CC BY
14УДК 502.5 DOI: 10.35567/19994508_2023_1_6
Геохимическая характеристика гуминовых кислот, выделенных из отложений тундровых озер Мурманской области
А.В. Гузева1 ЕЗ С , З.И. Слуковский2 О
И olina2108@mail.ru
1Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Институт озероведения Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
2Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН, г. Апатиты, Россия
АННОТАЦИЯ
Актуальность. Гумусовое вещество играет важнейшую роль в биогеохимических циклах наземных и водных экосистем. Изучение его состава и строения необходимо для анализа фундаментальных процессов гумификации в различных климатических зонах. Данные о гуминовых кислотах озерных отложений ограничены и практически не охватывают водоемы холодноводных регионов. Настоящее исследование посвящено комплексному анализу геохимических и экологических особенностей гуминовых кислот, выделенных из донных отложений малых тундровых озер полуостровов Рыбачий и Средний Мурманской области. Методы. Пробы донных отложений отобраны из шести малых озер в летний период 2020 г. В работе проведено исследование элементного состава (CHNO-анализ) и молекулярной структуры (13С-ЯМР и ИК Фурье - спектроскопия) гуминовых кислот. Результаты. Установлено, что изученные озерные отложения обеднены органическим веществом. Процессы гумификации и микробной трансформации органических веществ в аквальных экосистемах тундры замедлены, в т. ч. из-за холодных климатических условий. Изученные гу-миновые кислоты обеднены углеродом и азотом, но сильно обогащены кислородом. Такой состав способствует подвижности молекул. Преобладание в структуре гуминовых кислот алифатических фрагментов свидетельствует о том, что процессы минерализации органических веществ в донных отложениях озер преобладают над гумификацией. Потенциальная способность гуминовых веществ образовывать с металлами устойчивые хелатные соединения также невелика из-за низкого содержания функциональных групп. Полученные данные необходимо учитывать при проведении гидрохимических и геохимических исследований пресноводных экосистем северных регионов, а также при разработке оптимальной системы их геоэкологического мониторинга в условиях возрастающей антропогенной нагрузки.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: донные отложения, гуминовые кислоты, органическое вещество, тундровые озера, полуостров Рыбачий, Мурманская область, Арктика.
Финансирование: Исследование выполнено в рамках гранта РНФ №. 22-27-00131 (лабораторные анализы) и темы FMG 0154-2019-0003 НИР Института озероведения РАН - СПБ ФИЦ РАН (лабораторные анализы и подготовка проб, статистическая обработка данных).
Для цитирования: Гузева А.В., Слуковский З.И. Геохимическая характеристика гуминовых кислот, выделенных из отложений тундровых озер Мурманской области // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2023. № 1. С. 78-92. DOI: 10.35567/19994508_2023_1_6.
Дата поступления 10.10.2022.
© Гузева А.В., Слуковский З.И., 2023
Geochemical characterization of humic acids isolated from tundra lakes sediments of Murmansk region, Russia Alina V. Guzeva1 ISI IE, Zakhar I. Slukovskiy2 E>
El olina2108@mail.ru
1 Saint-Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences, Institute of Limnology of Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia
2Institute of the North Industrial Ecology Problems of Kola Science Center of Russian Academy of
Sciences, Apatity, Russia
ABSTRACT
Relevance. Humic substances play an important role in the biogeochemical cycles of terrestrial and aquatic ecosystems. Study of these substances is necessary to consider the fundamental processes of humification in various climatic zones. Data on the composition and structure of humic acids in lake sediments are limited and do not cover water bodies in cold-water regions. The study focuses on the comprehensive research of geochemical and environmental features of humic acids isolated from sediments of small tundra lakes (the Rybachiy and Sredniy Peninsulas, Murmansk region). Methods. The samples of surface sediments were collected from 6 small lakes during the summer period of 2020. The elemental composition (CHN-analysis) and molecular structure (13C-NMR and FTIR spectroscopy) of humic acids were analyzed. Results. The results of the research have shown that the studied sediments are depleted in organic matter. The processes of humification and transformation of organic substances are slow due to the cold climate. The studied humic acids are depleted in carbon and nitrogen but highly enriched in oxygen. This composition contributes to the mobility of molecules. The predominance of aliphatic fragments in the structure of humic acids indicates that the processes of mineralization of organic substances in sediments of lakes prevail over humification. The low aromaticity of macromolecules suggests their low stability and instability to oxidation. The potential ability of humic substances to form stable chelate compounds with metals, including potential pollutants of the territory, is also low due to the low content of functional groups.The results should be taken into account for further environmental research of freshwater ecosystems in northern regions.
Keywords: sediments, humic acids, organic matter, tundra lakes, the Rybachiy Peninsula, Murmansk region, Arctic.
Financing: The work has been done within the framework of the RSF grant No. 22-27-00131 (laboratory analysis) and FMG theme 0154-2019-0003 Nit of RAN-SPb FITS RAN Institute of Limnology (laboratory analysis and samples treatment; statistical processing of data).
For citation: Guzeva A.V., Slukovskii Z.I. Geochemical characterization of humic acids isolated from tundra lakes sediments of Murmansk Region, Russia. Water Sector of Russia: Problems, Technologies, Management. 2023. No. 1. P. 78-92. DOI: 10.35567/19994508_2023_1_6.
