Geochemical Peculiarities of the Peat Litter’s Morphometric Fractions in the Swamp Birch Forests of Western Siberia’s Southern Taiga

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Peat litter of moss-woody composition was studied in swamp birch (Betula pubescens Ehrh.) forests of the grass-mossy forest types in the northern part of the Ob and Tom interfluve (geographical coordinates N 56°23′186″, E 084°32′519″). The litter samples are characterized by a low base saturation of 35.6%; an acidic reaction (\({\text{p}}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{H}}}_{2}}{\text{O}}}}}\) 4.0); and an ash content of 8.9%. The average content of macro- and microelements forms the following descending series, mg/kg: Ca5105 > Fe4201 > Al3614 > K986 > Mg893 > Mn468 > Sr230 > Na153 > > Zn51 > Pb13 > Cu6.8 > Ni5 > Cr4.6 > Co2.9 > Cd0.2. According to the factor analysis, the mineral component composition of the litter during the plant residues destruction is 57% determined by the variability of the heavy metals content, 37% by the content of alkali, alkaline earth, Zn and Cd. Using the tree clustering method, the morphometric fractions of plant fragments (derivatives) were organized as follows: >10 mm, [(10–5) + + (5–3) + (3–2) + (2–1)] and [(1–0.5) + (0.5–0.25) + <0.25] mm. Discriminant analysis showed 100% fit in the corresponding group. Al and Ca make the greatest contribution to the prediction. As plant fragments decompose, heavy metals and aluminium gradually accumulate while alkali and alkaline earth metals get washed away, the processes being most active at the fermentation stage. The distribution of mineral components in litter derivatives is consistent with their humus state. In small morphometric fractions, compared to large fragments, the ratio (∑HA + ∑FA)/polysaccharides expands, the C/N value gets lower, humic and fulvic acids accumulation occurs mainly for the 1st fraction ones. Peat litter is characterized by an average, moderately dangerous level of pollution: the total pollution index (Zc) is 18. The toxicants composition is dominated by Pb and Zn – chemical elements of the hazard class I.

About the authors

T. T. Efremova

Forest Institute of the Siberian Branch of the RAS

Author for correspondence.
Email: efr2@ksc.krasn.ru
Russia, 660036, Krasnoyarsk, Akademgorodok, 50, bldg. 28

S. P. Efremov

Forest Institute of the Siberian Branch of the RAS

Email: efr2@ksc.krasn.ru
Russia, 660036, Krasnoyarsk, Akademgorodok, 50, bldg. 28

A. F. Avrova

Forest Institute of the Siberian Branch of the RAS

Email: efr2@ksc.krasn.ru
Russia, 660036, Krasnoyarsk, Akademgorodok, 50, bldg. 28

