CC BY
45
УДК 631.4
С.С. Мешкинова, А.В. Пузанов, Н.А. Мешков
РТУТЬ В ЧЕРНОЗЕМНЫХ И КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ ДОЛИНЫ СРЕДНЕЙ КАТУНИ
Исследовано содержание ртути в черноземных и каштановых почвах долины Средней Катуни. Выявлено, что концентрация исследованного химического элемента в почвах находится ниже уровня ПДК для почв и не представляет опасности для водных и наземных экосистем.
В связи с проектированием водохранилищ ГЭС на Катуни необходимо изучить почвы данной территории, попадающие под затопление, на содержание тяжелых металлов, в частности на содержание ртути. Так как ртуть является одним из токсичных элементов биосферы [1, 2, 3], накопление, которого в живых организмах, оказывает на них отрицательное воздействие, нужно получить представительный материал, для оценки сложившейся природной ситуации с ртутью в регионе и построения прогноза поведения ее в случае затопления почв.
Содержание ртути в магматических породах составляет сотые доли мг/кг, в глинистых отложениях - 0,200,40 мг/кг, сланцах - 0,18-0,40 мг/кг, песчаниках - 0,040,10 мг/кг [4]. Кларк ртути в литосфере равен 0,08 мг/кг [5]. Ртуть может образовывать несколько ионных форм, но она малоподвижна при выветривании. Поступающая в почву ртуть связывается в элементарной форме и в виде катионных или анионных комплексов. Накопление ртути в почве контролируется образованием органиче-
ских комплексов и осаждением. Метилирование элементарной ртути играет наиболее важную роль в её цикле в окружающей среде; метилированная ртуть легкоподвижна и легко поглощается живыми организмами. Удалению ртути из среды в виде паров способствуют некоторые типы бактерий. Концентрация ртути в профиле незагрязненных почв наследуется от материнских пород. Средняя фоновая концентрация элемента в поверхностных горизонтах почв мира не превышают 0,4 мг/кг, при колебании от 0,005 до 1,50 мг/кг [4].
Высокие уровни содержания ртути обнаружены в торфянистых почвах Канады - 0,4 мг/кг, в почвах рисовых полей Японии - 0,35 мг/кг [4]. Фоновое содержание ртути в почвах европейской части России, Австрии, Швеции и Канады колеблется в пределах 0,02-0,5 мг/кг [1]. ПДК ртути в почвах оценивается в 2 мг/кг [6]. В таблице 1 приведены данные по содержанию ртути в некоторых регионах.
Таблица 1
Содержание ртути в почвах некоторых регионов, мг/кг
Регион n X ± Sx lim Источник
Почвы мира 0,005-1,50 Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989
США <0,01-4,б0 Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989
Европейская часть России 0,011-5,8 Зырин, Обуховская, 1980; Минеев, Тришина, Алексеев, 1983
Южная часть Западной Сибири 77 0,023 0,012-0,05 Байдина, 2001
Тувинская горная область 821 0,119±0,005 0,005-1,45 Пузанов, 2000а
Горный Алтай б12 0,15±0,01 0,017-б,12 Мальгин, Пузанов, 1995а
Долина Средней Катуни 39б 0,184±0,004 0,032-0,552 Мешкинова, Пузанов
Колебания содержаний ртути в почвах обусловлены рядом факторов, прежде всего насыщенностью почвообразующих пород этим элементом.
Характер же распределения ртути в почве зависит от свойств почв. Ртуть малоподвижна в почвах, имеющих щелочную реакцию среды (рН>7), и довольно мобильна в условиях кислой реакции среды (pH <5). Подвижность ртути больше в почвах легкого гранулометрического состава, бедных гумусом в сравнении с тяжелыми почвами, богатыми органическим веществом. Особенно велико поглощение ртути торфом. По гранулометрическим фракциям ртуть распределяется неравномерно. Более половины ее аккумулировано в илистой и предилистой фракциях почвы. Ртуть, перешедшая в такие минеральные соединения как сульфаты, фосфаты, карбонаты, становится малоподвижной [2].
Загрязнение почв ртутью может быть природным (месторождения, рудопроявления) и антропогенным (техногенным). Степень загрязнения почв ртутью, в зависимости от мощности ее источника, может быть неодинаковой.
Исходя из известных положений о поведении ртути в почве, рассмотрим результаты наших исследований
этого элемента в почвах долины Средней Катуни. Разрезы закладывали в системе почвенно-геохимических профилей (катен). Физико-химические и физические свойства почв (величина pH, гумус, ил, физическая глина, карбонаты, емкость поглощения) определяли общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами [9, 10]. Ртуть определяли атомно-абсорбционным методом холодного пара.
