Специалисты географического факультета МГУ провели тщательное изучение сезонных изменений концентрации различных металлов, включая потенциально опасные, в подзолистых почвах Центрально-Лесного заповедника. Впервые определена последовательность изменения подвижности химических элементов для разных почвенных горизонтов, что позволит в будущем прогнозировать перемещение загрязняющих веществ. Исследование, получившее поддержку Российского научного фонда (грант № 19-77-30004-П), опубликованы в журнале первого квартиля «Catena».
Исследование, проведенное учеными, охватило распределение тринадцати металлов (кадмия, кобальта, хрома, меди, железа, лантана, марганца, никеля, рубидия, стронция, свинца и цинка) в почвах, характерных для смешанных и еловых лесов Центрально-Лесного заповедника, расположенного в Тверской области. С целью изучения сезонных изменений в миграции химических элементов, в отобранных образцах почв определяли общее содержание металлов и три подвижные формы (обменные, комплексные с органическим веществом, а также сорбированные гидроксидами железа и марганца). Для каждого элемента был рассчитан показатель потенциальной подвижности, который представляет собой соотношение содержания подвижных фракций к общему содержанию.
«Анализ показал, что существенная доля металлов существует в легкодоступных формах, то есть переходит из минерального состояния в раствор или формирует комплексы с органическими соединениями, потенциально усваиваемые растениями. В гумусовых слоях подзолистых почв доля металлов, находящихся в подвижной форме, для большинства элементов превышает 50%. Наибольшая степень подвижности характерна для марганца, кадмия, кобальта и свинца (60-99% в подвижной форме» , — подчеркивает младший научный сотрудник географического факультета МГУ Полина Енчилик.
Впервые в данной работе предпринята попытка ранжировать элементы по степени их потенциальной подвижности в генетических горизонтах подзолистых почв. Исследователи определили группы элементов, различающиеся по показателю подвижности: высокоподвижные металлы, характеризующиеся медианными значениями в диапазоне от 16% до 64% (кадмий, свинец, кобальт, марганец); умеренно подвижные (4-16%, включают хром, медь, никель, лантан, цинк, железо); низкоподвижные (менее 4%, представлены рубидием и стронцием.
На способность элементов к миграции в почве влияют, прежде всего, количество органического вещества, размер частиц почвы и её кислотность. Органическое вещество способствует удержанию металлов в верхних слоях почвы, однако при изменении уровня pH, сезонных колебаниях влажности или изменении количества и состава растительных остатков, элементы могут переходить в растворённые формы и перемещаться глубже в почвенном профиле.
Анализ полученных данных показал, что пространственные различия в распределении элементов более заметны, чем изменения по вертикали почвенного профиля. Это особенно характерно для переувлажнённых участков, где окислительно-восстановительная среда часто меняется, а в периоды повышенной влажности увеличивается подвижность железа и марганца.
«Даже такие элементы, как стронций и рубидий, которые ранее считались практически неподвижными, проявляют заметные сезонные изменения в боковой дифференциации. Такая подвижность обусловлена наличием легкорастворимых форм, участвующих в обмене веществ. Это свидетельствует о высокой восприимчивости почв к изменениям влажности и влиянии разлагающихся растительных остатков, обеспечивающих поступление в почву доступных форм элементов» , — по словам старшего научного сотрудника географического факультета МГУ Иван Семенков.
«В ходе исследования было определено, как изменяется подвижность химических элементов в зависимости от генетических горизонтов подзолистых почв. Порядок следования элементов в рядах подвижности сохраняется, однако их значения значительно различаются» , — отмечает руководитель исследования, заведующий кафедрой геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ и академик РАН Николай Касимов.
Наибольшая подвижность металлов отмечается в кислых гумусовых горизонтах почв, где она зависит от содержания органического углерода: кадмий и свинец (99%), кобальт (90%), марганец, цинк, никель (60%), медь (50%), железо (40%), лантан (30%), стронций (20%), хром (10%) и рубидий (3%). В подгумусовом горизонте, с ростом содержания минеральных частиц мелкого песка, подвижность снижается до минимального уровня: свинец и кобальт (30%), кадмий, марганец, медь (20%), железо, хром, лантан, цинк, никель (10%), стронций (2%), рубидий (0,3%). В нижележащих горизонтах подвижность снова возрастает в связи с сорбцией илистыми частицами, а затем снижается в остаточно карбонатной породе вследствие образования комплексов с карбонатами.
Анализ данных исследования позволяет спрогнозировать экологические опасности, обусловленные перемещением металлов в природных и загрязненных экосистемах. Знание принципов миграции элементов необходимо для оценки стабильности подзолистых почв и моделирования движения веществ в условиях изменения климата.
Исследование выполнено в рамках проекта Русского географического общества № 17-05-41036.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