References

  1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
  2. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. 288 с.
  3. Безносиков В.А., Лодыгин Е.Д., Кондратенок Б.М. Оценка фонового содержания тяжелых металлов в почвах европейского северо-востока России // Почвоведение. 2007. № 9. С. 1064–1070.
  4. Бернатонис В.К., Архипов В.С., Здвижков М.А., Прейс Ю.И., Тихомирова Н.О. Геохимия растений и торфов Большого Васюганского болота. Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития. Томск: Институт оптики атмосферы СО РАН, 2002. С. 204–215.
  5. Богатырев Л.Г., Демин В.В., Матышак Г.В., Сапожникова В.А. О некоторых теоретических аспектах исследования лесных подстилок // Лесоведение. 2004. № 4. С. 17–29.
  6. Богатырев Л.Г., Алябина И.О., Маречек М.С., Самсонова В.П., Кириченко А.В., Коновалов С.Н. Подстилка и гумусообразование в лесных формациях Камчатки // Лесоведение. 2008. № 3. С. 28–38.
  7. Богуш А.А, Бобров В.А., Климин М.А., Бычинский В.А., Леонова Г.А, Кривоногов С.К., Кондратьева Л.М., Прейс Ю.И. Особенности формирования отложений и концентрирования элементов в профиле торфяника Выдринский (Южное Прибайкалье) // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 2. С. 194–208. https://doi.org/10.15372/GiG2019012
  8. Василевич Р.С. Макро- и микроэлементный состав мерзлотных бугристых торфяников лесотундры европейского северо-востока России // Геохимия. 2018. № 12. С. 1158–1172.
  9. ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. М.: Стандартинформ, 2008. 4 с.
  10. Ефремова Т.Т., Аврова А.Ф., Ефремов С.П., Мелентьева Н.В. Стадийность трансформации органического вещества подстилок болотных березняков // Почвоведение. 2009. № 10. С. 1203–1212.
  11. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П. Эколого-геохимическая оценка уровней загрязнения тяжелыми металлами и серой бугристых торфяников юга Таймыра // Сибирский экологический журн. 2014. № 6. С. 965–974.
  12. Железнова О.С., Тобратов С.А. Роль растительности в регулировании потоков тяжелых металлов в подтаежных лесных экосистемах центра Восточно-Европейской равнины // Лесоведение. 2021. № 1. С. 11–27.
  13. Инишева Л.И., Цыбукова Т.Н. Эколого-геохимическая оценка торфов юго-востока Зпадно-Сибирской равнины // География и природные ресурсы. 1999. № 1. С. 45–51.
  14. Ким Дж.-О., Мьюллер Ч.У., Клекка У.Р., Олдендерфер М.С., Блэшфилд Р.К. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.
  15. Леонова Г.А., Мальцев А.Е., Бадмаева Ж.О., Шавекин А.С., Рубанов М.В., Прейс Ю.И. Геоэкологическая оценка степени антропогенного загрязнения тяжелыми металлами экосистем верховых болот лесостепной зоны Западной Сибири // Экология промышленного производства. 2018. № 2(102). С. 64–73.
  16. Лесной фонд России (по данным государственного учёта лесного фонда по состоянию на 1 января 1998 г.). Справочник. М.: ВНИИЦлесресурс, 1999. 650 с.
  17. Липатов Д.Н., Щеглов А.И., Манахов Д.В., Карпухин М.М., Завгородняя Ю.А., Цветнова О.Б. Распределение тяжелых металлов и бенз(а)пирена в торфяных олиготрофных почвах и торфяно-глееземах на северо-востоке о. Сахалин // Почвоведение. 2018. № 5. С. 551–562.
  18. Мелентьева Н.В. Почвы осушенных лесных болот. Новосибирск: Наука. 1980. 128 с.
  19. Московченко Д.В. Биогеохимические особенности верховых болот Западной Сибири // География и природные ресурсы. 2006. № 1. С.63–70.
  20. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: МГУ, 1990. 325 с.
  21. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 768 с.
  22. Пономарева В.В., Николаева Т.А. Методы изучения органического вещества в торфяно-болотных почвах // Почвоведение. 1961. № 5. С. 88–95.
  23. Пьявченко Н.И., Корнилова Л.И. О диагностических показателях типов торфа // Почвоведение. 1978. № 10. С. 146–153.
  24. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.
  25. Сапожников А.П. Лесная подстилка – номенклатура, классификация и индексация // Почвоведение. 1984. № 5. С. 96–105.
  26. Тарханов С.Н. Содержание серы и тяжелых металлов в хвойных насаждениях бассейна Северной Двины при аэротехногенном загрязнении // Лесоведение. 2011. № 3. С. 26–33.
  27. Федорец Н.Г., Солодовников А.Н. Воздействие эмиссий Костомукшского горно-обогатительного комбината на лесные подстилки сосняков в северотаежной подзоне Карелии // Труды Карельского научного центра. 2013. № 6. С. 143–152.
  28. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных: Учебник. 3-е изд. М.: ООО “Бином-Пресс”, 2007. 515 с.
  29. Щеглов А.И., Цветнова О.Б., Богатырев Л.Г. Экологическая роль лесных подстилок в миграции техногенных загрязнителей // Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2005. С. 248–268.
  30. Bao K., Wang G., Jia L., Xing W. Anthropogenic impacts in the Changbai Mountain region of NE China over the last 150 years: geochemical records of peat and altitude effects // Environmental Science and Pollution Research. 2019. V. 26. № 8. P. 7512–7524. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04138-w
  31. Bao K., Wang G., Pratte S., Mackenzie L., Klamt A.M. Historical variation in the distribution of trace and major elements in a poor fen of Fenghuang Mountain, NE China // Geochemistry International. 2018. V. 56. № 10. P. 1003–1015.
  32. Ernst W.H.O. Evolution of metal tolerance in higher plants // Forest Snow & Landscape Research. 2006. V. 80. № 3. P. 251–274.
  33. Fiakiewicz-Kozie B., Smieja-Król B., Palowski B. Heavy metal accumulation in two peat bogs from southern Poland // Studia Quaternaria. 2011. V. 28. P. 17–24.
  34. Jia L., Wang G., Liu J. Distribution and implications of the elements of peat profiles in the Jinbei bog of the Changbai Mountains // Wetland Sci. 2006. № 4. P. 187–192. (in Chinese with English abstract)
  35. Mayer P.M. Ecosystem and decomposer effects on litter dynamics along an old field to old–growth forest successional gradient // Acta Oecologica. 2008. V. 33. № 2. P. 222–230.
  36. Maestri E., Marmiroli M., Visioli G., Marmiroli N. Metal tolerance and hyperaccumulation: Costs and trade-offs between traits and environment // Environmental and Experimental Botany. 2010. V. 68. № 1. P. 1–13.
  37. Orru H., Orru M. Sources and distribution of trace elements in Estonian peat // Global and Planetary Change. 2006. V. 53. P. 249–258.
  38. Rausch N., Nieminen T., Ukonmaanaho L., Le Roux G., Krachler M., Cheburkin A.K., Bonani G., Shotyk W. Comparison of atmospheric deposition of copper, nickel, cobalt, zinc, and cadmium recorded by Finnish peat cores with monitoring data and emission records // Environmental Science and Technology. 2005. V. 39. P. 5989–5998.
  39. Shotyk W. Natural and anthropogenic enrichments of As, Cu, Pb, Sb, and Zn in ombrotrophic versus minerotrophic peat bog profiles, Jura Mountains, Switzerland // Water Air Soil Pollut. 1996. V. 90. P. 375–405.
  40. Sofo A., Scopa A., Remans T., Vangronsveld J., Cuypers A. Biochemical and functional responses of Arabidopsis thaliana exposed to cadmium, copper and zinc // The plant family Brassicaceae: contribution towards phytoremediation. 2012. V. 21. P. 239–263.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (556KB)
3.

Download (95KB)
4.

Download (736KB)
5.

Download (371KB)

Copyright (c) 2023 Т.Т. Ефремова, С.П. Ефремов, А.Ф. Аврова

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies