CC BY
24
УДК 631.4: 631.41
ИТТРИЙ В ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОДАХ И ПОЧВАХ ГУМИДНЫХ ЛАНДШАФТОВ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ПРИБАЛТИКИ
О. А. Анциферова
YTTRIUM IN THE SOIL-FORMING ROCKS AND SOILS OF THE HUMID LANDSCAPES OF THE SOUTH-EASTERN BALTIC
O. A. Antsiferova
Исследования проведены в пределах моренных, водно-ледниковых, озер-но-ледниковых и аллювиальных ландшафтов Калининградской области. Изучались почвы и породы под смешанными и лиственными лесами и на сельскохозяйственных угодьях. Территория региона не была опробована ни в BSS (Baltic Soil Survey), ни в GEMAS (Geochemical Mapping of Agricultural and Grazing Land soil of Europe). Среднее содержание валового иттрия в почвообразующих породах составляет 20,3 ± 0,8 мг/кг. Минимальное количество элемента характерно для песчаных пород эоловых и древнеаллювиальных отложений (около 10 мг/кг). Максимальное количество обнаружено в карбонатных озерно-ледниковых и озерно-морских отложениях преимущественно глинистого состава. Установлена сильная связь иттрия с илистой частью пород (r = 0,7) и «физической глиной» (r = 0,77). В гумусовом горизонте лесных почв содержится в среднем 15,7 мг/кг, а почв сельскохозяйственных угодий - 17,0 мг/кг. Количество иттрия по общей выборке всех почв составляет в среднем 17,2 мг/кг. Нижняя граница содержания элемента в почвах - 6 - 7 мг/кг и характерна для почв песчаного состава (подзолы и некоторые буроземы). Верхняя граница находится на уровне 32 - 34 мг/кг и типична для почв тяжелосуглинистого и глинистого состава (аллювиальные, дерново-глеевые) или иллювиальных горизонтов с повышенным содержанием ила (дерново-подзолистые почвы и буроземы). Максимальное количество иттрия (45 мг/кг) выявлено в единичном образце осушенной болотной низинной почвы. Обнаружен слабо выраженный элювиально-иллювиальный характер распределения иттрия по профилю почв. Полученные данные будут использованы для почвенно-экологического картографирования и мониторинга почв.
иттрий, среднее содержание, пределы варьирования, почвообразующие породы, почвы
The investigations were carried out within the moraine, water-glacial, limno-glacial and alluvial landscapes of the Kaliningrad region. Soils and rocks under mixed and deciduous forests and agricultural lands were studied. The area has been tested neither in BSS (Baltic Soil Survey), nor in the GEMAS (Geochemical Mapping of Agricultural and Grazing Land soil of Europe). The average content of gross yttrium in soil-forming rocks is 20.3 ± 0.8 mg / kg. The minimum amount of the element is customary for sand rocks of eolian and ancient alluvial deposits (about 10 mg/kg). The maximum amount was found in calcareous limno-glacial and lacustrine-marine sediments of predominantly clay composition. A strong connection of yttrium with the silt part of rocks (r = 0,7) and "physical clay" (r = 0,77) was established. The humus horizon of forest
soils contains an average of 15.7 mg/kg, and the soils of agricultural lands - 17.0 mg/kg. The amount of yttrium on the total sample of all soils averages 17.2 mg / kg. The lower limit of the element content in soils is 6-7 mg / kg and is typical for soils of sandy composition (podzols and some burozems). The upper limit is at the level of 3234 mg / kg and is typical for the soil of heavy loamy and clay composition (alluvial, sod-gley) or illuvial horizons with a high content of silt (sod-podzolic soils and burozems). The maximum amount of yttrium (45 mg/kg) was detected in a single sample of drained marsh lowland soil. Mild eluvial-illuvial character of yttrium distribution on the soil profile was found. The obtained data will be used for soil-ecological mapping and soil monitoring.
yttrium, average content, variation limits, soil-forming rocks, soils
ВВЕДЕНИЕ
В геохимической классификации элементов по особенностям гипергенной миграции (автор А.И. Перельман) Y относится к группе малоподвижных элемен-тов-комплексообразователей и гидролизатов, мигрирующих с органическими комплексами, частично подвижным в сильнокислых и сильнощелочных условиях Обогащены иттрием карбонатные воды щелочных массивов (Кольский п-ов), он осаждается из вод на кислых геохимических барьерах. Иттрий относится к элементам слабого и очень слабого биологического захвата. [1, с. 596 - 598].
Геохимия редкоземельных элементов и иттрия изучалась Ю.А. Балашовым, который указывает, что при анализе образцов послекембрий-ского осадочного чехла Русской платформы получены данные о сорбировании иттрия преимущественно глинами; отмечается тенденция увеличения Y в фациях морских осадков по сравнению с континентальными в условиях гумидного климата [2].
А.П. Виноградов приводит примерный кларк Y в почвах
5 • 10 % или
50 мг/кг [3, c. 212 - 213], Lindsay дает такую же концентрацию с интервалом варьирования 25 - 250 мг/кг [4]. H. J. M. Bowen считает, что кларк элемента составляет 40 мг/кг [5]. А. Кабата-Пендиас приводит для почв США содержание элемента в среднем 25 мг/кг с варьированием менее 10 - 250 мг/кг. В почвах Великобритании содержится иттрия 22 мг/кг, Австрии - 17, в песчанистых почвах Польши -10 мг/кг [6, с. 211]. В почвообразующих породах Европы среднее содержание иттрия 24,1 (23), а в почвах - 22,7 (21) мг/кг. В скобках даны значения медианы [7]. В.А. Алексеенко установил, что количество иттрия в почвах населенных пунктов варьирует от 17,5 до 36,5 мг/кг [8]. А.Т. Савичев пришел к выводу, что в почвах гумидного климата иттрий подвергается выщелачиванию, что связано с разрушением глинистых минералов в подзолистых почвах. Также указывается на поступление Y в почвы из аэральных выбросов предприятий черной металлургии [9]. Фоновое значение для почвообразующих пород Северо-Западного региона России составляет 21 мг/кг (интервал от 10 до 24) [10].
Для условий Калининградской области данные о количестве и поведении иттрия в почвах отсутствуют. Территория региона не была опробована ни в ВББ (Baltic Soil Survey), ни в GEMAS (Geochemical Mapping of Agricultural and Grazing Land soil of Europe). Поэтому наши данные расширяют знания о геохимии элементов в почвах Юго-Восточной Прибалтики. В задачи исследования входило: 1) изучить содержание иттрия в разных группах почвообразующих пород западной части Калининградской области; 2) установить среднее содержание иттрия в
преобладающих и сопутствующих типах почв; 3) выяснить особенности распределения по профилю почв.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Отбор образцов почв осуществлялся в моренных, водно-ледниковых, озер-но-ледниковых и аллювиальных ландшафтах Замландского полуострова в ходе почвенного обследования. Для диагностики почв закладывались разрезы глубиной 150 - 220 см. Названия почв даны по классификации 1977 г. [11].
Содержание иттрия определено рентгенфлуоресцентным энергодисперсионным методом в Почвенном институте им. В.В. Докучаева (г. Москва) на приборах TEFA-6111 и РеСПЕКТ. Погрешность анализа соответствует требованиям третьей категории точности согласно правилам Научного совета по аналитическим методам.
Статистическая обработка данных проведена в программе Excel.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Среднее содержание иттрия в породах очень близко к кларку пород Европы и Северо-Западного региона России. Как и отмечал А. Кабата-Пендиас, содержание Y довольно постоянно в породах и почвах разных стран. Распределение Y по разным типам пород Замландского полуострова закономерно: песчаные содержат меньше, чем суглинистые, а выщелоченные меньше, чем карбонатные (но в последнем случае это статистически недостоверно) (табл. 1).
Таблица 1. Cтатистические показатели содержания валового иттрия в
почвообразующих породах западной части Калининградской области
Table 1. Statistical indicators of total yttrium content in soil-forming rocks of the west
Породы n М m, lim V
Y, % Y, мг/кг мг/кг (мг/кг)
Водно-ледниковые пески 28 1,2-10-3 12,4 1,2 4 - 31 49,6
и супеси
Моренные супеси и 18 1,7-10° 16,6 1,5 7 - 25 34,2
пески
Выщелоченные 50 2,6-10° 26,0 0,9 14 - 38 20,8
моренные суглинки
Карбонатные моренные 15 2,9-10-3 28,7 2,5 20 - 43 30,2
суглинки
Выщелоченные озерно- 16 2,9-10-3 28,5 1,3 23 - 34 13,4
ледниковые и озерно-
морские
Карбонатные озерно- 15 3,0-10° 29,9 1,7 25 - 43 18,1
ледниковые и озерно-
морские
Древнеаллювиальные 20 1-10° 10,3 0,9 6 - 24 49,5
пески и супеси
Аллювиальные 20 1,6-10"3 15,5 1,5 6 - 30 50,6
Эоловые пески кос 6 1-10° 10,0 0,5 9 - 12 9,5
Все породы (без кос) 181 2-10° 20,3 0,8 4 - 43 45,5
Корреляционный анализ общей выборки показал довольно сильную связь иттрия с илистой частью пород (г = 0,7) и «физической глиной» (г = 0,77). Из дру-
гих элементов выявилась связь с цирконием (в среднем r = 0,61). В общей выборке коэффициент корреляции Y с фосфором -0,11, т. е. фактически корреляция отсутствует. Однако этот показатель резко возрастает в группах озерно-ледниковых и озерно-морских пород до 0,5. Следовательно, подтверждается указание на то, что фосфаты могут сорбировать иттрий [2].