ВВЕДЕНИЕ
Гумусовое вещество играет важнейшую роль в биогеохимических циклах наземных и водных экосистем [1, 2]. Гуминовые кислоты, являясь преобладающей фракцией гумусовых веществ, активно взаимодействуют с органическими и неорганическими компонентами почв и донных отложений: силикатными минералами, гидроксидами Al/Fe и ионами металлов [3, 4]. Следует отметить, что гуминовые кислоты способны как выщелачивать химические элементы из минералов за счет образования водорастворимых комплексов, так и образовывать нерастворимые металлоорганические соединения (хела-ты) [5]. Химические свойства гуминовых кислот определяются их элемент-
ным составом и молекулярной структурой, зависящими от условий, в которых протекает трансформация органического вещества: климат, микробиологическая активность, источники предшественников гумификации, геологические и биологические особенности территории [6]. В зоне тундры преобразование органического материала происходит при низких температурах, переувлажнении территории и короткого периода вегетации.
Большинство исследований гуминовых кислот сосредоточено на почвах [6—11]. Данные по озерным отложениям ограничены [1, 12-14] и практически не охватывают изучение гуминовых кислот из отложений озер холодноводных регионов. Кроме того, исследователи используют различные аналитические методы для анализа молекул гуминовых кислот, поэтому результаты часто оказываются несопоставимыми. Именно поэтому данные, полученные современными высокоточными методами спектроскопии, представляют интерес для дальнейшего изучения глобального цикла углерода и фундаментальных процессов гумусообразования в различных климатических условиях [15-18]. Ранее авторы исследовали гуминовые кислоты, выделенные из отложений озер, расположенных в зоне распространения многолетней мерзлоты в дельте Лены [19], а также урбанизированных озер Мурманской области [20]. Данная работа является продолжением исследования геохимических особенностей гуминовых кислот озер Арктической зоны Российской Федерации.
Цель проведенного исследования - комплексный анализ геохимических и экологических особенностей гуминовых кислот, выделенных из отложений малых тундровых озер, расположенных на полуостровах Рыбачий и Средний (Мурманская область).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Территория исследования. Полуострова Рыбачий и Средний (Мурманская область) расположены на северо-западе побережья Баренцева моря (рис. 1). Регион характеризуется субарктическим морским климатом, на который оказывает влияние теплое североатлантическое течение. По классификации растительности территория относится к субарктическим тундрам [21], водоемы здесь характеризуются преимущественно небольшими размерами и глубинами. Озера окружены скалистыми берегами с мохово-лишайниковым покровом.
В пределах исследованного района нет значимых промышленных и городских объектов. Однако комбинат «Печенга-Никель» находится на расстоянии 50-70 км от исследуемых озер. Предприятие перерабатывает медно-никелевые сульфидные руды и является основным источником антропогенного воздействия на данной территории [22].
Исследовано шесть малых озер (рис. 1), характеристики которых представлены в табл. 1.
Отбор и анализ проб. Пробы донных отложений (0-10 см) отбирали с помощью гравитационного пробоотборника открытого типа в июле 2020 г. в пяти точках в каждом озере. Точки отбора проб определяли таким образом, чтобы охватить все разнообразие глубин водоема. Полевое описание отложений включало характеристики цвета, запаха, гранулометрические параметры, данные о растительных остатках.
Рис. 1. Картосхема расположения исследованных озер. Fig. 1. Location of the studied lakes.
Таблица 1. Местонахождение и морфометрические характеристики исследованных озер
Table 1. The studied lakes location and morphometric characteristics
Озеро Широта; долгота Максимальная глубина, м Пощадь зеркала, км 2
i 69°46'02.54"N; 32°16'06.52"E 1,0 0,02
2 69°45'52.82"N; 32°17'37.64" E 1,2 0,03
3 69°45'33.60"N; 32°12'59.31" E 1.0 0,09
4 69°33'52.05"N; 31°56'25.45"E 20,0 0,09
Карху 69°43'52.69 "N; 31°44'19.86"E 2 0,06
Питьевое 69°46'11.24"N; 31°45'27.01''E 3,3 0,09
Далее образцы высушивали до воздушно-сухого состояния при 20 °С. Затем для каждого озера из пяти отобранных проб формировалась интегральная проба, которую измельчали в ступке и просеивали через сито 2 мм (для последующего выделения гуминовых кислот) и сито 0,2 мм (для анализа содержания органического вещества). Общее содержание органического вещества определяли по потере при прокаливании (ППП) высушенных образцов при 550 °С в течение 5 ч согласно ГОСТ 23740-2016. Полученные результаты позволили характеризовать степень обогащения отложений органическим веществом.
Гуминовые кислоты выделяли из каждого образца в соответствии с международной методикой IHSS [23]. Элементный анализ (содержание С, H, N
в %) проводили на анализаторе Euro EA3028-HT (EuroVector, Италия) [19, 20]. Результаты были скорректированы на влажность и зольность образцов. Процентное содержание кислорода рассчитывали по разнице общей массы образца и гравиметрической концентрации C, N, H и золы. Погрешность измерения массы составляла 0,3 % для C, 0,2 % для N и H. Молекулярная структура гуминовых кислот исследована методами твердотельной CP/MAS 13C-ЯМР и ИК-Фурье-спектроскопией. Параметры измерения детально описаны в исследовании [19].
Статистическая и графическая обработка данных. Для расчета отношений C/N, C/H, O/C использовали мольные доли C, H, N и O. Показатель степени окисленности молекул W = (2O - H)/C рассчитывали согласно [24]. Количественную обработку ЯМР-спектров проводили численным интегрированием по площадям пиков, соответствующим положениям функциональных групп и молекулярных фрагментов (табл. 2) с помощью программы MagicPlot [16, 19, 20].
Таблица 2. Химический сдвиг атомов 13С в молекулярных фрагментах гуминовых кислот
Table 2. Chemical shift of 13C atoms in the humic acids molecular fragments
Химический сдвиг, ppm Тип молекулярного фрагмента
0- 47 С, Н-замещенные алифатические фрагменты (неполярные алкилы)
47- 60 Метоксилы и О, Ы-замещенные алифатические фрагменты
60- 110 Алифатические фрагменты, дважды замещенные гетероатомами (включая углеводы) и метиновым углеродом простых и сложных эфиров
110- -144 С, Н-замещенные ароматические фрагменты
144 -160 О, Ы-замещенные ароматические фрагменты
160 -185 Карбоксильные группы, сложные эфиры, амиды и их производные
185- -200 Хиноны; группы альдегидов и кетонов
Для характеристики макромолекул гуминовых кислот и сравнения результатов с другими исследованиями были рассчитаны следующие индексы [1, 14, 20]:
- индекс ароматичности (ЛЕ) = %С (110-160 ррт) / %С (0-160 ррт) х 100;
- индекс алифатичности (ЛИ) = %С (0-110 ррт) / %С (0-160 ррт) х 100.
Рассчитан также показатель степени разложенности (гумификации) органического вещества [25]:
С, Н а1ку1/0,Ы а1ку1 = %С (0 - 47 ррт) / %С (110 - 144 ррт).
Характерные полосы поглощения (молекулярные фрагменты) гуминовых кислот в ИК-спектрах интерпретировали согласно аналогичным исследованиям [14, 19, 20, 26].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Суммарное содержание органического вещества в пробах донных отложений. Донные отложения изученных озер представлены минеральными илами с низкими содержаниями (1- 4 %) органического вещества (ППП в табл. 3).
Элементный анализ ГК. Полученные данные представлены в табл. 3. Для всех исследованных образцов гуминовых кислот характерно высокое содержание кислорода и низкие концентрации углерода и азота. В наибольшей степени обогащены кислородом молекулы гуминовых кислот из донных отложений озер Карху и Питьевого, которые по ""-индексу находятся в слабо окисленном состоянии.
Таблица 3. Элементный состав исследованных гуминовых кислот, выделенных из озерных отложений
Table 3. Element composition of considered humic acids isolated from lake sediments
Озеро Описание отложений ППП* N C H Ash O C/N H/C O/C W**
%
1 Зеленовато-коричневый ил, присутствуют растительные остатки 2,3 3,0 33,0 4,4 4,9 54,6 12,7 1,6 1,2 0,9
2 Темно-коричневый ил, нет растительных остатков 2,1 3,1 46,8 4,9 5,0 40,1 17,6 1,3 0,6 0,0
3 Серо-коричневый ил, большое количество растительных остатков 4,0 3,7 41,7 5,2 4,9 44,6 13,3 1,5 0,8 0,1
4 Алеврит коричневый с серыми глинистыми прослойками, нет растительных остатков 1,1 3,5 38,8 5,2 5,0 47,4 12,8 1,6 0,9 0,2
Карху Светло-коричневый ил, есть растительные остатки 1,4 2,6 26,2 4,1 5,1 62,1 11,9 1,9 1,8 1,7
Питьевое Темно -коричневый ил, большое количество растительных остатков 1,6 2,7 27,2 4,0 5,2 60,9 11,8 1,7 1,7 1,6
Примечание: ППП - потери при прокаливании (550 °С); W - степень окисленности,
№ = (20 - Н)/С.
Твердотельная 13С-ЯМР спектрометрия. Проанализированные вещества могут быть идентифицированы как гуминовые кислоты, поскольку в спектрах выявлены все необходимые области поглощения различных форм углерода (табл. 2) [27]. Спектры исследованных образцов, а также процентное содержание молекулярных фрагментов представлены на рис. 2 и в табл. 4. Обнаруженные молекулярные фрагменты свидетельствуют о значительной сложности молекулярной структуры гуминовых кислот [16, 27].
В строении всех исследованных гуминовых кислот значительно преобладают алифатические соединения: С, Н-замещенные (0-47 ррт) и дважды замещенные гетероатомами (в т. ч. углеводными) алифатические фрагменты
(60-110 ррт). Индекс алифатичности варьирует от 64 до 94 % (табл. 4). Наименее конденсированные молекулы гуминовых кислот характерны для озер Питьевое и Карху а наиболее - для озера 4. Косвенный показатель гумификации органического вещества (С, На1ку1/0, Ыа1ку1) для озера 4 также имеет максимальное значение.
125. 100 Химический сдвиг, ррт
Рис. 2. 13С-ЯМР спектры гуминовых кислот, выделенных из озерных отложений. Fig. 2. 13C-NMR spectra of HAs isolated from the lake sediments.
