CC BY
13
УДК 631.435:550.4(440.318) O.A. Самонова, E.H. Асеева
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИМ ФРАКЦИЯМ ПОЧВ В ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ СМОЛЕНСКО-МОСКОВСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
Введение. Анализ содержания металлов и их дифференциации по генетическим горизонтам почв наиболее представительных катен исследуемых территорий является необходимым этапом проведения экологического мониторинга. Один из главных факторов, определяющих уровень содержания металлов, — гранулометрический состав почв. Концентрации металлов в гранулометрических фракциях почв изучены З.А. Синкевич, Г.П. Стрижовой [20], И.Г. Победин-цевой [16], В.В. Добровольским [5], H.A. Титовой с соавторами [22], О.В. Пляскиной, Д.В. Лздониным [15], а также в работах [25—27]. В литературе обьино приводится оценка связи концентраций металлов с гранулометрическим составом почв, полученная при помощи корреляционного анализа [17, 27].
Цель статьи — охарактеризовать содержание Fe, Ti, Zr, Mn, Cu, Ni, Co, Cr, Pb, Zn в гранулометрических фракциях генетических горизонтов почв одной из типичных лесных катен и проанализировать их радиальное распределение в составе данных фракций.
Материалы и методы. Район исследования находится в средней части бассейна р. Протвы, его рельеф типичен для вторичных моренных равнин [24]. Различные аспекты поведения металлов в почвах и поч-вообразующих породах, в том числе и на катенарном уровне, отражены в работах [9, 10, 18, 19]. Покровно-склоновые образования среднеплейстоценового—го-лоценового возраста, которые служат основой современных ландшафтов, представлены лёссовидными суглинками междуречий, озерно-болотными отложениями моренных западин [1], флювиогляциальными супесями и песками [11]. В системе почвенного районирования эта территория относится к Среднерусской провинции дерново-подзолистых среднегумуси-рованных почв [6]. Морфологические свойства этих почв описаны М.И. Герасимовой [4].
На рассматриваемой территории широко развиты текстурно-дифференцированные почвы на суглинистых отложениях и почвы, развивающиеся на двучленных отложениях различного гранулометрического состава. Минералого-химические аспекты текстурной дифференциации почв подробно описаны В.Д. Тонконоговым и др. [23].
Поведение металлов изучено в почвах водораз-дельно-овражной катены северо-западного склона Агаркова оврага (территория учебно-научной станции "Сатино" географического факультета МГУ) протяженностью 180 м. Катена включает следующие элементарные ландшафты: автономный с березово-еловым кислично-медуницевым сообществом на дерново-слабоподзолистых почвах, на покровных суглинках; трансэлювиальный пологого склона с осино-
во-еловым медуницево-осоковым сообществом на дерново-слабоподзолистой почве с погребенными горизонтами, подстилаемыми супесчаными отложениями флювиогляциального генезиса [11]; трансэлювиальный ландшафт крутого склона с березово-дубовым копытнево-медуницевым сообществом на дерновой смыто-намытой почве, развивающейся на делювиальных суглинках, подстилаемых супесчаными отложениями. Транссупераквальный ландшафт днища оврага представлен медуницево-копытневым сообществом на дерновой глееватой почве, сформировавшейся на делювиальных суглинках. Состав почвообразую-щих пород и их смена по элементам рельефа позволяют предполагать, что транзитные ландшафты этой катены приурочены к флювиогляциальной террасе, перекрытой покровными суглинками. Палеорельеф ее поверхности значительно отличался от современного: доказательством этого является залегание супесчаных осадков на различной глубине по линии профиля. В каждом из перечисленных элементарных ландшафтов заложен почвенный разрез, пробы отобраны из средних частей генетических горизонтов.
Гранулометрический состав почв изучен пиро-фосфатным методом, отдельные гранулометрические фракции выделены методом отмучивания водой в химической лаборатории Института географии РАН, содержание гумуса (по Тюрину) и определение рНводн также выполнено в этой лаборатории. Выделены 4 фракции: 1-0,25, 0,25-0,05; 0,05-0,01; <0,001 мм во всех генетических горизонтах почв катены. В почвах пологого склона и днища оврага дополнительно выделены фракции 0,01—0,005 и 0,005—0,001 мм.
Содержание Fe, Ti, Zr, Mn, Cu, Ni, Co, Cr, Pb, Zn в почвенной массе и отдельных гранулометрических фракциях определено количественным спектральным, a Fe — атомно-абсорбционным методом в лаборатории ГГЭ г. Бронницы с точностью ±10%.
Оценка среднего содержания элементов в гранулометрических фракциях почв катены проведена для всей выборки (16—17 проб). При изучении связей металлов с отдельными гранулометрическими фракциями использованы ранее опубликованные фактические материалы [18, 19]. Степень варьирования содержания металлов проанализирована с помощью вычисления стандартного отклонения и коэффициента вариации. Статистическая обработка данных выполнена в программе SPSS.