По нашим данным, среднее содержание Y в почвах полуострова 17,2 мг/кг (1,7-10" %). По группам распределение следующее:
- в гумусовых горизонтах (среднее по всем почвам) - 16,5 мг/кг;
- в гумусовом горизонте лесных почв - 15,7 мг/кг;
- в гумусовом горизонте почв сельскохозяйственных угодий - 17,0 мг/кг. Следовательно, содержание иттрия ниже кларка почв мира и ниже кларка в
почвах Европы. Распределение иттрия по отдельным группам почв отражено в табл. 2.
Таблица 2. Статистические показатели содержания валового иттрия (мг/кг) в гумусовых горизонтах почв
Table 2. Statistical indicators of the content of gross yttrium (mg/kg) in humus horizons of soils
Почвы Угодье n М m lim V
Подзолы и дерново- Лес 22 9,5 0,5 7 - 13 18,5
подзолистые песчаные и
супесчаные
Дерново-подзолистые С/х 25 11,3 1,0 6 - 19 31,5
песчаные и супесчаные
окультуренные
Дерново-подзолистые С/х 22 20,6 1,5 14 - 26 20,1
суглинистые
Буроземы песчаные и Лес 30 15,9 0,9 9 - 26 27,6
супесчаные С/х 22 13,8 1,1 5 - 17 37,0
Буроземы суглинистые Лес 20 21,5 1,6 14 - 33 35,8
С/х 22 17,8 1,3 9 - 26 27,4
Дерново-глеевые Лес 10 21,8 2,0 10 - 33 43,2
С/х 14 23,5 2,0 16 - 34 27,4
Аллювиальные Лес 12 20,3 1,5 14 - 26 20,1
С/х 12 24,7 2,0 16 - 32 32,7
Болотные низинные осу- С/х 20 20,5 2,1 3 - 45 55,1
шенные
В песчаных и супесчаных подзолах и дерново-подзолистых почвах содержание иттрия низкое. Тенденция слабого накопления проявляется в горизонтах лесной подстилки и перегнойных (до 11, реже 13 мг/кг). В подзолистых горизонтах 7 - 11 мг/кг. Не выявлено влияния степени оглеения почв на содержание иттрия. В альфегумусовых горизонтах в среднем содержится 10,8 мг/кг У.
Корреляционный анализ показал отчетливую связь У с железом в гумусовых горизонтах (г = 0,7), а в гор. В1Ъ эта связь значительно ослабляется (г = 0,44).
Окультуренные дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы содержат больше У по сравнению с лесными. Возможно причина в интенсивном фосфоритовании почв на отдельных полях. В иллювиальных горизонтах количество иттрия сходно с лесными почвами - 10,1 мг/кг. В окультуренных почвах также обнаруживается связь иттрия с полуторными окислами, прежде всего, с Бе20з (в гор. А1 г = 0,65, в В& и В 0,7).
В дерново-подзолистых окультуренных суглинистых почвах наблюдается слабое элювиально-иллювиальное распределение иттрия по профилю: в А1 20,6, а в иллювиальных горизонтах в среднем 21,7 мг/кг. При этом в гумусовом горизонте наиболее отчетливо проявляется связь с «физической глиной» (г = 0,75) при отсутствии корреляции с илом, а в иллювиальных горизонтах резко увеличивается коэффициент корреляции иттрия с илистой фракцией до 0,63 и 0,6 с железом.
Лесные буроземы в гумусовых горизонтах содержат иттрия несколько больше, чем окультуренные. В буроземах разной степени оглеения выявились определенные различия в количестве и распределении иттрия по профилю (табл. 3).
Таблица 3. Распределение иттрия (мг/кг) в супесчаных и суглинистых буроземах
Table 3. Distribution of yttrium (mg / kg) in sandy loam and loamy burozems
Горизонт Неоглеенные Глееватые Глеевые
Лесные почвы (n = 42)
А1 15,9 19,2 18,0
В 19,4 17,8 20,0
Почвы сельскохозяйственных угодий (n = 35)
А1 15,3 17,1 Не определяли
В 18,9 16,9
Элювиально-иллювиальный характер распределения иттрия заметен в ав-томорфных и глеевых буроземах. В лесных глееватых почвах наблюдается слабое его накопление в гумусовом горизонте, а в окультуренных распределение равномерное.