Таблица 4. Процентное содержание углерода в различных молекулярных фрагментах гуминовых кислот, выделенных из озерных отложений (по результатам твердотельной 13С ЯМР-спектроскопии) Table 4. Carbon percentage in various humic acids molecular fragments isolated from lake sediments (according the results of 13C-NMR spectroscopy)
Озеро Химический сдвиг, ppm C,H alkyl/O, N alkyl* AL** AR***
0-47 47-60 60-110 110-144 144-160 160-185 185-200
%
1 28 10 26 15 10 7 4 0,8 72 28
2 30 9 22 16 15 6 2 1,0 66 34
3 26 10 30 11 13 8 3 0,7 74 26
4 31 9 17 31 1 11 0 1,2 64 36
Карху 37 11 35 4 1 12 0 0,8 94 6
Питьевое 34 17 29 7 0 13 0 0,7 92 8
Примечание: - C,H alkyl / O,N alkyl: 47 - 60 ppm / 47 - 100 ppm; AL: индекс алифатичности; AR: индекс ароматичности.
В структуру конденсированного ядра гуминовых кислот озер 1-3 значительный вклад вносят 0,Ы-замещенные ароматические фрагменты (144-160 ррт), в то время как в озере 4 преобладают С, Н-замещенные ароматические фрагменты (110-144 ррт). Спектры озер Карху и Питьевого, а также озера 4 имеют сравнительно более интенсивные пики в области 160-185 ррт, которые соответствуют карбоксильным группам, сложным эфирам, амидам и их производным. Если сопоставить эти данные с результатами элементного анализа, можно предположить, что в озерах Питьевое и Карху наибольший вклад в данную область спектра вносят О-содержащие группы, т. к. их гу-миновые кислоты значительно обогащены кислородом и обеднены азотом. В гуминовых кислотах озера 4 содержится больше азота, поэтому амиды и их производные могут играть сравнительно более значимую роль в структуре молекул.
Комплексообразующие группы хинонов, альдегидов и кетонов (185-200 ррт), способствующие образованию наиболее прочных комплексов с металлами, идентифицируются только в молекулах озер 1 - 3, но их содержание не превышает 4 %.
ИК-Фурье спектроскопия. Полученные ИК-спектры представлены на рис. 3. В спектрах всех исследованных образцов обнаружены характерные полосы поглощения (молекулярные фрагменты) гуминовых кислот [14, 26, 28]. Полосы валентных (2920 и 2860 см-1) и деформационных (1460-1440 см-1) колебаний алифатических фрагментов отмечены во всех исследованных образцах. На всех спектрах также наблюдается четкий пик ароматических фрагментов (1590-1700 см-1). Следует отметить, что в данной области спектра также может идти поглощение валентных колебаний карбонильных групп и амидов [24].
Рис. 3. ИК-спектры гуминовых кислот, выделенных из озерных отложений. Fig. 3. IR-specters of humic acids isolated from lake sediments.
Во всех образцах идентифицированы следующие O/N-содержащие фрагменты: ОН-группы с водородными связями (широкая полоса поглощения в области 3500-3300 см-1 и слабые полосы в области 1270-1220 и 1170-1040 см-1); валентные колебания C=O от COOH и кетонов (1710 см-1); валентные колебания С=О амидных групп (1660 - 1630 см-1) и деформационные колебания NH2; деформационные колебания N-H и C=N (1540 - 1510 см-1); иОН спиртов и углеводов (1175 - 1000 см-1); uC-O первичных спиртов (включая углеводы) дают полосы в 1075-1013 см-1 [29]. Таким образом, все полученные ИК-спектры имели близкое расположение основных пиков и идентифицировали аналогичные молекулярные фрагменты, которые были обнаружены с помощью 13С ЯМР-спектрометрии.
Отложения исследованных тундровых озер характеризуются очень низким содержанием органического вещества. Следует отметить, что озера, расположенные южнее (г. Мурманск), имеют значительно более высокое содержание органических осадков (20-50 %) [30]. Наличие слаборазложившихся растительных остатков в изученных озерных отложениях свидетельствует об очень медленных процессах постседиментационной деградации органического вещества. Аналогичные результаты представлены в исследованиях донных отложений арктических озер других регионов [19, 31].
Элементный состав проанализированных гуминовых кислот характерен для гуминовых веществ, образующихся в водных объектах, расположенных в холодных климатических условиях [19, 20]: молекулы обеднены N и C, но значительно обогащены O и H по сравнению с бореальной зоной [1, 13, 14]. В целом гуминовые кислоты водных объектов характеризуются относительно низким содержанием азота [32]. Однако данный факт может быть связан и с низким уровнем накопления азотсодержащих соединений в растительных остатках в арктических экосистемах из-за низкого уровня микробной азот-фиксации. Такая же особенность элементного состава была установлена и для гуминовых кислот почв Арктики [8, 11].
Следует отметить, что гуминовые кислоты арктической зоны по составу в большей степени сходны с фульвовыми, чем с «классическими» гуминовыми кислотами почв [33]. Сравнительная характеристика представлена в табл. 5. Обогащенные кислородом гидрофильные молекулы гуминовых кислот растворимы, характеризуются лучшей миграционной способностью [16] и могут активно взаимодействовать с минеральными компонентами донных осадков, в т. ч. образуя с микроэлементами растворимые комплексы.
Исследованные гуминовые кислоты характеризуется близкими положениями и интенсивностями пиков на ИК- и ЯМР-спектрах, что косвенно отражает схожесть исходного органического материала и условий протекания гумификации. Во всех образцах превалируют алифатические фрагменты, что свидетельствует о низкой зрелости (конденсированности) молекул. Доминирование алифатической части в структуре гуминовых кислот обнаружено и для других озер Арктической зоны РФ [19, 20]. Данная особенность структуры гумино-вых кислот отражает преобладание процесса минерализации органического
вещества над гумификацией в осадках исследованных озер и неустойчивость гумусового вещества к окислению. Кроме того, в холодных районах, где превалирует мохово-лишайниковая растительность, содержание лигнина в растительных остатках минимально. Низкая ароматичность гуминовых кислот может быть обусловлена низким содержанием ароматических веществ в прекурсорах гумификации. Корреляция между степенью конденсации макромолекул и климатическими особенностями Арктики выявлена и для почвенных гуминовых кислот [9, 17, 34]. Следует отметить, что преобладание алифатических фрагментов является общей чертой гуминовых кислот, выделенных из донных отложений водных объектов, в т. ч. умеренной климатической зоны [1, 13, 14].
Таблица 5. Элементный состав гуминовых веществ, выделенных из разных источников
Table 5. Element composition of the humic substances isolated from different sources
Источники гуминовых веществ N C H O
%
Гуминовые кислоты почв [33] 3,5-5 52- 62 3-5,5 30- 33
Фульвокислоты почв [33] 2-4 44- 49 3-3,5 44- 49
Гуминовые кислоты донных отложений озер дельты р. Лены [19] 1-3 28- 48 3- 6 40- 61
Гуминовые кислоты донных отложений озер г. Мурманска [20] 2-3 33- 49 5-6 37- 55
Гуминовые кислоты донных отложений озер п-ова Средний и Рыбачий 3-4 26- -47 4-5 40- 62
Комплексообразующая способность характерна для всех карбоновых кислот, в т. ч. и для гуминовых, преимущественно за счет карбоксильных и гидрок-сильных групп. Их наличие в исследованных образцах подтверждено двумя спектральными методами. Однако для образования наиболее стабильных комплексов (хелатов) необходимо присутствие электрон-донорных групп (хинонов, альдегидов и кетонов) вблизи карбоксильных. Содержание таких фрагментов в образцах очень низкое по сравнению с гуминовыми кислотами, выделенными из озерных отложений умеренной зоны Канады и Китая [1, 13]. Аналогичные результаты получены для гуминовых кислот из отложений других озер Арктической зоны [19, 20]. Таким образом, можно косвенно судить о достаточно низкой потенциальной способности гуминовых кислот холодноводных регионов связывать тяжелые металлы в наиболее устойчивые комплексные соединения.
ВЫВОДЫ
Для исследованных гуминовых кислот донных отложений тундровых озер показана низкая зрелость макромолекул, что свидетельствует о замедленных процессах гумификации. Низкая активность микробиологической трансформации органического вещества может быть связана как с аквальными условиями, в которых протекают процессы, так и с холодным климатом региона.
Изученные гуминовые кислоты обогащены кислородом и характеризуются высокой степенью гидрофильности и подвижности. Они могут активно образовывать растворимые комплексы с металлами.
Низкие концентрации органического вещества в исследованных отложениях озер, а также незначительное содержание хелатирующих группировок в структуре гуминовых кислот снижают потенциальную роль гумусовых веществ в фиксации микроэлементов в устойчивых органоминеральных соединениях. Данный аспект особенно важен в случае усиления антропогенной нагрузки на территорию, в т. ч. и за счет атмосферного переноса загрязняющих веществ.
Эколого-геохимические особенности исследованных гуминовых кислот необходимо принять во внимание при планировании геоэкологического мониторинга озер данного региона, а также других областей Арктической зоны Российской Федерации. Полученные результаты важны для дальнейших исследований глобального цикла углерода и фундаментальных процессов гумификации в различных климатических зонах.
Авторы выражают искреннюю благодарность Научному парку Санкт-Петербургского государственного университета - «Центр магнитно-резонансных исследований», «Центр химического анализа и материаловедения» за профессиональную работу.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Belzile N., Joly H., Hongbo H. Characterization of humic substances extracted from Canadian lake sediments // Canadian Journal of Chemistry. 1997. No. 75. P. 14-27. D01:10.1139/v97-003.
2. Lopez D., Gierlowski-Kordesch E., Hollenkamp C. Geochemical mobility and bioavailability of heavy metals in a lake affected by acid mine drainage: Lake Hope, Vinton County, Ohio // Water Air Soil Pollution. 2010. No. 213. P. 27-45. DOI: 10. 1007/ s11270-010-0364-6.
3. Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 2004. 248 c.
4. Wang F., Sun H., Ren X., Liu Y., Zhu H., Zhang P., Ren Ch. Effects of humic acid and heavy metals on the sorption of polar and apolar organic pollutants onto biochars // Environmental Pollution. 2017. No. 231. P. 229-236. D0I:10.1016/j.envres.2020.109985.
5. Dong Y., Lin H., Zhao Y., Menzembere E. Remediation of vanadium-contaminated soils by the combination of natural clay mineral and humic acid // Journal of Cleaner Production. 2021. No. 279, 123874. DOI: 10. 1016/j. jclep ro. 2020. 123874.
6. Dziadowiec H., Gonet S., Plichta W. Properties of humic acids of Arctic tundra soils in Spitsbergen // Polish Polar Research. 1994. No. 15. P. 71-81.
7. Pengerud A., Dignac M-F., Crtini G., Strand L., Forte C., Rasse D. Soil organic matter molecular composition and state of decomposition in three locations of the European Arctic // Biogeochemistry. 2017. No. 135. P. 277-292. DOI: 10.1007/s10533-017-0373-2.