Результаты. Миграция элементов в почвах протекает в кислой (рН 4,8—5,0) окислительной обстановке почв автономных и трансэлювиальных ландшафтов и в восстановительной с аналогичными щелочно-кислотными свойствами — транссупераквального
Таблица 1
Физико-химические свойства почв кате и ы и содержание металлов, мг/кг
Почва, ландшафт, разрез Горизонт Глубина, CM РНводн Гумус,% Гранулометрический состав горизонтов, %, размер частиц в мм Почвенная масса в целом
10,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 Fe,% Pb Cr Со Ni Mn Cu Zn
Дерново-сла-боподзолис-тая, автономный (Аэ, р. 6)* AI 1-7 5 2,1 0,8 3,3 62,7 10,7 11,0 11,6 2,48 23 80 12 40 1300 37 110
А1А2 7-22 4,4 1,2 0,8 2,5 62,4 11,3 9,6 13,5 2,35 21 82 16 36 2300 36 120
A2Bg 22-60 5 0,4 0,1 0,9 48,3 9,9 9,8 31,0 3,43 18 94 15 48 550 45 120
Bg 60-102 5 — 0,2 0,7 47,1 9,8 10,1 32,0 3,49 22 110 18 76 740 53 120
ВС 103- 5,2 — 0,6 0,4 44,9 11,4 7,0 32,6 3,36 21 94 13 63 500 46 120
Дерново-сла- боподзолис- тая (Т*, Р. 7) AI 5-11 4,5 1,9 7,8 12,9 48,8 7,9 12,1 10,7 2,65 23 74 14 48 840 46 120
А1А2 11-29 4,8 1,1 7,8 11,6 42,2 10,3 13,4 14,5 2,55 20 76 15 42 920 36 100
ВС 29-51 5,2 0,4 23,4 42,6 13,9 1,7 2,8 15,8 2,43 17 62 10 46 380 44 60
[A2g] 51-86 5,1 0,2 17,0 44,8 13,6 1,6 5,2 17,9 2,07 18 60 10 41 300 33 80
fCg] 86-98 5,2 — 9,4 52,3 12,3 2,7 3,8 19,5 2,42 20 68 10 43 310 36 90
D 98-125 5,4 — 23,2 55,9 2,8 1,1 1,8 15,8 2,2 19 55 11 39 320 43 50
Дерновая (Т, р. 8) AI 8-15 4,8 2,9 3,5 4,7 57,7 13,9 9,9 10,3 2,93 24 68 16 44 2100 45 110
A1C 15-50 5,5 1,1 2,5 3,0 56,5 12,7 10,4 14,9 2,53 23 78 15 43 1800 45 100
С 50-105 5,5 — 15,4 36,9 20,1 6,0 8,8 12,7 2,66 20 64 14 52 720 50 90
Дерновая гле-еватая (вац, р. 10) Alg 3-22 4,8 0,7 8,2 10,0 46,4 8,8 10,7 15,9 2,27 20 64 8 29 410 40 100
AlCg 23-79 5,1 1,1 2,6 8,6 54,9 10,5 10,3 13,1 2,33 21 60 10 31 1000 36 110
* В скобках — индексы элементарных геохимических ландшафтов и номера разрезов. Аэ — автономный; Тэ — трансэлювиальный; в1^ — транссупераквальный. Прочерк — не определено.
ландшафта. Содержание гумуса в верхних горизонтах автономных и трансэлювиальных почв изменяется в интервале 2—3%, а в дерновой глееватой почве транс-супераквального ландшафта снижается до 0,7%.
Гранулометрический анализ (табл. 1) показал, что верхние части почв катены, включающие органогенные горизонты, а также весь почвенный профиль днища оврага, относятся к крупнопылеватым средним суглинкам. Нижняя часть почвенных разрезов более разнообразна: в дерново-слабоподзолистой автономной почве она представлена крупнопылеватой легкой глиной, в дерново-слабоподзолистой и дерновой почвах пологого и крутого склонов — мелкопесчанистым легким суглинком, подстилаемым супесчаными отложениями. Таким образом, на склонах почвы формируются в толще двучленных отложений. Дерново-слабоподзолистая почва автономного ландшафта, по-видимому, представляет собой единый текстурно дифференцированный профиль, где утяжеление гранулометрического состава минеральных горизонтов связано с иллювиальным процессом. В дерново-слабоподзолистых почвах средняя часть профиля, а именно горизонты А2Вй и В§ (разрез 6) и | А2§| и | С§ | (разрез 7), имеет признаки оглеения, что мы объясняем сезонной динамикой увлажнения.
Радиальная дифференциация гранулометрических фракций в почвах катены. Радиальное распределение фракций среднего (1—0,25 мм) и мелкого (0,25—0,05 мм) песка обусловлено характером почвообразующей породы — в почвах на песчаных отложениях их максимальная концентрация наблюдается в нижней части профиля, а на суглинистых — в верхней (табл. 1).
Последнее, вероятно, объясняется остаточной аккумуляцией за счет выноса более тонких частиц в нижнюю часть профиля. Равномерное распределение для песчаных фракций нехарактерно. Содержание крупной и мелкой пыли (0,05—0,01 и 0,005—0,001 мм) в почвенных профилях выше, чем в почвообразующих породах; степень ее накопления может быть различной. В днище оврага выявлена слабая аккумуляция этих фракций в нижней части профиля. Максимальное содержание илистой фракции отмечается в иллювиальных горизонтах и почвообразующих породах (табл. 1). В днище оврага илистая фракция накапливается в горизонте AI, вероятно, за счет привноса материала со склонов. Наиболее равномерное распределение по генетическим горизонтам характерно для фракции средней пыли (0,01—0,005 мм); возможна также ее аккумуляция в горизонте AI. Таким образом, в почвенных профилях наиболее контрастно дифференцированы фракции крупной, мелкой пыли и илистая. Для крупно- и мелкопылеватых фракций характерно поверхностно-аккумулятивное распределение, которое можно объяснить не только дифференциацией внутри почвенного профиля, но и поступлением из атмосферы, т.е. эоловым привносом, особенно для крупной пыли. Иллювиальный тип распределения илистой фракции обусловлен ее участием в процессах оподзоливания и лессиважа, развивающихся в автономных почвах.
Содержание металлов в почвенной массе и гранулометрических фракциях. Валовое содержание металлов в почвах катены (табл. 1) в целом соответствует средним значениям в почвах подзолистой зоны [3, 12, 14].
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7
Среднее содержание металлов в гранулометрических фракциях изученных почв. По оси ординат — содержание металла, мг/кг; содержание Ре приведено в %; по оси абсцисс — гранулометрическая фракция: 1 - 1-0,25 мм; 2 - 0,25-0,05 мм; 3 - 0,05-0,01 мм; 4 -0,01-0,005 мм; 5 - 0,005-0,001 мм; 6 - <0,001 мм; 7 - общая почвенная масса
Изменение их содержания, как правило, не превышающее 100%, зависит от территории исследования, методики анализа, конкретного элемента. Например, полученные нами данные и результаты П.В. Мадано-ва [13] для подзолистых почв Русской равнины близки для Со, Мп, Си, Ъп, а содержание N1 почти в 2 раза ниже в почвах бассейна р. Протвы, Сравнение с ре-
зультатами Б.Н. Золотаревой (в почвах Верхнеокского бассейна) [7] выявило, что в изученных нами почвах, близкие концентрации N1 и Ъп и более высокие Си, Мп, РЬ (в 1,5—2 раза). Повышенное содержание РЬ в почвах данного района совпадает с данными В.В. Снакина и др. [21].
Таблица 2
Содержание металлов в гранулометрических фракциях почв лесной катены, мг/кг
Почва, ландшафт, разрез Гориз онт Глубина, см Фракция 1—0,25 мм Фракция 0,25—0,05 мм
Fe, % Pb Cr Со Ni Mn Cu Zn Ti Zr Fe, % Pb Cr Со Ni Mn Cu Zn Ti Zr
Дерново-слабоподзолистая, автономный (Аэ, р. 6)* Al 1-7 1,17 35 45 37 38 9000 100 100 6000 — 3,63 27 66 20 50 1500 110 100 6200 1700
А1А2 7-22 — 43 20 76 31 18000 90 130 2700 — 5,1 28 63 26 60 2500 120 130 4600 1300
A2Bg 2260 30 45 13 18 1000 14 60 4500 —
Bg 60102 37 47 27 22 1800 21 80 7000 —
ВС 103-.. 25 23 11 13 660 17 60 6200 —
Дерново-слабоподзолистая (Тэ, р. 7) Al 5-11 7,09 13 20 20 88 1100 140 30 1300 — 3,02 16 23 8 47 560 48 50 2600 910
А1А2 1129 4,45 17 44 21 60 1200 110 30 570 90 3,39 18 51 16 36 820 78 50 2800 780
ВС 2951 2,44 8 30 9 31 380 33 30 470 70 2,14 11 48 6 32 410 36 30 2500 430
[A2g] 5186 2,97 8 25 7 29 360 38 30 300 60 1,93 9 36 4 18 350 21 30 2400 400
[Cg] 8698 5,35 9 80 14 76 620 76 30 400 60 3,66 10 36 9 23 510 42 30 2500 390
D 98125 2,44 9 36 7 32 330 26 30 500 80 2,35 11 33 8 24 400 25 30 1900 270
Дерновая (Тэ, р. 8) Al 8-15 5,19 11 38 11 35 2000 66 70 1500 150 5,36 12 54 7 23 500 60 30 2200 370
Al С 1550 13,91 14 150 31 14 1900 210 40 120 100 3,59 32 84 26 60 2200 96 50 3200 750
С 50105 2,41 12 43 8 38 480 46 30 420 50 4,99 11 60 19 45 960 94 150 2000 320
Дерновая глееватая (Зад Р. Ю) Alg 3-22 3,72 11 60 11 54 540 100 30 400 70 2,54 13 60 6 39 430 64 30 2500 520
AlCg 2379 1,43 15 20 9 11 2000 18 30 1900 180 4,26 12 56 7 27 550 67 50 2700 440
Фракция 0,05—0,01 мм Фракция <0,001 мм
Дерново-слабоподзолистая, автономный (Аэ, р. 6)* Al 1-7 0,59 17 54 6 16 540 20 40 6800 1200 5 42 100 27 80 3000 120 290 6000 210
A1A2 7-22 0,59 19 60 9 13 820 19 80 6700 1400 4,92 43 100 32 86 5600 110 370 7200 190
A2Bg 2260 0,7 21 63 8 18 530 12 60 8400 1300 4,64 29 120 25 88 620 100 240 5600 200
Bg 60102 0,73 22 63 11 17 530 13 50 7700 1100 4,7 30 120 23 84 840 110 270 6000 190
ВС 103- 0,59 22 67 7 17 450 17 60 8000 1200 5,7 23 110 22 80 600 82 230 5600 190
Дерново-слабоподзолистая (Тэ, р. 7) Al 5-11 0,6 22 63 6 14 400 22 60 8200 1500 6,75 49 100 30 86 2000 200 260 5600 160
A1A2 1129 0,6 23 72 8 15 560 17 60 9200 1500 5,55 20 96 25 76 1300 90 220 4200 150
ВС 2951 1,1 24 55 7 17 420 21 70 6700 1200 5,66 35 110 20 74 490 120 300 6000 160
[A2g] 5186 0,75 23 54 6 13 360 17 90 9200 980 5,84 39 120 24 70 400 88 200 6800 130
[Cg] 8698 1,08 26 62 8 20 380 24 90 9500 1000 5,91 43 120 25 78 420 94 200 6800 160
D 98125 — 44 88 30 51 620 78 140 8400 — 7,34 29 130 26 86 540 100 160 4800 130
Дерновая (Тэ, р. 8) Al 8-15 3,54 14 64 5 30 330 49 30 3100 1400 5,28 36 73 22 45 5400 110 320 3200 80
Al С 1550 0,63 26 66 8 20 700 15 50 10000 850 5,09 32 120 26 82 3100 84 230 9000 180
С 50105 1,03 25 70 13 29 650 21 80 8800 960 6,19 24 100 22 87 920 94 190 5600 200
Дерновая глееватая (S^p. 10) Alg 3-22 0,57 19 70 6 22 350 15 50 8200 920 6,19 33 130 21 70 600 110 200 7300 170
ACg 2379 2,36 13 58 6 19 340 33 40 4100 1300 5,68 35 100 22 60 3200 100 280 4300 140
Окончание табл. 2
Почва, ландшафт, разрез Горизонт Глубина, см Фракция 0,01—0,005 мм Фракция 0,005—0,001 мм
Ге, % РЬ Сг Со N1 Мп Си гп Л гг Ге, % РЬ Сг Со N1 Мп Си Та Т1 гг
Дерново-слабоподзолистая (Тэ, р. 7) А1 5-11 1,48 25 60 9 23 480 44 120 10000 350 4,67 49 78 24 60 1100 120 210 6700 250
А1А2 11-29 1,48 20 54 10 22 600 26 90 8800 320 4,18 28 90 20 60 1000 68 150 5600 160
ВС 29-51 2,32 20 55 10 20 450 48 130 11000 — 3,66 34 72 15 42 420 76 190 11000 230
[АЗД 51-86 2,35 30 68 11 29 330 43 160 1200 510 6,82 43 120 29 76 680 190 230 6200 210
[0*1 86-98 — 37 86 17 45 330 76 220 9800 250 8.04 38 110 25 78 580 110 190 6300 190
И 98-125 — 43 100 25 63 550 110 220 8800 — — 38 120 31 80 760 130 190 6000 —
Дерновая глееватая (Я', р. 10) А1ё 3-22 1,43 15 62 8 27 420 21 80 12000 300 3,38 36 95 14 50 480 72 300 8400 180
А1С§ 23-79 3,8 16 68 9 28 580 68 110 4800 450 4,56 31 92 18 42 1500 83 160 4700 250
В скобках — индексы элементарных геохимических ландшафтов и номера разрезов. Аэ — автономный; Тэ — трансэлювиальный;
5>ач — транссупераквальный. Прочерк — не определено.
Содержание металлов в фракции определяется ее размерностью, генезисом, нахождением в конкретном генетическом горизонте (рисунок, табл. 2). Сравнение полученных нами данных с результатами И.Г. Побединцевой [16] показало, что они отличаются. В фракции среднего песка и илистой почвы лесной катены содержится больше Си, N1, Со, Сг (более чем на 50%), а во фракции крупной пыли этих металлов меньше, чем в аналогичных фракциях почв на древних корах выветривания. Согласно [5], концентрация металлов определяется главным образом минералогическим составом гранулометрических фракций и степенью их эпигенетического преобразования, а неравномерность содержания и распределения является одной из существенных закономерностей природы.
Четкая приуроченность максимального содержания к конкретной гранулометрической фракции характерна для Т1 (крупная и средняя пыль) и Ту (крупная пыль). Аккумуляция Т1 в фракции крупной пыли описана И.Г. Побединцевой [16], которая объясняет это его вхождением в состав первичных минералов, накапливающихся в этой фракции (биотит, полевой шпат). В отдельных случаях Ту накапливается в фракции мелкого песка, что связано с минералогическим составом последнего и присутствием этого элемента в акцессорных минералах; аналогичные результаты приведены в работе [25].
Ре, Мп, Со, Си, РЬ могут концентрироваться в песчаных, мелкопылеватой и илистой фракциях в зависимости от типа почвы и генетического горизонта. На накопление Со в фракции среднего песка, Си — в мелкопылеватой и илистой фракциях указывает И.Г. Побединцева [16], а Со — в пылеватой и песчаных фракциях — Н.Г. Зырин [8]. Сг, Хъ и в большинстве случаев N1 накапливаются в илистой фракции, вероятно, вследствие сорбции глинистыми минералами и органическими соединениями [2, 22]. Тенденция к накоплению Мп, Хъ, N1, Со, Си, Бе в илистой
и в пылеватой фракциях различных почв Шотландии описана в работе [25]. Для N1 возможен также второй (или единственный) максимум в фракции 1—0,25 мм (в зависимости от генетического горизонта). Накопление N1 в мелкопылеватой фракции описано З.А. Синкевич и Г.П. Стрижовой [20], а в крупнопы-леватой — И.Г. Побединцевой [16]. Минимальное содержание Бе, Со, N1, Мп, Си выявлено нами в фракции крупной пыли, возможно, это связано с ее эоловым генезисом и (или) эпигенетическим преобразованием в процессе накопления.
Вариабельность содержания металлов в отдельных фракциях различна: у большинства из них она снижается от крупных фракций к мелким (табл. 3). Значения коэффициента вариации в илистой фракции составляют 10—20%. Это связано с ее однородным минералогическим составом — преобладанием вторичных глинистых минералов и геохимической трансформацией в почвенных процессах. Исключением является Мп: в песчаной фракции значение коэффициента вариации превышает 100%, а в илистой — составляет 87%, что обусловлено влиянием органического вещества на распределение этого типичного элемента-биофила.
Радиальная дифференциация металлов в почвенной массе и гранулометрических фракциях. Почвенная масса. Наиболее равномерным распределением в почвах катены характеризуются Си, N1, Со и иногда Тп, который может накапливаться вместе с Мп и РЬ в гумусовых горизонтах. Участие в элювиальном процессе и (или) иллювиальное распределение с максимумом в горизонте В§ отмечается для Ре, Сг, Со, N1, Си (табл. 1). Максимальным разнообразием отличается поведение Сг.
Фракция 1—0,25мм. В дерново-слабоподзолистой почве пологого склона (разрез 7) радиальная дифференциация элементов подтверждает полигенетич-ность профиля: Бе, Со, N1, Мп, Си, Т1 концентриру-
ются в горизонтах А1 и |С§|, принадлежащих различным генетическим образованиям (табл. 2). Содержание Т\л не дифференцировано, а изменение концентраций Ту, вероятно, связано с минералогическим составом этой фракции.
В дерновой почве (разрез 8) минимальное содержание всех элементов (кроме РЬ, Сг, N1) наблюдается в почвообразующей породе. В дерновой глееватой почве (разрез 10) не дифференцировано содержание Т\л, остальные элементы образовали две группы: накапливающиеся в горизонте А1§ — Ре, Сг, Со, N1, Си и накапливающиеся в горизонте А1С§ — Мп, РЬ, ТО Ту. Различная дифференциация металлов по генетическим горизонтам дерновой и дерновой глееватой почв свидетельствует о трансформации этой фракции в почвенно-гео-химических процессах, которая, вероятно, проявляется в механическом разрушении первичных минералов и увеличении их сорбцион-ной способности. Это явление описано для фракции мелкого песка В.Д. Тонконоговым и др. [23]. Формирование групп металлов, возможно, связано не только с радиальными процессами в почвенном профиле, но и с латеральными внутрипочвен-ными потоками.
Фракция 0,25—0,05 мм. В дерново-слабоподзолистых почвах верхнего звена катены проявляется поверхностно-аккумулятивное и элювиально-иллювиальное распределение металлов, но состав формирующихся ассоциаций отличается по разрезам (табл. 2). Элювиально-иллювиальная дифференциация большой группы металлов указывает на химически активную среду в горизонтах А2В и [А2§]; аналогичное явление относительно минералогического состава, т.е. его обедненность полевыми шпатами, амфиболами, слюдами, описано В.Д. Тонконоговым с соавторами [23].
В дерновой (разрез 8) и дерновой глееватой (разрез 10) почвах большинство металлов концентрируется в средней или нижней частях профиля, что, вероятно, объясняется комплексом радиальных и латеральных ландшафтно-геохимических процессов.
Фракция 0,05—0,01 мм. Дерново-слабоподзолистые почвы характеризуются слабой контрастностью распределения металлов по генетическим горизонтам. Типы дифференциации большинства металлов в данных разрезах различны, что дает основание предполагать разный генезис этой фракции: в первом случае он связан с покровными суглинками, а во втором — с супесчаными отложениями флювиогляциального происхождения. Отсутствие элювиально-иллювиальной дифференциации металлов в этой фракции, а также слабое изменение ее состава по профилю в целом, независимо от типа почвы, согласуется с данными [23] о стабильности макроэлементного химического состава фракции в генетических горизонтах дерново-подзолистых почв. В дерновой и дерновой глееватой почвах нижнего звена катены лишь РЬ имеет единый
Таблица 3
Стандартные отклонения (над чертой) и значения коэффициентов
вариации (под чертой, %) содержания металлов в гранулометрических фракциях и в общей массе почв лесной катены
Фрак- Число Элементы
ция, мм проб ре РЬ Сг Со N1 Мп Си Ъ\\ Т1 Ъх
1-0,25 17 3,3 9,5 32 17,5 22 4574 52 33 14441 65
87 61 78 92 60 156 74 70 106 53
0,25-0,05 20 1,7 8,7 16 7,6 15 638 34 35 15554 384
49 49 32 62 48 74 62 64 45 59
0,05-0,01 20 1,7 7,2 10 5,4 9 138 20 26 2210 216
94 35 15 61 41 28 66 44 32 18
0,01- 8 М 10,1 16 5^ 15 105 29 54 3571 98
0,005 43 39 23 47 46 23 53 38 43 27
0,005- 8 и 6,6 18 ^3 16 364 41 47 1974 35
0,001 34 18 19 29 26 45 39 23 29 17
<0,001 20 м 2Л 17 йЛ 13 2251 25 130 1502 32
12 22 17 24 17 87 23 45 27 20
Общая 45 0^5 1А 16 м 13 482 6 17 — —
проба 18 10 23 21 28 54 15 18
Примечание. Прочерк — не определено.
тип распределения, накапливаясь в горизонтах А1 и А1§ соответственно; другие металлы характеризуются различным поведением.
Фракции 0,01—0,005 и 0,005—0,001 мм почти поровну представлены в гранулометрическом составе суглинистых почв катены. Поведение металлов в этих фракциях различно. В фракции средней пыли максимальная концентрация всех металлов (кроме ТО приурочена к нижней части профиля — горизонтам О (разрез 7) и А1С§ (разрез 10). В фракции мелкой пыли дерново-слабоподзолистой почвы накопление в горизонте А1 отмечается для Мп, РЬ, Ту, а в горизонте О — для Со, N1. Элювиально-иллювиальная дифференциация металлов не выявлена. На отсутствие принципиальных различий макроэлементного состава этих фракций в элювиальных и текстурных горизонтах дерново-подзолистых почв указывает В.Д. Тонконогов и др. [23]. Таким образом, поведение металлов не отличается от ранее описанных закономерностей дифференциации макроэлементов.
В мелкопылеватой фракции дерновой глееватой почвы (разрез 10) контрастность дифференциации наиболее высока у Хъ и ТО накапливающихся в горизонте А1§, а также у Мп, Ту — в горизонте А1С§; для остальных элементов она проявляется на уровне тенденции.
Фракция <0,001 мм. В дерново-слабоподзолистых почвах общий характер распределения отмечается лишь для Т1 — накопление в верхней части профиля; поведение остальных элементов отличается по разрезам (табл. 2) и характеризуется слабой контрастностью. Это обусловлено интенсивным геохимическим преобразованием илистой фракции и нахождением элементов в прочносвязанном состоянии. Накопление Мп, Т\л, Си в гумусовых горизонтах объясняется их связью с органическим веществом [2, 22]. Элементы группы Бе почти не дифференцированы по генетическим горизонтам, слабо проявляется элювиаль-
но-иллювиальное распределение Мп, Ъп, Си, Т1 Поведение Т1 и Ъх определяется минералогическим составом этой фракции.