Корреляционная связь с илом в автоморфных лесных почвах сильнее выражена в А1 (г = 0,57), для железа более четкая связь (в гор. А1 г = 0,7, в гор. В г = 0,84).
В глееватых буроземах коэффициент корреляции иттрия с железом в А1 высокий (г = 0,82) и снижается в иллювиальных горизонтах до 0,45. По илу связь несущественная. В глеевых буроземах в гумусовых горизонтах отсутствует связь с илом, а с железом - она средней силы (0,44). В иллювиальных горизонтах выявляется сильная связь с илом и железом (0,85 и 0,8).
Такой характер взаимосвязей позволяет предположить латеральное перемещение части иттрия в сорбированном состоянии с илом и закрепление на гидроокисях железа.
В буроземах не обнаружено достоверной корреляции иттрия с гумусом (органическим углеродом). Исключение составляет группа окультуренных глее-ватых почв, в которой проявилась сильная связь с гумусом и валовым фосфором. Однако этот факт требует тщательной проверки на большей по объему выборке.
В дерново-глеевых почвах сельскохозяйственных угодий обнаруживается в среднем небольшое увеличение количества иттрия. При этом усиливается связь с органическим веществом (г = 0,7). Аналогичная закономерность характерна для аллювиальных почв.
Болотные осушенные почвы отличаются большим разбросом в содержании иттрия. Именно в этой группе почв выявлено максимальное содержание 45 мг/кг в осушенной болотной почве польдеров в Полесском районе.
Адсорбция иттрия гидратами окисей железа подтверждается при рассмотрении коэффициентов накопления в новообразованиях. Ранее нами установлен факт, что иттрий относится к группе элементов преимущественного накопления в трех группах новообразований (ортштейны, железистые окисленные горизонты, красные непрочные шаровидные скопления гидроокиси железа) [12, с. 380]. Коэффициент накопления в среднем составляет 1,1 - 2,0. Наибольшие коэффициенты накопления
отмечаются в железистых корочках (2,5 - 3), образующихся в осушенных почвах. Установлено, что в ортштейнах и других конкрециях с ведущей ролью марганца (где КН железа 2 - 3) иттрий проявляет минимальные коэффициенты накопления (0,6 -1,3). В марганцево-железистых ортштейнах и конкрециях (жерства, дерновая руда) коэффициенты накопления железа свыше 6, а иттрия 2,0 - 2,4. Корреляционная связь иттрия с валовым фосфором в новообразованиях слабая (0,4).
ВЫВОДЫ
1. Среднее содержание валового иттрия в почвообразующих породах составляет 20,3 ± 0,8 мг/кг. Минимальное количество элемента характерно для песчаных пород эоловых и древнеаллювиальных отложений (около 10 мг/кг). Максимальное количество обнаружено в карбонатных озерно-ледниковых и озерно-морских отложениях преимущественно глинистого состава.
2. Установлена сильная связь иттрия с илистой частью пород (r = 0,7) и «физической глиной» (r = 0,77).
3. В гумусовом горизонте лесных почв содержится в среднем 15,7 мг/кг, а почв сельскохозяйственных угодий - 17,0 мг/кг. Количество иттрия по общей выборке всех почв в среднем 17,2 мг/кг.
4. Нижняя граница содержания элемента в почвах составляет 6 - 7 мг/кг и характерна для почв песчаного состава (подзолы и некоторые буроземы). Верхняя граница находится на уровне 32 - 34 мг/кг и типична для почв тяжелосуглинистого и глинистого состава (аллювиальные, дерново-глеевые) или иллювиальных горизонтов с повышенным содержанием ила (дерново-подзолистые почвы и буроземы). Максимальное количество иттрия (45 мг/кг) выявлено в единичном образце осушенной болотной низинной почвы.
5. Обнаружен слабо выраженный элювиально-иллювиальный характер распределения иттрия по профилю почв.
6. Полученные данные будут использованы для почвенно-экологического картографирования и мониторинга почв.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Перельман, А. И. Геохимия ландшафта / А. И. Перельман, Н. С. Касимов. - Москва, 1999. - 610 с.
2. Балашов, Ю. А. Геохимия редкоземельных элементов / Ю. А. Балашов. -Москва: Наука, 1976. - 267 с.