8. Polyakov V., Chegodaeva N., Abakumov E. Molecular and elemental composition of humic acids isolated from selected soils of the Russian Arctic // Tomsk State University Journal of Biology. 2019. No. 47. P. 6-21. DOI:10.17223/19988591/47/1.
9. Polyakov V., Zazovskaya E., Abakumov E. Molecular composition of humic substances isolated from selected soils and cryconite of the Gronfjorden area, Spitsbergen // Polish Polar Research. 2019. No. 40. P. 105-120. DOI: 10.24425/ppr.2019.128369.
10. Lodygin E., Vasilevich R. Environmental aspects of molecular composition of humic substances from soils of northeastern European Russia // Polish Polar Research. 2020. No. 41. P. 115-135. DOI: 10.24425/ppr.2020.133009.
11. Polyakov V., Abakumov E. Stabilization of organic material from soils and soil-like bodies in the Lena River Delta (13C-NMR spectroscopy analysis) // Spanish Journal of Soil Science. 2020. No. 10. P. 170-190. DOI: 10.3232/SJSS.2020.V10.N2.05.
12. Golebiowska D., Mielnik L., Gonet S. Characteristics of humic acids in bottom sediments of Lobelia lakes // Environmental International. 1996. No. 22. P. 571-578. D0I:10.1016/0160-4120(96)82603-1.
13. Klavins M., Apsite E. Sedimentary humic substances from lakes in Latvia // Environmental International. 1997. No. 23. P. 783-790. D0I:10.1016/S0160-4120(97)00090-1.
14. He M., Shi Y., Lin Ch. Characterization of humic acids extracted from the sediments of the various rivers and lakes in China // Journal of Environmental Sciences. 2008. No. 20. P. 12941299. D0I:10.1016/S1001-0742(08)62224-X.
15. Dai X., Ping C., Michaelson G. Characterizing soil organic matter in Arctic tundra soils by different analytical approaches // Organic Geochemistry. 2002. Vol. 33. No. 4. P. 407-419. D0I:10.1016/S0146-6380(02)00012-8.
16. Lodygin E., Beznosikov V., Vasilevich R. Molecular composition of humic substances in tundra soils (13C-NMR spectroscopic study) // Eurasian Soil Science. 2014. No. 47. P. 400-406. D0I:10.1134/S1064229314010074.
17. Chukov S., Abakumov E., Tomashunas V. Characterization of humic acids from Antarctic soils by nuclear magnetic resonance // Eurasian Soil Science. 2015. Vol. 48. No. 11. P. 1207-1211. D0I:10.1134/S1064229315110046.
18. Ejarque E., Abakumov E., Stability and biodegradability of organic matter from arctic soils of Western Siberia: Insights from 13C-NMR spectroscopy and elemental analysis // Solid Earth. 2016. Vol. 7. No. 1. P. 153-165. D0I:10.5194/se-7-153-2016.
19. Guzeva A., Krylova E., Fedorova I. Environmental aspects of molecular composition of humic acids isolated from lake sediments of a permafrost-affected area of the Arctic // Polish Polar Research. 2021. Vol. 42. No. 3. P. 173-191. D0I: 10.24425/ppr.2021.137142.
20. Guzeva A. Geochemical features of humic acids extracted from sediments of urban lakes of the Arctic // Environmental Monit Assess. 2022. D0I:10.1007/s10661-022-10419-8.
21. Королева Н. Зональная тундра на Кольском полуострове - реальность или ошибка? // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2006. Т. 9. № 5. C. 747-756.
22. Даувальтер В. А., Терентьев П. М., Денисов Д. Б., Удачин В. Н., Филиппова К. А., Борисов А. П. Реконструкция загрязнения территории полуострова Рыбачий Мурманской области тяжелыми металлами // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2018. № 15. С. 441-444.
23. Swift R. 0rganic matter characterization. In: Sparks DL, editor. Methods of Soil Analysis. Chemical methods. Madison: Soil Science Society of America, American Society of Agronomy, Madison, WI, USA, 1996. P. 1011-1069.
24. Орлов Д. Химия почв. Из-во МГУ: Москва, 1985. 386 с.
25. Baldock A., C. M. Preston. Chemistry of carbondecomposition processes in forests as revealed by solidstate carbon13 nuclear magnetic resonance // Carbon Forms and Functions in Forest Soils , Ed. byW. W. McFee and J. M. Kelly (Soil Sci. Soc. Am., Wisconsin, 1995). Р. 89-117.
26. Chen J. С., Leboeuf E. J., Choia S., Gua B. Spectroscopic characterization of structural and functional properties of natural organic matter fractions // Chemosphere. 2002. No. 48. P. 5968. D0I: 10.1016/s0045-6535(02)00041-3.
27. Yao S-H., Zhang Y-L., Han Y., Han X-Z., Mao J-D., Zhang B. Labile and recalcitrant components of organic matter of a Mollisol changed with land use and plant litter management: An advanced 13C-NMR study // Science Total Environmental. 2019. No. 660. P. 1-10. doi.org/10.1016/j. scitotenv.2018.12.403.
28. Stevenson F. J. Humus Chemistry: genesis, composition, reactions. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1994. 512 p.
29. Zaccone C., Miano T., Shotyk W. Qualitative comparison between raw peat and related humic acids in an ombrotrophic bog profile // 0rganic Geochemistry. 2007. No. 38. P. 151-160. D0I: 1016/j.orggeochem.2006.06.023.
