0.021 | 0.019 | 0.016 | 0.018 | 1.17 | 1.19 |
Tl | 0.034 | 0.078 | 0.044 | 0.020 | 0.054 | 2.29 | 2.20 |
La | 0.055 | 0.098 | 1.27 | 1.77 | 0.598 | 1.78 | 0.72 |
Ce | 0.124 | 0.217 | 2.85 | 3.92 | 1.29 | 1.75 | 0.73 |
Th | 0.002 | 0.024 | 0.126 | 0.201 | 0.099 | 12.0 | 0.63 |
U | 0.007 | 0.013 | 0.013 | 0.015 | 0.015 | 1.86 | 0.87 |
Увеличение поступления многих элементов с кроновыми водами по сравнению с атмосферными осадками отмечается многими исследованиями [7, 9, 11]. Данное явление объясняется смывом и выщелачиванием как накопленных продуктов метаболизма, так и сухих выпадений (пыли) с поверхности кроны. Можно сопоставить поступление элементов с атмосферными осадками и кроновыми водами с таковыми в еловых лесах Богемии вдали от индустриальных центров и городов на водосборе, сложенном гранитами [11]. Так, с атмосферными осадками на исследуемую территорию при несколько меньших потоках Al, Fe и Mn, в два раза и более поступает сульфатов, хлоридов, Ca, Mg, Na, K, Rb, Pb, Cd и более чем в 10 раз Zn. Например, по оценкам атмосферное поступление Zn и Cu с пылью может достигать 0.5–30 и 0.07–5 мкг/м2 сутки в фоновых районах и 7–1400 и 20–600 мкг/м2 сутки, соответственно, в урбанизированных районах [12]. Поступление Zn и Cu на водосборе оз. Гусиного с атмосферными осадками соответствует уровню их поступления с пылью в урбанизированных районах, а с кроновыми водами даже превосходит. В еловых лесах Богемии кроновые воды значительно обогащаются Rb (в 30 раз), К (в 18 раз) и Mn (в 8 раз). Обогащение кроновых вод этими элементам, по-видимому, связано с большим оборотом в метаболических процессах (крайне необходимого элемента питания К, его гомолога Rb и необходимого для углеводного обмена и фотолиза воды при фотосинтезе Mn). Кроновые воды на водосборе оз. Гусиного в большей степени обогащаются этими элементами, а также в значительной степени не только Р, органическим С, Zn, Cu, В, но и Ti, Zr, Al, Be, Th и Bi.
Самыми высокими коэффициентами биологического поглощения у различных растений характеризуются марганец и бор, а у рубидия он больше, чем у цинка и кальция [4]. Хотя, представленное в табл. 3, отношение величин поглощения элемента к его возврату отчасти характеризует и его аккумуляцию в почве, это отношение велико не только для В, K, Mg, Zn, Cu, Мо, но и для Rb, Bi, Sb, Sn.
Не менее интересно соотношение приходных и расходных составляющих бюджета элементов в 30 см слое исследуемых почв. Если вынос фосфора за пределы почвенного профиля превосходил более чем в два раза его поступления с кроновыми водами, то для азота они приблизительно равны. Например, показано, что продуктивность озер в тундре и тайге больше лимитируется поступлением азота, чем фосфора, в отличие от смешанных лесов и степей [13]. В 80-х годах прошлого столетия в суглинистых почвах ельников Валдайской возвышенности баланс минеральных веществ был отрицательным за исключением аммонийного азота [14]. Даже окультуривание песчаных подзолистых и дерново-подзолистых почв незначительно сказывается на содержании в них минеральных соединений азота, в отличие от фосфора, а также калия [15]. Превалирующий вынос характерен для сульфатов и Na, также превалирующе выщелачиваются не только Si, Al, Fe, Sr, Ва, Ti, Y, Zr, La, Ce, Be, Th, но и Cd, Pb, As, Ni. Несмотря на крайне высокие коэффициенты водной миграции в почвенных водах у Zn и Cu и отмеченное увеличение их поступления с АО и КВ по сравнению с предыдущими десятилетиями, превалирующего выноса их за пределы почвенного профиля не происходит, что может свидетельствовать об удержании и рециркуляции меди и цинка в экосистеме водосбора оз. Гусиного. Также следует отметить, что вынос за пределы почвенного профиля не превосходил поступления с КВ не только для К, Mg, Са, Mn, Мо, Со, В, Li, но и Rb, Cs, Sb, Sn, W, Bi, V, Tl, Hg аккумулировались в почве.
Таким образом, несмотря на то, что исследованная площадка находилась в фоновом регионе на территории национального парка, возможными причинами антропогенного влияния могут быть: 1) глобальный интенсивный техногенез прошедшего столетия 2) влияние воздушного трансрегионального переноса загрязненных масс из более отдаленных индустриальных регионов; 3) ускорением в целом биологического круговорота в связи с наблюдаемым в прошедшие десятилетия потеплением климата.
Список литературы
Геохимия ландшафтов и география почв. 100 лет со дня рождения М.А. Глазовской. М.: АПР, 2012. 600 с.
Лукина Н.В., Полянская Л.М., Орлова М.А. Питательный режим почв северотаежных лесов. М.: Наука, 2008. 342 с.
Моисеенко Т.И, Гашкина Н.А. // Водные ресурсы. 2011. Т. 38. № 1. С. 39–56.
Рассеянные элементы в бореальных лесах. М.: Наука, 2004. 616 с.
Turekian K.K., Wedepohl K.H. // Geological Society of America Bulletin. 1961. V. 72. P. 175–192.
Перельман А.И. Геохимия природных вод. М.: Наука, 1982. 154 с.
Лукина Н.В., Горбачева Т.Т. Горбачева, Никонов В.В., Лукина М.А. // Почвоведение. 2002. № 2. С. 163–176.
Никоноров А.М. Гидрохимия. СПб: Гидрометеоиздат, 2001. 444 с.
Алексеенко В.А. // Вод. ресурсы. 1989. № 6. С. 91–96.
Шитикова Т.Е. // Почвоведение. 1986. № 4. С. 27–38.
Fišák J., Skřivan P.,Tesař M., Fottová D., Dobešová I., Navrátil T. // Biologia, Bratislava. 2006. V. 61. № 19. P. S255–S260.
Norra S., Stüben D. // Environ. Monit. Assess. 2004. V. 93. P. 203–228.
Гашкина Н.А. // Вод. ресурсы. 2011. Т. 38. № 3. С. 325–345.
Базилевич Н.И., Шитикова Т.Е. // Почвоведение.1989. №7. С. 11–23.
Иванов И.А., Иванов А.И., Цыганова Н.А. // Почвоведение. 2004. № 4. С. 489–499.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Доклады Российской академии наук. Науки о Земле