Черноземы. Формируются в низкогорной части долины средней Катуни в условиях умеренно континентального субгумидного климата. Почвообразующими породами служат в долине Катуни - аллювиальные пес-чано- и супесчано-галечниковые, реже - делювиальные отложения.
Гранулометрический состав черноземов долины Средней Катуни разнообразен и неоднороден по профилю, что обусловлено многообразием почвообразующих пород. Преобладают супесчаные и легкосуглинистые разновидности. Количество крупнозема (> 1 мм) нарастает к низу. Мелкозем верхних горизонтов характеризуется высоким содержанием пылеватых и песчаных фракций и низким - илистой.
Содержание гумуса, имеющего гуматный качест-
венный состав, варьирует в широких пределах в гумусовом горизонте (см. табл. 2). В результате эрозионных и дефляционных процессов в пахотных вариантах концентрация органического вещества понизилась до 3%.
Аккумулятивные горизонты целинных черноземов содержат до 11-13%. Распределение гумуса по профилю рассматриваемых почв находится в тесной связи с особенностями биоклиматической обстановки.
Количество углекислых солей в карбонатном горизонте достигает внушительных значений. Реакция среды щелочная по всему профилю и нарастает к низу. Ёмкость поглощения достигает максимальных значений в гумусовом горизонте. Черноземы долины Средней Катуни опреснены, сумма воднорастворимых солей редко превышает 0,2% (см. табл.2).
В случае строительства ГЭС именно мелкозем черноземов степных котловин, дренируемых притоками Катуни, и черноземов террас Катуни, попадающих под затопление, будет оказывать преимущественное влияние на вещественный состав донных отложений водохранилища.
Внутрипрофильное распределение ртути в черноземах долины Средней Катуни варьирует в широких пределах (см. табл. 3). Концентрация элемента в гумусовом горизонте от 0,032 до 0,552 мг/кг, в почвенной толще -от 0,068 до 0,456 мг/кг, в почвообразующих породах - от 0,068 до 0,480 мг/кг (см. табл. 4). В среднем содержание элемента 0,187±0,005 мг/кг, при коэффициенте вариации в 48,3%
Таблица 2
Физико-химические свойства почв долины Средней Катуни
Генетический горизонт Глубина образца, см Гумус CaCO3 со2 pH водный Ca2+ + 2g Mg Емкость поглощения
%
мг-экв на 100г почвы
Чернозем южный супесчаный. Разрез 21
д -^пах 0-8 6,6 6,3 2,8 7,9 20,3 1,1 21,6
А 10-20 6,7 4,6 2,0 8,0 12,3 0,3 19,9
сд 40-50 4,6 18,6 8,2 8,3 4,3 1,1 11,6
Чернозем южный супесчаный. Разрез 23
А -^пах 0-10 4,3 4,0 1,8 8,0 18,4 4,2 29,9
A1 15-25 4,0 5,6 2,5 8,1 18,2 4,2 26,6
k В і 30-40 2,0 15,0 6,6 8,2 12,5 2,9 18,3
k В 2 55-65 1,2 12,6 5,6 8,3 10,9 4,0 18,3
ВС 85-95 0,8 10,8 4,8 8,3 9,8 5,3 16,6
С 130-140 0,8 11,2 4,9 8,4 7,4 7,0 16,6
Чернозем южный песчаный. Раз рез 27
д -^пах 0-8 2,9 16,5 7,2 8,2 9,8 0,2 16,6
А 10-20 2,6 17,5 7,7 8,2 9,8 0,2 11,6
вк 25-35 0,8 26,8 11,8 8,4 4,0 0,2 10,0
вск 50-60 0,3 17,5 7,7 8,6 3,2 0,6 6,6
с 70-80 0,5 17,5 7,7 ,8 8, 1,1 0,6 6,6
с 130-140 0,3 13,5 5,9 8,9 1,9 1,4 5,0
Чернозем обыкновенный супесчаный. Разрез 28
д -^пах 0-15 4,8 15,2 6,6 8,1 16,4 0,8 25,6
А 20-30 3,4 14,8 6,5 8,2 16,5 1,3 24,9
