CC BY
179
Труды Карельского научного центра РАН Выпуск 6. Петрозаводск, 2004. С. 69-89
ПОЧВЫ И ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ЗАОНЕЖЬЯ КАРЕЛИИ
Р. М. МОРОЗОВА, Н. Г. ФЕДОРЕЦ, О. Н. БАХМЕТ
Институт леса Карельского научного центра РАН
Рассматриваются особенности генезиса почв и строение почвенного покрова За-онежья Карелии, характеризующегося широким развитием почвообразующих пород, содержащих шунгитовые сланцы. Приводится почвенная картографическая схема масштаба 1 : 200 ООО. Проведено исследование особенностей накопления и распределения по профилю почв различного генезиса тяжелых металлов. Выявлены корреляционные взаимосвязи их содержания в почвах, количества органического вещества и физической глины. Установлено наличие и характер радиальных геохимических барьеров в профиле почв. Методом почвенных катен выявлены латеральные геохимические барьеры. Проведено описание геохимических условий миграции элементов в почвах и почвенных сочетаниях в соответствии с почвенными контурами, выделенными на почвенной карте района Заонежья.
R. M. MOROZOVA, N. G. FEDORETS, О. N. ВАНМЕТ. SOILS AND SOIL COVER OF KARELIAN ZAONEZHJE
Soil genesis characteristics and the structure of the soil cover in Zaonezhje, Republic of Karelia are considered. The district is noted for wide occurrence of parent rocks bearing shungite schists. The 1 : 200 000 schematic soil map is provided. Specific patterns in the accumulation and distribution along the soil profile of heavy metals of varying genesis were investigated. Correlations were revealed between heavy metal accumulation, organic matter content and particle-size composition of the soil. Radial geochemical barriers were found to exist in the soil profile and their nature was determined. Lateral geochemical barriers were identified using the geomorphological soil profile method. Geochemical conditions for element migrations in soils and soil combinations were described following the soil contours drawn in the Zaonezhje area soil map.
Введение
Загрязнение окружающей среды происходит в результате миграции загрязняющих веществ, генерируемых источниками загрязнения. Геохимическая миграция - неразрывный комплекс процессов, приводящих к перераспределению химических элементов между компонентами природной среды. Целью наших исследований явилась эколого-геохими-ческая характеристика почв, включающая оценку степени их загрязнения тяжелыми металлами на территории Заонежья Карелии. Известно, что до тех пор, пока тяжелые металлы связаны с составными частями почвы и труднодоступны, их отрицательное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным. Однако, если почвенные условия позво-
ляют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется вероятность проникновения их в живые организмы. Опасность загрязнения почв и растений зависит от почвенно-климатических условий, физических и физико-химических свойств почвы, от вида растений, форм химических соединений в почве, присутствия элементов, противодействующих влиянию тяжелых металлов и веществ, образующих с ними комплексные соединения, от процессов адсорбции и десорбции, количества доступных форм этих металлов в почве. Следовательно, отрицательное влияние тяжелых металлов зависит, по существу, от их подвижности, т. е. растворимости. К почвенным факторам, значительно влияющим на подвижность тяжелых металлов, относятся механический состав, реакция (рН) почвы, содержание
органического вещества, катионообменная способность и дренаж.
Почвенный покров Заонежья с уникальными почвами, развитыми на шунгитсодержащих породах, был исследован до настоящего времени недостаточно, имелись лишь отдельные сведения по характеристике почв. Отсутствовали данные по содержанию тяжелых металлов, их профильному распределению в почвах.
В связи с этим целью работы было выявление разнообразия и генезиса почв, развитых на шунгитсодержащих почвообразующих породах, составление почвенной карты района, эко-лого-геохимическая характеристика почв, включающая оценку степени их загрязнения тяжелыми металлами.
Объекты и методы
ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАОНЕЖЬЯ
Заонежский природно-климатический район Карелии располагается на юго-западе республики на Заонежском полуострове, омываемом Онежским озером, и включает Кондопож-ский и Медвежьегорский административные районы. Он характеризуется специфическими гидрометеорологическими условиями. Среднегодовая температура воздуха +2,2 °С. Сумма активных температур (выше +10°) - 1400-1600°. Продолжительность периода активных температур - около 100-115 дней. Среднемесячная температура июля +16,7°. Продолжительность безморозного периода составляет 130 дней. В течение года выпадает 650 мм осадков, в том числе 400 мм в теплый период [1].
Основными коренными породами Заонежья являются базальты, андезито-базальты, угле-родсодержащие сланцы, карбонатные породы, разнозернистые туфы, туфоалевриты, туфопе-литы [8, 10]. На территории Заонежского полуострова развиты верхнечетвертичные (ледниковые, флювиогляциальные и озерно-леднико-вые) и голоценовые (озерные и торфяные) отложения. Среди ледниковых широко распространены моренные, образующие обширные равнины (70-80% площади полуострова). Морена представлена валунной супесью с содержанием пылеватых частиц 20-25%, валунов, гравия и гальки - 20-25%. Мощность моренного плаща колеблется в пределах 0,2-5,0 м. Флювиогляциальные отложения развиты в виде полос северо-западного простирания и представлены озами и дельтами, сложенными песчано-гравийно-галечным материалом. Озерно-ледниковые отложения представлены серыми глинами и алевритами с ленточным строением, мощностью до 6-7 м, и часто образуют заболоченные равнины [11].
76% площади Заонежья покрыто лесами. Преобладают хвойные древостой, на долю производных лиственных лесов приходится 38%, что обусловлено зарастанием заброшенных
сельхозугодий. Среди хвойных лесов преобладают высокопроизводительные типы: кисличные, травяно-злаковые и черничные (75%), 15% - это избыточно увлажненные насаждения. Степень заболоченности Заонежья - наименьшая по сравнению с другими районами Карелии. Болота составляют всего 5% территории. Мощность торфяной залежи достигает 7-8 м, подстилается сапропелями или озерными глинами. Болота в основном низинного, реже переходного типа [3].
Географическое положение Заонежья определило общее направление почвообразовательных процессов, связанных с местными природными условиями, особенно с широким развитием почвообразующих пород, содержащих шунгитовые сланцы, которые придают специфические черты почвам и почвенному покрову. На данной территории выделено 10 типов почв: примитивные, подбуры, буроземы, подзолистые, буроземы глеевые, дерново-гле-евые, болотно-подзолистые, болотные низинные, болотные переходные, болотные освоенные.
Почвы различаются по механическому составу, содержанию органического вещества, степени дренированности, окислительно-вос-становительным условиям и кислотно-щелочным свойствам.
Определение валового содержания широкого спектра тяжелых металлов (кобальта, никеля, меди, цинка, хрома, ванадия, свинца, стронция, железа) проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) после предварительного разложения проб почв смесью плавиковой, азотной и хлорной кислот.
С применением стандартного пакета программ Microsoft Office проведен корреляционный анализ взаимосвязи валового содержания металлов в почвах, органического вещества и гранулометрического состава почв (содержания физической глины).
Путем закладки почвенных профилей и методом почвенных катен установлено наличие и характер радиальных и латеральных геохимических барьеров. В соответствии с почвенными контурами, выделенными на почвенной карте района, выполнено описание геохимических условий миграции химических элементов в почвах и почвенных сочетаниях.
ПОЧВЫ ЗАОНЕЖЬЯ
Примитивные почвы развиваются на выходах коренных пород, приуроченных к вершинам гряд и высоким скалистым берегам. По степени развития почвообразовательного процесса они делятся на корковые, органогенные (дерновые, перегнойные, торфянистые) и щебнистые. Химический состав примитивных почв зависит от породы, из которой они образовались. В элювии диабазов много железа (до 20%), в элювии кислых пород (граниты) преобладает
кремний. Вследствие малой мощности рыхлой толщи эти почвы мало плодородны. На них растут редкостойные угнетенные сосняки, а отдельные участки территории их распространения заняты зарослями можжевельника (альва-рами) [13].
Подбуры формируются на элювии и элюво-делювии кристаллических пород, на плоских вершинах гряд или террасированных склонах. На них растут редкостойные сосновые леса, в основном травянистые из-за изреженности древостоя, а также встречаются заросли можжевельника. Подбуры подразделяются на роды: обычные неполноразвитые, контактно-гле-еватые, вторично-задернованные. Профиль почв окрашен в темно-серые, черные, реже коричневые тона, состоит из горизонтов АО -АИЕ^т - ВС - М. Интенсивность окраски почвенного профиля зависит от породы, из которой образовался элювий, а также от содержания органического вещества. Разделение на генетические горизонты затрудняют их сильная каменистость и щебнистость. Содержание скелета колеблется от 50 до 90%. Кислотность подбуров зависит от породы, из которой образовался элювий. Почвы, развитые на элювии диабазов, кислые по всему профилю (табл. 1). Весь профиль пропитан гумусом.
Характерной особенностью почвенного покрова Заонежья является широкое распространение буроземов. Эти почвы очень разнообразны, но общим для них является однотонная бурая или черная окраска по всему профилю, хорошо выраженная структура гумусового горизонта, слабокислая или нейтральная реак-
ция. Для них характерна маломощная лесная подстилка типа модер или модер-мулль, которая часто задернена. Генетические горизонты выражены неясно из-за сильной щебнистости и каменистости прочв, а также своеобразного черного или коричневого цвета почвообразую-щей породы, нивелирующего морфологические признаки генетических горизонтов. Буроземы менее каменисты, чем подбуры [13, 14]. Выделены следующие подтипы буроземов: типичные, темноцветные (шунгитовые); роды: обычные, оподзоленные, фрагментарные (неполноразвитые), дерновые (вторично-задер-нованные).
Буроземы темноцветные развиты на элюво-делювии шунгитов или шунгитовой морене, характеризуются черным или темно-серым цветом, слабой дифференциацией на генетические горизонты. Морфологическое строение профиля следующее: АО - А1 - А1В - В - ВС - С. Несмотря на высокую щебнистость этих почв, отмечается хорошая комковато-зернистая структура гумусово-аккумулятивных горизонтов. Мощность почвенного профиля на вершинах гряд около 1 м, на склонах уменьшается до 60 см, а в пониженных элементах рельефа за счет делювиальных наносов увеличивается до 1 м и более. Гранулометрический состав буроземов темноцветных разнообразен от песков до тяжелых суглинков. Почвы имеют слабокислую или нейтральную реакцию. Состав органического вещества резко отличается от гумуса подзолистых почв высоким содержанием гумусовых кислот, связанных с кальцием и преобладающих над фульвокислотами.
Таблица 1. Химические показатели подбуров и буроземов
Почва Горизонт Глубина, см Гумус, рН р2о5 К?0 ГК Б V, %
% н2о КС1 мг/100 г мг-экв. на 100 г
Подбур АО 0-5 36,7 4,90 4,30 17,5 13,5 1,52 45,33 96,5
АВ 5-30 2,7 5,30 4,30 12,5 10,3 0,61 5,31 88,4
Бурозем темно- А1 0-20 5,3 6,70 5,74 17,5 27,5 1,34 11,94 89,1
цветный на шун- АВ 20-40 2,1 5,34 4,65 20,0 22,0 1,08 14,82 93,3
гитовых сланцах А1 0-18 3,4 6,97 6,00 15,9 88,0 3,6 12,5 80,0
А1 18-38 2,3 6,70 5,46 12,5 55,0 1,8 17,7 86,0
АВ 38-48 1.0 6,70 5,50 3,7 44,0 1,6 26,5 91,8
С 85-95 0,7 6,60 5,67 15,0 36,6 Не опр. Не опр. Не опр.
Бурозем типич- А1 0-5 2,9 7,06 6,61 9,7 18,9 3,4 13,2 79,3
ный на силикат- А1 5-25 3,3 7,16 6,76 12,7 8,9 1,8 13,5 84,8
ной морене с В 25-45 0,3 7,21 6,47 13,0 11,4 1,5 15,8 89,4
включением шун- С 70-80 Не опр. 7,30 6,60 Не опр. 23,0 Не опр. Не опр. Не опр.
гитов и основных
пород
Бурозем глеева- Ас! 0-5 8,4 7,3 6,8 37,2 38,2 2,9 40,7 93,4
тый суглинистый А1 5-20 4,1 7,3 6,7 9,2 9,2 1,2 36,5 96,8
на суглинистой А1 20-40 3,2 7,4 6,6 5,7 5,7 1,2 30,6 96,3
морене Э 65-75 0,7 7,7 6,4 4,5 4,5 0,7 40,6 99,4
Бурозем глеева- Ас! 0-5 1,6 6,9 6,1 15,4 31,3 1,4 8,1 85,3
тый песчаный на А1 5-20 2,0 6,7 5,6 20,2 12,9 2,0 6,5 76,6
силикатной мо- АЬ 20-45 1,5 6,5 5,3 7,9 10,3 2,3 5,4 70,1
рене вд 45-60 0,7 6,5 5,4 8,8 2,2 1,4 2,0 58,9
сд 60-70 1,6 6,5 5,5 6,2 3,8 1,2 7,9 86,9
Примечание. Анализ выполнен Т. А. Кокуновой и Т. А. Вуоримаа.
©
Буроземы оподзоленные имеют ограниченное распространение на территории Заонежья. Они развиваются на силикатной морене с присутствием крупнозема (щебня, гальки, валунов) основных пород и шунгитового сланца. Отличительной особенностью буроземов оподзо-ленных является наличие под лесной подстилкой гумусово-аккумулятивного горизонта А1, в котором присутствуют кремнеземистая присыпка (отбеленные кварцевые и полевошпатовые зерна) или встречаются отдельные небольшие оподзоленные пятна (А2). Эти почвы являются переходными к подзолистым вторично дерновым почвам.
Буроземы глеевые занимают нижние части склонов или пониженные равнины между сельгами. Гумусово-аккумулятивный горизонт черного или темно-серого цвета, комковато-зернистой структуры, густо переплетен корнями растений, книзу окраска несколько светлеет. В буроземах глеевых в горизонте Вд появляются следы оглеения в виде сизых, ржавых пятен, прожилок и примазок. Нижние горизонты могут быть сильно оглеены, цвет становится сизым (О). Причинами оглеения могут быть как низкие положения в рельефе, так и двучленность почвообразующих пород.
На территории Заонежья встречаются дер-ново-глеевые почвы, сформировавшиеся на силикатных почвообразующих породах. По своим свойствам они близки к буроземам глеевым.
Подзолистые почвы в Заонежье имеют широкое распространение и приурочены к территориям, занятым озерными или моренными песками и супесями силикатного состава, под хвойными лесами. Их особенностью является слабая степень оподзоленности и элювиально-иллювиальное распределение оксидов кремния, алюминия и железа по профилю, а также аккумуляция в лесной подстилке элементов органогенов (фосфора, кальция, марганца, калия, магния и серы). Минералогические особенности почвообразующих пород сказались на химическом составе почв: почти все они содержат значительно меньше кремнезема, чем почвы в среднем по Карелии, и обогащены железом, а часто и кальцием, имеют слабокислую реакцию среды. В связи с этим в Заонежье чаще распространены подзолистые почвы, для которых характерно формирование гумусово-аккумулятивного горизонта (А 1), а не подзолы, в которых под лесной подстилкой залегает подзолистый горизонт А2 (табл. 2).
В местах распространения подзолистых почв пониженные элементы рельефа занимают болотно-подзолистые почвы: торфяно-подзо-листые под ельниками долгомошными и пере-гнойно-подзолисто-глеевые под мелколиственными лесами. Для них характерен высокий уровень стояния почвенно-грунтовых вод и сезонное переувлажнение почвенного профиля, которые являются причиной образования ржаво-охристых и сизых пятен, прожилок, разводов [19].
Таблица 2. Химические показатели подзолистых и болотно-подзолистых почв
Почва Горизонт Глубина, см С N РН ГК Б V, % РА КоО
'о КС1 Н20 мг-экв. мг/100 г
Поверхностно- АО 0- -4 36,14 1,44 4,3 4,9 67,9 70,8 51,0 64,3 85,8
подзолистая пес- А1А2 4- 12 3,59 0,20 3,9 4,9 7,4 6,7 47,7 5,9 5,9
чаная на флювио- АВ 12- -22 0,87 0,06 5,0 6,0 3,1 7,9 71,9 17,0 2,0
гляциальных от- В1 22- -50 0,35 0,05 6,0 6,6 1,9 22,2 92,1 21,5 2,0
ложениях (р. 16) ВС 50- -70 0,29 0,05 7,6 8,1 0,2 48,9 99,8 30,4 1,8
Подзолистая ил- АО 0- -4 34,77 1,46 3,6 4,7 80,9 8,5 9,5 50,0 76,6
лювиально-гуму- А1 4- 10 3,22 0,16 3,0 3,9 20,9 0 0 3,0 3,5
сово-железистая А2 10- -14 0,36 0,02 3,6 4,7 6,1 0 0 0.9 0,8
легкосуглинистая ВГ^ 14- -28 1,30 0,07 4,4 4,8 6,8 0 0 0,3 1,4
на суглинистой В2 28- -40 0,38 0,02 4,7 5,0 3,2 0 0 0,4 0,8
морене (р. 17) ВС 40- -60 0,06 0,02 4,4 5,1 2,5 0 0 0,4 0,8
Слабоподзо- АО 0- -2 25,3 2,12 3,9 4,8 10,5 10,5 50,0 47,5 10,8
листая на песча- А1А2 2- -6 3,8 0,39 3,2 4,3 1,4 3,9 73,6 11,5 8,0
ной морене Bf 6- 28 0,5 0,18 3,7 4,5 1,0 2,5 71,4 16,8 2,6
ВС 40- -50 Не опр. Не опр. 4,3 5,2 2,3 7,6 76,8 50,0 1,8
Слабоподзо- АО 0- -2 12,0 1,21 4,9 5,8 5,0 13,0 72,2 162,5 10,0
листая грунтово- А1А2 2- 17 4,3 0,46 3,9 4,8 25,0 37,0 59,6 23,5 6,8
глееватая на пес- В1 17- -30 0,7 0,16 3,8 5,2 1,4 4,1 74,5 37,5 1,6
чаной морене ВС 30- -50 0,2 Не опр. 3,9 5,4 0,9 2,5 73,5 75,0 1,4
Од 50- -70 0,7 Не опр. 3,6 5,0 2,6 7,5 74,3 12,0 12,4
Перегнойно- АО 0 -3 42,2 3,14 3,3 4,3 32,5 58,0 63,7 123 81,5
подзолисто- Ап 3- 10 32,9 2,7 3,3 4,3 34,0 9,0 20,5 90,0 50,0
глеевая песчаная А1А2д 10- -17 0,7 0,13 3,7 5,0 1,3 5,1 79,7 45,0 14,0
на глинах Вд 17- -27 0,5 0,03 4,0 5,3 1,1 2,9 72,5 15,0 0,7
ВСд 27- -50 0,2 0,02 4,1 5,5 1,4 12,8 12,8 66,0 0,7
од 50 -60 0,3 0,01 4,6 5,5 0,8 5,1 5,1 69,5 1,0
Примечание. Анализ выполнен Т. А. Кокуновой и Т. А. Вуоримаа.
Морфологический профиль болотно-подзо-листых почв представлен следующими горизонтами: АО (АОп, АОТ) - А0А1 (АОп) - А1А2 (А1А2д) - А2 (А2д) - В (Вд) - ВСд - Сд (Рд, С, М). Наиболее характерными свойствами являются кислая реакция, относительное обогащение поверхностных минеральных горизонтов кремнеземом и обеднение полуторными оксидами, накопление железа в оглеенных горизонтах. Перегнойные горизонты содержат много элементов минерального питания и обладают повышенным потенциальным плодородием. Для улучшения роста древесных насаждений необходимо регулирование водно-воздушного режима.
Болотные почвы формируются в условиях избыточного увлажнения в глубоких депрессиях, в понижениях между грядами под влаголюбивой растительностью, где процессы минерализации растительных остатков заторможены. В зависимости от химического состава вод, питающих болотные массивы, и состава торфяной залежи болотные почвы делятся на типы: болотные верховые, болотные переходные и болотные низинные; в каждом типе почв выделяются подтипы: торфяно-глеевые, мощность торфа до 50 см, и торфяные, мощность торфа более 50 см.
Болотные верховые почвы занимают небольшую площадь и чаще всего встречаются в западинах на водораздельных пространствах, сложенных силикатными моренными и водно-ледниковыми песками и супесями. Они формируются в условиях увлажнения слабоминерализованными грунтовыми водами и атмосферными осадками, под олиготрофной растительностью - сосняками сфагновыми или сфагновыми мхами. Минеральные подстилающие породы обычно сизого цвета, сильно оглеены. Верховые почвы имеют низкую зольность (3,1%) верхних горизонтов, сильнокислые (рНКс1 = 3,2) и бедны элементами минерального питания.
Болотные переходные почвы распространены более широко, чем верховые. Они развиваются в мезотрофных условиях водно-минерального питания под сосняками травяно-мо-ховыми и кустарничково-моховыми. Верхняя часть болотных переходных почв сложена бедными олиготрофными или мезотрофными торфами, которые залегают на высокозольных низинных торфах. Почвы менее кислые, чем болотные верховые, рН«а верхних горизонтов колеблется от 3,5 до 4,0, нижних - от 4,0 до 4,5. Степень насыщенности основаниями низкая. По содержанию элементов минерального питания они богаче верховых, однако плохой водно-воздушный режим не благоприятствует хорошему росту древесных насаждений.
Болотные низинные почвы развиваются в местах распространения основных кристаллических пород, занимая болотные массивы, расположенные в древнеозерных бессточных котловинах, лощинах и у подножия склонов,
под елово-березовыми лесами с хорошо развитой травяной растительностью и под ельниками и березняками папоротниковыми. Органогенные слои торфяно-глеевых торфяных почв характеризуются близкими агрохимическими показателями: высокой зольностью, повышенным содержанием доступных форм фосфорных и азотных соединений, низким - калийных. Процессы минерализации растительного опада идут интенсивно. Несмотря на высокое содержание зольных элементов, почвы характеризуются высокой кислотностью, что связано с большим количеством подвижных органических кислот.
Болотные перегнойно-глеевые почвы приурочены к окрайкам низинных болотных массивов. Для них характерно наличие трех горизонтов: торфяно-перегнойного (Тп), гумусово-гле-еватого (А1д) и глеевого (в). Почвенный профиль сильно обводнен. Почвы отличаются высокой зольностью.
ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ
Почвенный покров Заонежья характеризуется чрезвычайной пестротой и сложностью (рис. 1). Больших площадей, занятых однородными ареалами, почти нет, среди них можно выделить только примитивные почвы на выходах коренных пород и поверхностно-подзолис-тые на озерных прибрежных песках.
Почвенный покров Заонежья уникален и разнообразен. Уникальность его заключается в широком распространении буроземов темноцветных, развитых на элюво-делювии шунгито-вых сланцев, а также моренных отложений с различным содержанием шунгитов и основных кристаллических пород.
Специфика строения почвенного покрова зависит от разнообразия форм рельефа и литологии почвообразующих пород.
В местах выхода и близкого залегания к поверхности кристаллических пород распространены примитивные почвы в сочетании с подбу-рами и фрагментарными (неполноразвитыми) буроземами. На площадях, покрытых элюво-делювием шунгитов и шунгитовой мореной, распространены буроземы темноцветные в сочетании с буроземами глеевыми. По мере удаления от шунгитовых месторождений содержание в морене шунгитового материала уменьшается, морена приобретает смешанный состав, в котором в равной мере участвуют как основные и шунгитовые породы, так и силикатные. В этих местах распространены буроземы, которые от типичных буроземов отличаются более темной окраской, пониженной кислотностью, обогащенностью железом и элементами минерального питания. Эти почвы обычно находятся в сочетании с буроземами неполно-развитыми, приуроченными к склоновым местоположениям, и реже - с буроземами опод-золенными, приуроченными к пониженным
Рис. 1. Почвенный покров Заонежья Карелии
■ Примитивные на выходах коренных пород
ЁИ Подбуры в сочетании с буроземами темноцветными и оподзоленными
(Щ Буроземы темноцветные на силикатной морене с большим включением шунгитовых пород
¡1 Буроземы темноцветные на шунгитах и богатой шунгитовой морене
Щ Буроземы супесчаные на силикатной морене с включением шунгитовых пород в сочетании с подзолистыми супесчаными ^ Буроземы оподзоленные супесчаные на силикатной морене в сочетании с буроземами глеевыми 8Й Буроземы глеевые (дерново-глеевые) глинистые и суглинистые 3 Поверхностно-подзолистые на озерных песках
ЕЛИ Подзолы иллювиально-гумусово-железистые в сочетании с болотно-подзолистыми [¿¡] Торфянисто(перегнойно-торфянисто)-подзолисто-глеевые песчаные и супесчаные
Болотные переходные торфяно-глеевые ИЗ Болотные переходные торфяные
Болотные низинные перегнойно-глеевые Ц Болотные низинные торфяные (й Болотные верховые торфяные и торфяно-глеевые ЕЭ Болотные осушенные перегнойные и перегнойно-торфяные
формам рельефа. Выровненные пространства, покрытые силикатной мореной, занимают буроземы оподзоленные иллювиально-железис-тые и подзолистые иллювиально-гумусовые почвы. Они встречаются в комплексе с болот-но-подзолистыми и торфяно-глеевыми почвами. Глубокие котловины занимают болотные верховые и переходные почвы, центры болотных массивов - торфяные, а периферийные участки - торфяно-глеевые. Типичных подзолов, характерных для Карелии, на территории Заонежья немного, что связано с полимикто-вым составом рыхлых отложений, в которых много пород основного и среднего состава, а также с широким распространением смешанных и лиственных и редкостойных лесов с хорошо развитым травяным покровом, способствующим накоплению гумуса.
В целом почвенный покров Заонежья очень сложен и мелкоконтурен, однородных крупных ареалов почти нет; каждый выделенный контур представлен сочетаниями 3-4 разновидностей почв; широко распространены буроземы темноцветные, развитые на шунгитовых моренных и водно-ледниковых отложениях; почвенная толща имеет малую мощность, в связи с чем широкое распространение получили неполно-развитые фрагментарные почвы; высокая освоенность исследованной территории отразилась на величине кислотности и содержании элементов минерального питания в почвах, находящихся в сельскохозяйственном использовании.
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ЗАОНЕЖЬЯ
Механический состав почв оказывает прямое влияние на закрепление тяжелых металлов и их высвобождение, в связи с чем в более тяжелых почвах меньшая опасность возможной адсорбции растениями токсичного количества тяжелых металлов. Для того чтобы какой-либо металл был адсорбирован корневой системой растений, он должен находиться в растворимой форме. Гидроокиси и карбонаты тяжелых металлов слаборастворимы, и с повышением рН почвенного раствора возрастает вероятность образования нерастворимых гидроокисей и карбонатов. Существует единое мнение, что для снижения до минимума доступности тяжелого металла в почве необходимо поддерживать величину рН около 6,5. Металлы могут образовывать сложные и комплексные соединения с органическим веществом почвы, и поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения растениями. Обменная емкость катионов зависит в основном от содержания и минералогического состава глинистой фракции и содержания органического вещества в почве. Чем выше обменная емкость катионов, тем больше (в определенных пределах) способность почв удерживать тяжелые металлы, что исключает
их попадание в токсичных концентрациях в растения, а также в животных и человека. Избыток воды в почве благоприятствует появлению в ней металлов с низкой валентностью в более растворимой форме. Накопление самых подвижных, следовательно, самых активных веществ зависит от водопроницаемости почвы. В связи с этим очень важно наличие или отсутствие водонепроницаемого горизонта, который влияет на круговорот воды. Накопление в почве микроэлементов возрастает по мере увеличения ее аридности и периодической смены водного режима - из промывного в непромывной. В климатической зоне степень опасности загрязнения почв слабоподвижными токсичными элементами увеличивается от песчаных к глинистым, слабоводопроницаемым и с большой водоудерживающей способностью. Наличие непроницаемого горизонта увеличивает опасность загрязнения почвы. Слабоподвижные загрязнители могут накапливаться в почвах с непромывным и промывным режимами. Аккумулируясь в органическом веществе или иллювиальном горизонте, они создают постоянный источник токсичных веществ [2, 5, 9, 11].
Рассмотрим особенности поведения тяжелых металлов в почвах [16-18], а также накопление их в почвах Карелии.
Кобальт обычно находится в почвах в количестве 1-10 мг/кг (допустимый предел 50). Кобальт адсорбируется составными частями почвы и закрепляется в решетке глинистых минералов. В почвах наблюдается слабое, но устойчивое увеличение его содержания с глубиной. В земной коре содержание кобальта составляет 20 мг/кг. Почвы, сформировавшиеся на ультраосновных эффузивных породах, содержат повышенное количество кобальта. В исследуемом районе (табл. 3) содержание кобальта в лесных подстилках автоморфных почв составляет 2,5-20 мг/кг (среднее - 8,2), фон по Карелии для лесных подстилок 1,8. В торфяных почвах количество кобальта ниже, чем среднее по району.
Никель в почве составляет 20-50 мг/кг (при допустимой норме 50). В исследуемом районе количество его колеблется от 12,5 до 60, при среднем 23,2, в переувлажненных почвах (торфяных) - значительно ниже среднего. Фоновое содержание никеля в лесных подстилках в Карелии составляет 7,2 мг/кг, т. е. низкое. В окисленной среде подвижен или слабо подвижен. В щелочной среде слабо мигрирует, в кислой - активно. Соединения никеля подвижные и слабоподвижные в восстановительной среде и инертные в окислительной, миграция умеренная.
Медь обычно содержится в почвах в количестве 1-20 мг/кг. В почвах с высоким содержанием органического вещества и глины подвижность меди низкая. При загрязнении почв медью возникает угроза эрозии и уплотнения.
Таблица 3. Содержание некоторых тяжелых металлов (мг/кг), органического вещества, физической глины и величина обменной кислотности в почвах Заонежья
Горизонт, глубина, см V Cr Fe Со Ni Си Zn Sr РЬ С,% Физ. глина, % рНсол.
