Содержание и подвижность металлов в олиготрофных торфяных почвах криолитозоны Западной Сибири
- Авторы: Соколов Д.А.1,2, Иванова И.С.2, Сиромля Т.И.1
-
Учреждения:
- Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
- Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
- Выпуск: № 12 (2023)
- Страницы: 1612-1627
- Раздел: ХИМИЯ ПОЧВ
- URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/232248
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X23600786
- EDN: https://elibrary.ru/YYWLLN
- ID: 232248
Цитировать
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.
Об авторах
Д. А. Соколов
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН; Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: sokolovdenis@issa-siberia.ru
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 8/2; Россия, 634055, Томск, пр-т Академический, 4
И. С. Иванова
Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
Email: sokolovdenis@issa-siberia.ru
Россия, 634055, Томск, пр-т Академический, 4
Т. И. Сиромля
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
Email: sokolovdenis@issa-siberia.ru
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 8/2
Список литературы
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- Василевская В.Д., Иванов В.В. Почвы севера Западной Сибири. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 225 с.
- 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.
- 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.
- 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
- Геокриология СССР. Западная Сибирь. М.: Недра, 1989. 454 с.
- Грива Г.И. Геоэкологические условия разработки газовых месторождений Ямала. Томск: Томский гос. ун-т, 2005. 352 с.
- 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)
- Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
- Когут Б.М., Фрид А.С. Сравнительная оценка методов определения содержания гумуса в почвах // Почвоведение. 1993. № 9. С. 119–123.
- 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
- Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г. Состав соединений тяжелых металлов в почвах. Ростов-на-Дону: Эверест, 2009. 208 с.
- 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
- 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.
- Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. М.: Либроком, 2013. 168 с.
- 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
- 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
- Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
- 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.
- 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
- 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
- Соколов Д.А. Диверсификация почвообразования на отвалах угольных месторождений Сибири. Автореф. дис. … докт. биол. наук. Новосибирск, 2019. 45 с.
- 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
- 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.
- 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
- Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. 277 с.
- 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.
- Тентюков М.П. Особенности распределения химических элементов в мерзлых почвах // Криосфера Земли. 2013. Т. XVII. № 3. С. 100–107.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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