АВ 40-50 4,0 15,2 6,6 8,2 20,3 1,1 28,2
В 70-80 2,8 22,0 9,6 8,2 14,9 2,9 19,9
С 110-120 0,8 18,4 8,1 8,2 12,0 0,3 16,6
Темно-каштановая супесчаная.. Разрез 31
А 0-10 4,3 8,2 3,6 8,1 19,8 0,5 29,9
Вк 15-25 4,3 10,0 4,4 8,2 23,7 2,2 28,2
ск 50-60 1,6 13,2 5,8 8,3 2,6 0,5 13,3
Чернозем обыкновенный супесчаный. Разрез 41
А 0-10 5,2 3,6 1,6 8,3 20,3 1,8 30,0
Вк 20-30 0,8 27,6 12,1 8,5 8,5 2,4 11,6
вск 35-45 0,8 29,2 12,8 8,7 9,3 1,3 11,6
ск 70-80 0,4 17,8 7,8 9,2 3,0 0,8 6,0
Чернозем обыкновенный супесчаный. Разрез 53
К д пах 0-10 5,4 2,3 0,6 7,8 18,9 8,6 36,3
Ак 10-20 5,2 2,7 0,9 7,9 19,2 1,5 27,6
вк 26-36 2,1 22,0 2,2 8,0 - - 6,9
вск 40-50 0,9 11,4 3,2 8,2 - - 7,8
Ск 70-80 0,8 13,9 - 8,2 - - 8,9
Таблица 3
Распределение ртути по профилю почв долины Средней Катуни
Название почвы Генетический горизонт, его глубина и мощность, см Глубина образца, см Ртуть, мг/кг
Чернозем обыкновенный маломощный супесчаный на аллювиально-делювиальных песчано-галечниково-щебнистых отложениях. Разрез 53 Апах 0-11(11) 0-10 0,192
Ак 11-26(15) 10-20 0,256
АВ 26-36 (10) 26-36 0,180
ВС 36-55(19) 40-50 0,256
С 55-80(25) 70-80 0,288
Чернозем обыкновенный супесчаный маломощный на мелкогалеч-никовом аллювии. Разрез 41 А 0-19(19) 0-10 0,216
Вк 19-35(16) 20-30 0,312
ВСК 35-45(10) 35-45 0,336
Ск 45-90(45) 70-80 0,432
Чернозем обыкновенный маломощный супеспесчаный на делювиальных отложениях. Разрез 28 Апах 0-15 (15) 0-15 0,228
А 15-70(40) 20-30 0,120
АВ(15) 40-50 0,252
В 70-90 (20) 70-80 0,135
С (10) 110-120 0,144
Чернозем южный песчаный маломощный на отложениях сортированного песка. Разрез 27 Апах 0-8 (8) 0-8 0,408
А 8-20 (12) 10-20 0,384
Вк 20-43 (23) 26-35 0,396
ВСК 43-64 (21) 50-60 0,444
С 70-80 (10) 70-80 0,432
С 130-140 0,240
Чернозем южный среднемощный супесчаный на супеси. Разрез 23 Апах 0-15 (15) 0-10 0,272
Ai 15-27(12) 15-25 0,184
k В1 27-47(20) 30-40 0,288
k В 2 47-81(34) 55-65 0,160
ВС 81-102(21) 85-95 0,180
С 102-140(38) 130-140 0,480
Чернозем южный маломощный супесчаный на песчаных аллювиальных отложениях. Разрез 21 Апах 0-8 (8) 0-8 0,152
А 8-22(14) 10-20 0,176
СД 22-50(28) 40-50 0,240
Каштановая среднемощная супесчаная на аллювиальных отложениях. Разрез 124 А0-16(16) 0-10 0,164
Вк 16-30(14) 20-30 0,152
ВС 30-60(30) 50-60 0,144
Каштановая маломощная песчаная на окарбоначенном песчаном аллювии. Разрез 125 А 0-10(10) 0-10 0,144
Вк10-19(9) 10-19 0,240
Ск 19-46(27) 25-35 0,312
СДК 46-90(44) 60-70 0,408
Темно-каштановая среднемощная супесчаная на песчаных делювиально-аллювиальных отложениях. Разрез 126 А 0-18(18) 0-10 0,228
Вк 18-35(17) 20-30 0,216
Ск 35-70(35) 60-70 0,300
Каштановые почвы. Каштановые почвы в исследуемом регионе распространены в долине Катуни на наиболее аридных террасах и ниже устья р. Урсул. Почвообразование протекает в условиях сухого холодного климата под ассоциациями сухостепной, с незначительной ежегодной биомассой растительности.
Роль почвообразующего субстрата выполняют аллювиальные, делювиальные отложения легкого гранулометрического состава с большим содержанием скелета, обызвесткованные.