30. Slukovskii Z., Dauvalter V., Guzeva A., Denisov D., Cherepanov A., Siroezhko E. The hydrochemistry and recent sediment geochemistry of small lakes of Murmansk, Arctic Zone of Russia // Water. 2020. No. 12, 1130. D01:10.3390/ w12041130.
31. Sobek S., Anderson N., Bernasconi S., Del Sontro T. Low organic carbon burial efficiency in Arctic lake sediments // Biogeosciences. 2010. No. 119. P. 1231-1243. D0I:10.1002/2014JG002612.
32. Müller-Wegener U. Interaction of Humic Substances with Biota // F.H. Frimmel and R.F. Christman (Eds) Humic Substances and Their Role in the Environment. John Wiley & Sons, New York, 1988. P. 17-192.
33. Кононова М. М. Органическое вещество почвы. М., 1963. 314 с.
34. Vasilevich R., Beznosikov V., Lodygin E. Molecular structure of humus substances in permafrost peat mounds in forest tundra // Eurasian Soil Science. 2019. Vol. 52. No. 3. P. 283-295. DOI: 10.1134/S1064229319010150.
REFERENCES
1. Belzile N., Joly H., Hongbo H. Characterization of humic substances extracted from Canadian lake sediments. Canadian Journal of Chemistry. 1997. No. 75. P. 14-27. DOI: 10.1139/v97-003.
2. Lopez D., Gierlowski-Kordesch E., Hollenkamp C. Geochemical mobility and bioavailability of heavy metals in a lake affected by acid mine drainage: Lake Hope, Vinton County, Ohio. Water Air Soil Pollution. 2010. No. 213. P. 27-45. DOI: 10. 1007/ s11270- 010- 0364-6.
3. Popov A. I. Humic substances: properties, composition and genesis. St. Petersburg: SPBSU, 2004. 248 p. (In Russ.).
4. Wang F., Sun H., Ren X., Liu Y., Zhu H., Zhang P., Ren Ch. Effects of humic acid and heavy metals on the sorption of polar and apolar organic pollutants onto biochars. Environmental Pollution. 2017. No. 231. P. 229-236. DOI: 10.1016/j.envres.2020.109985.
5. Dong Y., Lin H., Zhao Y., Menzembere E. Remediation of vanadium-contaminated soils by the combination of natural clay mineral and humic acid. Journal of Cleaner Production. 2021. No. 279. 123874. DOI: 10. 1016/j. jclep ro. 2020. 123874.
6. Dziadowiec H., Gonet S., Plichta W. Properties of humic acids of Arctic tundra soils in Spitsbergen. Polish Polar Research. 1994. No. 15. P. 71-81.
7. Pengerud A., Dignac M-F., Crtini G., Strand L., Forte C., Rasse D. Soil organic matter molecular composition and state of decomposition in three locations of the European Arctic. Biogeochemis-try. 2017. No. 135. P. 277-292. DOI: 10.1007/s10533-017-0373-2.
8. Polyakov V., Chegodaeva N., Abakumov E. Molecular and elemental composition of humic acids isolated from selected soils of the Russian Arctic. Tomsk State University Journal of Biology. 2019. No. 47. P. 6-21. DOI: 10.17223/19988591/47/1
9. Polyakov V., Zazovskaya E., Abakumov E. Molecular composition of humic substances isolated from selected soils and cryconite of the Gronfjorden area, Spitsbergen. Polish Polar Research. 2019. No. 40. P. 105-120. DOI: 10.24425/ppr.2019.128369.
10. Lodygin E., Vasilevich R. Environmental aspects of molecular composition of humic substances from soils of northeastern European Russia. Polish Polar Research. 2020. No. 41. P. 115-135. DOI: 10.24425/ppr.2020.133009.
11. Polyakov V., Abakumov E. Stabilization of organic material from soils and soil-like bodies in the Lena River Delta (13C-NMR spectroscopy analysis). Spanish Journal of Soil Science. 2020. No. 10. P. 170-190. DOI: 10.3232/SJSS.2020.V10.N2.05.
12. Golebiowska D., Mielnik L., Gonet S. Characteristics of humic acids in bottom sediments of Lobelia lakes. Environmental International. 1996. No. 22. P. 571-578. DOI: 10.1016/0160-4120(96)82603-1.
13. Klavins M., Apsite E. Sedimentary humic substances from lakes in Latvia. Environmental International. 1997. No. 23. P. 783-790. DOI: 10.101016/s0160-4120(97)00090-1.
14. He M., Shi Y., Lin Ch. Characterization of humic acids extracted from the sediments of the various rivers and lakes in China. Journal of Environmental Sciences. 2008. No. 20. P. 1294-1299. DOI: 10.1016/S1001-0742(08)62224-X.
15. Dai X., Ping C., Michaelson G. Characterizing soil organic matter in Arctic tundra soils by different analytical approaches. Organic Geochemistry. 2002. Vol. 33. No. 4. P. 407-419. DOI: 10.1016/ S0146-6380(02)00012-8.
16. Lodygin E., Beznosikov V., Vasilevich R. Molecular composition of humic substances in tundra soils (13C-NMR spectroscopic study). Eurasian Soil Science. 2014. No. 47. P. 400-406. DOI: 10.1134/S1064229314010074.
17. Chukov S., Abakumov E., Tomashunas V. Characterization of humic acids from Antarctic soils by nuclear magnetic resonance. Eurasian Soil Science. 2015. Vol. 48. No. 11. P. 1207-1211. DOI: 10.1134/S106422931510046.
18. Ejarque E., Abakumov E., Stability and biodegradability of organic matter from arctic soils of Western Siberia: Insights from 13C-NMR spectroscopy and elemental analysis. Solid Earth. 2016. Vol. 7. No. 1. P. 153-165. DOI: 10.5194/se-7-153-2016.
19. Guzeva A., Krylova E., Fedorova I. Environmental aspects of molecular composition of humic acids isolated from lake sediments of a permafrost-affected area of the Arctic. Polish Polar Resources. 2021. Vol. 42. No. 3 P. 173-191. DOI: 10.24425/ppr.2021.137142.
20. Guzeva A. Geochemical features of humic acids extracted from sediments of urban lakes of the Arctic. EnvironmentalMonit Assess. 2022. DOI: 10.1007/s10661-022-10419-8.
21. Koroleva N. The zonal tundra on the Kola Peninsula is a reality or an error. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Moscow State Technical University]. 2006. Vol. 9. No. 5. P. 747-756 (In Russ.).
22. Dauvalter V. A., Terentev P. M., Denisov D. B., Udachin V. N., Filippova K. A., Borisov A. P. Reconstruction of trace element contamination of the territory of the Rybachy Peninsula, the Murmansk region. Trudy Fersmanovskoi nauchnoi sessii GIKNTs RAN [Proc Fersman Sci Sess State Inst KSC RAS]. 2018. No. 15. P. 441-444 (In Russ.).
23. Swift R. Organic matter characterization. In: Sparks DL, editor. Methods of Soil Analysis. Chemical methods. Madison: Soil Science Society of America, American Society of Agronomy, Madison, WI, USA, 1996. P. 1011-1069.
24. Orlov D. Soil chemistry. Moscow: MGU, 1985. 386 p. (In Russ.).
25. Baldock A., C. M. Preston. Chemistry of carbon decomposition processes in forests as revealed by solid state carbon13 nuclear magnetic resonance. Carbon Forms and Functions in Forest Soils, ed. By W. W. McFee and J. M. Kelly (Soil Sci. Soc. Am., Wisconsin, 1995), pp. 89-117.
26. Chen J. C., Leboeuf E. J., Choia S., Gua B. Spectroscopic characterization of structural and functional properties of natural organic matter fractions. Chemosphere. 2002. No. 48. P. 59-68. DOI: 10.1016/s0045-6535(02)00041-3.
27. Yao S-H., Zhang Y-L., Han Y., Han X-Z., Mao J-D., Zhang B. Labile and recalcitrant components of organic matter of a Mollisol changed with land use and plant litter management: An advanced 13C-NMR study. Science Total Environmental. 2019. No. 660. P. 1-10. DOI: 10.1016j. scitotenv.2018.12.403.
28. Stevenson F. J. Humus Chemistry: genesis, composition, reactions. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1994. 512 p.
29. Zaccone C., Miano T., Shotyk W. Qualitative comparison between raw peat and related humic acids in an ombrotrophic bog profile. Organic Geochemistry. 2007. No. 38. P. 151-160. DOI: 1016/j. orggeochem.2006.06.023.
30. Slukovskii Z., Dauvalter V., Guzeva A., Denisov D., Cherepanov A., Siroezhko E. The hydrochem-istry and recent sediment geochemistry of small lakes of Murmansk, Arctic Zone of Russia. Water. 2020. No. 12. 1130. DOI: 10.3390/ w12041130.
31. Sobek S., Anderson N., Bernasconi S., Del Sontro T. Low organic carbon burial efficiency in Arctic lake sediments. Biogeosciences. 2010. No. 119. P. 1231-1243. DOI: 10.1002/2014JG002612.
32. Müller-Wegener U. Interaction of Humic Substances with Biota // In: F.H. Frimmel and R. F. Christman (Eds) Humic Substances and Their Role in the Environment. John Wiley & Sons, New York, 1988. P. 17-192.
33. Kononova M. M. Organic matter of soil. Moscow, 1963. 314 p. (In Russ.).
34. Vasilevich R., Beznosikov V., Lodygin E. Molecular structure of humus substances in permafrost peat mounds in forest tundra. Eurasian Soil Science. 2019. Vol. 52. No. 3. P. 283-295. DOI: 10.1134/ S1064229319010150.
Сведения об авторах:
Гузева Алина Валерьевна, младший научный сотрудник, лаборатория комплексных проблем лимнологии Института озероведения РАН - Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (ИНОЗ РАН - СПб ФИЦ РАН), Россия, 196105, Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, д. 9; ORCID 00000002-9501-1698; e-mail: olina2108@mail.ru
Слуковский Захар Иванович, канд. биол. наук, заведующий лабораторией геоэкологии и рационального природопользования Арктики, Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра Российской академии наук (ИППЭС КНЦ РАН), 184209, Россия, Апатиты, Мурманская область, мкр. Академгородок, 14а; ORCID 0000-0003-2341-361X; e-mail: z.slukovskiy@ksc.ru
About the authors:
Alina V. Guzeva, Researcher, St. Petersburg Federal Research Center of RAS, Institute of Limnology RAS, ul. Sevastyanova 9, St. Petersburg 196105, Russia.
Zakhar I. Slukovskiy, Head of the Laboratory of Geo/ecology and Rational Nature Management of the Arctic, Institute of the North Industrial Ecology Problems of Kola Science Center of RAS, Akademgorodok, 14A, Apatity, 184209 Russia.