3. Алексеенко, В. А. Экологическая геохимия / В. А. Алексеенко. - Москва, 2000. - 627 с.
4. Lindsay, W. L. Chemical equilibria in soils / W. L. Lindsay. - 1979. - 449 р.
5. Bowen, H. J. M. Environmental chemistry of elements. / H. J. Bowen. -N.Y.: Acad. Press, 1979. - 333 p.
6. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. - Москва: Мир, 1989. - 439 с.
7. Geochemical Atlas of Europe [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gtk.fi/publ/foregsatlas/.
8. Алексеенко, В. А. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов / В. А. Алексеенко, А. В. Алексеенко. - Ростов - на - Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2013. - 380 с.
9. Савичев, А. Т. Редкие тяжелые металлы в почвах гумидного климата по данным ренгенофлуоресцентного анализа: автореф. дис.... докт. с.-х. наук: 03.02.13 / А. Т. Савичев. - Москва, 2012. - 43 с.
10. Сапрыкин, Ф. Я. Геохимия почв и охрана природы. Геохимия, повышение плодородия и охрана почв / Ф. Я. Сапрыкин. - Ленинград: Недра, 1984. - 231 с.
11. Классификация и диагностика почв СССР / сост. В. В. Егоров [и др.]. -Москва: Колос, 1977. - 224 с.
12. Анциферова, О. А. Почвы Замландского полуострова и их антропогенное изменение: в 2 ч. / О. А. Анциферова. - Калининград, 2008. - Ч. 2. Дерново-глеевые, аллювиальные, болотные, постпланировочные, городские почвы. Структура почвенного покрова. - 424 с.
REFERENCES
1. Perel'man A. I., Kasimov N. S. Geohimiya landshafta [Geochemistry of landscape]. Moscow, 1999, 610 p.
2. Balashov Y. A. Geohimiya redkozemel'nyh elementov [Geochemistry of rare earth elements]. Moscow, Nauka, 1976, 267 p.
3. Alekseenko V. A. Ekologicheskaya geokhimiya [Ecological geochemistry]. Moscow, 2000, 627 p.
4. Lindsay W. L. Chemical equilibria in soils. New York, Wiley, 1979
449 p.
5. Bowen H. J. M. Environmental chemistry of elements. New York, Acad. Press, 1979, 333 p.
6. Kabata-Pendias A., Pendias H. Mikroelementy v pochvah i rasteniyah [Microelements in soils and plants]. Moscow, World, 1989, 439 p.
7. Geochemical Atlas of Europe. Available at: http:// www.gtk.fi.publ.foregsatlas (Accessed 23.01.2013).
8. Alekseenko V. A., Alekseenko A. V. Himicheskie elementy v geohimicheskih sistemah. Klarki pochv selitebnyh landshaftov [Chemical elements in geochemical systems. Percentage abundance of soils of residential landscape]. Rostov-na-Donu, izdatelstvo Yuzhnogo federalnogo universiteta, 2013, 380 p.
9. Savichev A. T. Redkie tyazhelye metally v pochvah gumidnogo klimata po dannym rengenofluorescentnogo analiza. Avtoref. diss. dokt. sel'hoz. nauk [Rare heavy metals in soils of humid climate according to roentgenofluorescent analysis. Abstract of dis. dr. sci ]. Moscow, 2012, 43 p.
10. Saprykin F. Ya. Geohimiya pochv i ohrana prirody. Geohimiya, povyshenie plodorodiya i ohrana pochv [Soil geochemistry and nature protection. Geochemistry, fertility and soil conservation]. Leningrad, Nedra, 1984, 231 p.
11. Klassifikatsiya i diagnostika pochv SSSR [Classification and diagnostics of soils of the USSR]. Sost. V. V. Egorov i dr. Moscow, Kolos, 1977, 224 p.
12. Antsiferova O. A. Pochvy Zamlandskogo poluostrova i ih antropogennoe izmenenie. Chast' 2. Dernovo-gleevye, allyuvial'nye, bolotnye, postplanirovochnye, gorodskie pochvy. Struktura pochvennogo pokrova [Soils of the Samland Peninsula and their anthropogenic change. Part 2. Sod-gley, alluvial, marsh, post-planning, urban soils. The structure of the soil cover]. Kaliningrad, 2008, 424 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Анциферова Ольга Алексеевна - Калининградский государственный технический университет; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент;
Е-mail: anciferova@inbox. ru
Antsiferova Olga Alekseevna - Kaliningrad State Technical University;
PhD in Agricultural Sciences, Associate Professor; E-mail: anciferova@inbox. ru