Таблица 4
Вариационно-статистические параметры содержания ртути в почвах долины Средней Катуни
Генетический горизонт n lim X + X V, %
мг/кг
Черноземы
А 154 0,032-0,552 0,159±0,006 50,3
В 77 0,068-0,456 0,188±0,010 47,6
С 110 0,068-0,480 0,226±0,009 40,9
Профиль в целом 341 0,032-0,552 0,187±0,005 48,3
Каштановые почвы
А 21 0,036-0,228 0,132±0,011 39,0
В 13 0,068-0,256 0,173±0,018 37,6
С 21 0,075-0,408 0,191±0,018 43,8
Профиль в целом 55 0,036-0,408 0,164±0,010 44,0
Химическое виутрипрофильиое выветривание слабо выражено. Содержание гумуса очень низкое, резко падает вниз по профилю. Качественный состав весьма специфичен для каштанового типа почв и имеет фульват-ную природу, что обусловлено криоаридными условиями гумусообразования в котловинах. Ёмкость поглощения, обусловленная интегральным влиянием гумусиро-ванности и дисперсности мелкозема, низка. Реакция среды в профиле каштановых почв щелочная и сильнощелочная. ППК насыщен кальцием и магнием (см. табл.2).
Гранулометрический состав каштановых почв легкий, преимущественно супесчаный и легкосуглинистый, содержание илистой фракции менее 10%, составе мелкозема преобладают фракции среднего песка и крупной пыли.
Каштановые почвы отличаются мощными карбонатными горизонтами с большим содержанием карбонатов - до 30%, и сравнительно низким содержанием легкорастворимых солей.
Содержания ртути в каштановых почвах (в пределах математического порядка) как в гумусовом горизонте, так и в профиле в целом находятся достаточно в широком диапазоне колебаний (см. табл. 3, 4). Концентрация элемента в гумусовом горизонте от 0,036 до 0,228 мг/кг,
в почвенной толще - от 0,068 до 0,256 мг/кг, в почвообразующих породах - от 0,075 до 0,408 мг/кг. Крайние максимальные и минимальные концентрации ртути свойственны единичным образцам. По всему же профилю исследованных образцов среднее содержание этого элемента 0,164 мг/кг.
В профиле почв долины Средней Катуни ртуть распределяется неравномерно (см. табл. 3). В общем, среднее содержание ртути в почвах долины Средней Катуни составляет 0,184 мг/кг, с пределами колебаний от 0,0320,552 мг/кг (см. табл.1). С глубиной содержание элемента увеличивается. Связано это с наличием карбонатов в горизонтах В и С, являющихся геохимическим барьером.
Выводы:
1) уровень концентрации ртути в почвенном покрове долины Средней Катуни практически одинаков, и существенно ниже ПДК элемента для почв, по этому можно сказать, что негативного влияния на окружающую среду элемент не окажет;
2) так как почвы долины Средней Катуни имеют слабощелочную и щелочную реакцию среды, низкое содержание илистой фракции, высокое содержание карбонатов, можем предположить, что подвижность ртути в природных объектах будет слабой.
Работа выполнена при поддержке гранта РГНФ № 07-06-18019е, РФФИ № 06-08-00438а и интеграционного проекта ОНЗ-7.3.1.
Библиографический список
1. Минеев, В. Г. Распределение ртути и ее соединений в биосфере / В. Г. Минеев, Т. А. Тришина, А. А. Алексеев // Агрохимия. -1983.- №1. - С. 122-132.
2. Зырин, Н. Г. Ртуть в почвах и растениях / Н. Г. Зырин, Т. Д. Обуховская // Агрохимия. - 1980. - № 7. - С. 126-140.
3. Мальгин, М. А. Ртуть в почвах Алтая / М. А. Мальгин, А. В. Пузанов // Сибирский экологический журнал. - 1995. - Т. 2. - № 1.
4. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. - М. : Мир, 1989. - 440 с.
5. Виноградов, А. П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры / А. П. Виноградов // Геохимия. - 1962. - № 7. - С. 555-571.
6. Kloke Richtwerte’80. Orientirungsdaten fur tolerierbare einiger Elemente in Kulturboden / Mittailungen des VDLUFA. 1980. H. 1-3. --
S.9.
7. Пузанов, А. В. Микроэлементная ситуация в почвенном покрове Тувинской горной области // Геохимическая экология и био-геохимическое изучение таксонов биосферы: Материалы 3-ей Российской биогеохимической школы / А. В. Пузанов. - Новосибирск, -2000. - С.77-78.
8. Байдина, Л. Н. Содержание и формы ртути в почвах южной части Западной Сибири / Л. Н. Байдина // Агрохимия. - 2001. -№11. - С. 59-63.
9. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
10. Аринушкина, Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 488 с.
Материал поступил в редакцию 5. 09. 2007.