Минералогический состав илистой фракции дерново-подзолистых почв четко дифференцирован по генетическим горизонтам при ее однородном макро-элементном химическом составе [23]. Низкая контрастность распределения большинства металлов хорошо согласуется с этими результатами. В дерновой и дерновой глееватой почвах дифференциация металлов разнообразнее и контрастнее, однако в обоих случаях характерны следующие группы элементов, имеющие общий тип распределения: Бе, N1, Ъх\ Мп и Т\л\ Си и Со. Радиальная дифференциация металлов значительно осложнена латеральной миграцией вещества в нижних звеньях катены.
Типы радиального распределения металлов. Анализ радиальной дифференциации металлов в изученных фракциях и в почвенной массе из генетических горизонтов почв катены показал ее значительное разнообразие (табл. 2). Наиболее стабильное, а именно поверхностно-аккумулятивное распределение характерно для Мп в почвенной массе и во всех фракциях, кроме крупной и средней пыли; в последних двух фракциях оно равномерное с тенденцией к поверхностно-аккумулятивному. Почти аналогичная дифференциация характерна для РЬ, лишь в крупной пыли максимальное содержание отмечается в почво-образующей породе, что объясняется не только биогенными процессами, но и антропогенными [27]. Размер гранулометрической фракции сильно влияет на радиальное распределение Ту. в составе среднего и мелкого песка оно поверхностно-аккумулятивное и является следствием концентрации здесь минералов, устойчивых к выветриванию; в мелкопылеватой и илистой фракциях равномерное, а в крупно- и сред-непылеватых — зависит от конкретного почвенного разреза. Распределение Со в составе всех фракций, кроме крупно- и среднепылеватых, характеризуется поверхностно-аккумулятивным типом. Для Бе, Т1, N1, Си наблюдается слабоконтрастное внутрипрофильное распределение в проанализированных фракциях, четкие закономерности не выявлены. Низкой контрастностью отличается радиальная дифференциация Сг во всех фракциях, кроме мелкого песка, где отмечено его поверхностно-аккумулятивное распределение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антонов С. И., Рычагов Г. И. Покровно-склоновые образования бассейна Средней Протвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2002. № 4. С. 39-44.
2. Варшал Г.И., Велюханова Т.К. Кощеева И.Я. Геохимическая роль гуминовых кислот в миграции элементов // Гу-миновые вещества в биосфере. М.. 1993. С. 97—117.
3. Васильевская В.Д., Якушевская И.В. Микроэлементы в почвах Центрального экономического района // География почв и почвенное районирование Центрального экономического района СССР. М.. 1972. С. 411—421.
Максимальное сходство поведения большинства элементов обнаружено в почвенной массе и илистой фракции, однако для Сг, N1, Си это проявляется не во всех почвах. Минимальное соответствие типов радиального распределения металлов в гранулометрических фракциях с таковым в почвенной массе обнаружено в фракции крупной пыли, что подтверждает сделанные ранее предположения о ее аллохтонном генезисе и слабом участии в почвообразовательных процессах [18, 19]. Полное совпадение типа дифференциации во всех фракциях и почвенной массе характерно для Мп (исключение — почва днища оврага), минимальное сходство выявлено для N1 и Тп.
Выводы. 1. Контрастное радиальное распределение по горизонтам почв характерно для фракций крупной, мелкой пыли и илистой. У крупно- и мел-копылеватых фракций преобладает поверхностно-аккумулятивное распределение, а у илистой фракции — иллювиальное. Распределение песчаных фракций зависит от гранулометрического состава почвообразую-щих пород.
2. Максимальное содержание Т1 характерно для крупной и средней пыли, а Ту — для крупной пыли. В отдельных случаях Ту накапливается в фракции мелкого песка. Элементы Бе, Мп, Со, Си, РЬ могут концентрироваться в песчаных, мелкопылеватой и илистой фракциях в зависимости от типа почвы и генетического горизонта, Сг, Хъ и в большинстве случаев N1 накапливаются в илистой фракции. Минимальное содержание Бе, Со, N1, Мп, Си выявлено в фракции крупной пыли.
3. Вариабельность содержания металлов в фракциях различна: она снижается от крупных фракций к мелким.
4. Поверхностно-аккумулятивное распределение металлов выявлено в средне- и мелкопесчаных, мелкопылеватой и илистой фракциях, что обусловлено сорбционными процессами. Равномерное распределение или накопление в нижней части профиля почв характерно для металлов в составе крупно- и среднепылеватых фракций.
5. Типы радиального распределения металлов в отдельных гранулометрических фракциях и в почвенной массе различаются. Максимальное сходство распределения металлов наблюдается в почвенной массе и илистой фракции, а минимальное — в почвенной массе и крупнопылеватой фракции.
4. Герасимова М.И. Почвы Сатинского учебного полигона // Комплексная географическая практика в Подмосковье. М.. 1980. С. 101-109.
5. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М.. 1983.
6. Добровольский Г.В., Урусевская И. С. География почв. М.. 1984.
7. Золотарева Б.Н. Тяжелые металлы в почвах Верхнеокского бассейна // Почвоведение. 2003. № 2. С. 173—182.
8. Зырин Н.Г. Узловые вопросы учения о микроэлементах в почвоведении: Доклад по опубликованным работам докт. ... биол. наук. М.. 1968.
9. Касимов Н.С., Симонова O.A., Кошелева Н.Е. Миграционная способность тяжелых металлов в почвах смешанных лесов // География и окружающая среда. М.. 2000. С. 415-428.
10. Касимов Н.С., Кошелева Н.Е., Симонова O.A. Фоновая геохимическая дифференциация ландшафтов смешанных лесов центра Русской равнины // География и окружающая среда. СПб., 2003. С. 256—273.
11. Комплексный анализ четвертичных отложений Са-тинского учебного полигона / Под ред. Г.И. Рычагова, С.А. Антонова. М.. 1992.
12. Ландшафтно-геохимические основы фонового мониторинга природной среды. М.. 1989.
13. Маданов П.В. и др. Микроэлементы и микроудобрения в подзолистой зоне Русской равнины. Казань, 1972.
14. Мотузови Г. В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. М.. 1999.
15. Пляскина О.В., Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в гранулометрических фракциях некоторых типов почв // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2005. № 4. С. 36-43.
16. Побединцева И.Г. Почвы на древних корах выветривания. М.. 1975.
17. Протасова H.A. Редкие и рассеянные элементы (Mn, Cr, V, Ni, Си, Zn, Со, Mo, Ве, Ti, Zr, Ga, Sr, Ba, I, B) в почвообразующих породах Центрального Черноземья // Вестн. ВГУ. Сер. Химия, биология, фармация. 2003. № 2. С. 164-171.
18. Симонова O.A., Асеева E.H. Геохимический анализ покровных и моренных суглинков бассейна Средней Протвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2006. № 2. С. 43—48.
Кафедра геохимии ландшафтов и географии почв
19. Симонова О.А., Асеева Е.Н. Геохимическая трансформация покровных и моренных суглинков бассейна Средней Протвы в процессе почвообразования // Там же. № 6. С. 67-74.
20. Синкевич З.А., Стрижови Т.П. Содержание меди, цинка, никеля, кобальта и молибдена в гранулометрических фракциях некоторых почв Молдавии // Вопросы исследования и использования почв Молдавии. 1966. N° 4.
21. Сникин В.В., Рухович О.В., Флоринский И.В. и др. Свинец в почвах России // Тяжелые металлы в окружающей среде: Мат-лы междунар. симпозиума. Пущино, 1997. С. 250-257.
22. Титови Н.А., Тривникови Л. С., Кихнович З.Н. и др. Содержание тяжелых металлов в гранулометрических и денсиметрических фракциях почв // Там же. 1996. N° 7. С. 888-898.
23. Тонконогов В.Д., Гридусов Б.П., Рубилини Н.Е. и др. К дифференциации минералогического и химического составов дерново-подзолистых и подзолистых почв // Там же. 1987. № 3. С. 68-81.
24. Физико-географическое районирование СССР / Под ред. Н.А. Гвоздецкого. М.. 1968.
25. Be trow M.L., Mitchell R.L. Location of trace elements in soil profiles: total contents of particle-size separates // Transactions of the Royal Soc. of Edinburgh. Earth Sci. (Trans. R. Soc. Edinb. Earth Sci.). 1991. Vol. 82, N 3. P. 195-209.
26. Burt R., Wilson M.A., Muys M.D., Lee C.W. Major and trace elements of selected pedons in the USA // J. Environ. Qual. 2003. Vol. 32. P. 2109-2121.
27. Gregoruuskiene V., Kudunus V. Vertical distribution patterns of trace and major elements within soil profile in Lithuania // Geol. Quarterly. 2006. Vol. 50, N 2. P. 229-237.
Поступила в редакцию 25.05.2007
O.A. Samonova, E.N. Aseeva
DISTRIBUTION OF METALS BY GRANULOMETRIC FRACTIONS
OF SOILS IN THE SOUTH-EASTERN PART OF THE SMOLENSK-MOSCOW HIGHLAND
Concentration and distribution of Fe, Ti, Zr, Mn, Cu, Ni, Co, Cr, Pb and Zn in total soil volume and in particular granulometric fractions have been studied for soils of a typical forest catena. Maximum Ti concentration is typical of coarse and fine silt and that of Zn for coarse silt or fine sand. Fe, Mn, Cu, Co and Pb could accumulate in sand, fine silt and clay fractions while Cr, Zn and Ni usually accumulate in clay. Minimum concentrations of Fe, Co, Ni, Mn and Cu were found in coarse silt fraction. Concentrations of metal become less variable from coarse fractions to fine fractions of soil matter. Surface-accumulative distribution of metals was revealed in medium and fine sand, fine silt and clay fractions, mainly due to biogenic accumulation and sorption processes. Even distribution of metals or their accumulation in the lower part of soil profile is typical of coarse and medium dust fractions.
20 ВМУ, география, № 3