Подбуры (п = 4)
АО 0-5 151,0 101,0 35 800 20,0 69,0 123,0 118,0 37,0 8,3 36,7 - 4,3
А1 5-25 168,0 98,0 42 300 28,0 80,0 136,0 121,0 48,0 5,2 2,7 34,2 4,0
Буроземы типичные (супесчаные и суглинистые) (п = 8)
Ad 0-6 67,3 29,4 27 432 12,7 18,5 30,2 83,3 76,1 20,4 6,7 - 5,4
А1 6-20 72,6 51,1 43 544 15,6 27,9 19,1 69,2 132,0 18,5 3,9 22,5 5,3
А1В 20-45 70,8 58,2 50 920 17,4 34,8 39,8 64,2 169,3 13,3 2,3 20,1 4,8
ВС 45-65 70,7 66,5 31 045 16,0 40,6 36,2 35,7 137,0 7,6 0,9 22,0 5,0
Буроземы темноцветные (супесчаные и суглинистые) (п = 10)
Ad 0-4 136,9 52,2 36 303 14,7 47,0 59,7 195,5 81,5 20,1 8,2 - 5,7
А1 4-25 194,4 62,5 50 974 18,5 61,8 90,3 188,1 101,7 23,6 4,4 30,3 5,4
В 25-50 208,2 60,9 55 975 21,3 64,7 112,3 242,1 98,1 14,4 4,3 32,0 5,0
ВС 60-70 262,3 88,5 64 000 30,0 102,5 138,5 273,0 62,1 28,1 1,2 32,0 5,3
Буроземы оподзоленные (песчаные и супесчаные) (п = = 8)
АО 0-4 75,0 51,3 19 024 6,8 23,1 23,8 105,1 68,9 17,6 30,7 - 4,7
А1А2 4-10 98,5 37,3 26 123 7,0 27,6 25,1 54,1 94,6 8,2 2,5 17,7 3,9
Bf 10-22 101,8 47,1 28710 13,2 39,4 64,5 74,5 98,2 8,3 1,6 13,8 4,3
В2 22-38 98,8 60,1 26 190 11,7 23,9 30,5 120,0 111,0 18,8 1,2 14,4 4,4
ВС 38-55 100,0 60,1 26 189 15,0 30,0 31,6 120,0 111,0 20,0 0,8 19,5 4,4
С 55-70 100,0 70,0 30 000 15,0 31,0 31,0 121,1 120,0 24,0 0,6 18,9 4,2
Буроземы глеевые (супесчаные и песчаные) (п = 7)
Ad 0-6(7) 137,7 43,2 30 453 9,1 37,4 44,6 144,9 122,3 17,1 6,2 - 5,8
А1 6-22 141,1 47,5 40 494 11,7 39,7 50,3 141,5 144,0 15,6 3,5 28,8 4,2
В1 22-45 142,63 44,2 52 482 12,4 50,6 63,4 106,7 153,3 15,6 1,8 29,4 5,2
Вд 45-60 196,00 25,6 43 720 11,1 47,0 63,0 165,0 168,0 16,0 1,3 28,2 5,4
Сд 60-70 196,00 27,5 58 270 10,7 68,5 72,7 194,0 179,0 14,0 0,8 15,1 5,4
Подзолистые супесчаные почвы (г i = 6)
АО 0-4 15,6 36,1 4900 2,6 12,5 9,3 45,8 49,6 18,2 34,8 - 3,8
А1А2 4-10 30,6 36,3 10 828 3,6 9,1 2,7 16,6 159,5 11,7 3,3 13,8 3,9
А2 10-14 39,7 32,6 17 422 9,3 27,4 53,4 42,6 138,1 6,2 0,4 14,8 3,5
Bhf14-28 80,0 30,0 22 000 10,0 20,1 10,0 20,0 220,0 15,0 1,3 8,9 4,0
Bf 28-40 80,0 30,0 33 000 10,0 20,1 10,0 20,0 220,0 15,0 0,4 11,4 4,2
ВС 40-60 60,0 40,0 33 000 10,0 20,1 30,0 20,0 260,0 7,0 0,1 11,7 4,4
С 60-90 60,0 40,0 33 000 10,0 20,1 30,0 20,0 260,0 7,0 0,1 11,0 4,6
Перегнойно- глеевые почвы (п = 5)
АО 0-3 43,28 34,5 18 490 12,3 15,6 33,9 135,7 65,3 19,7 48,5 - 5,4
Ап 3-35 81,83 38,2 3390 25,5 21,7 47,7 220,0 73,0 13,1 43,5 - 5,3
Вд 35-70 71,28 65,5 20 998 10,8 28,0 28,1 67,5 154,7 8,7 1,8 24,2 5,4
G70-90 73,1 80,7 24 580 15,0 35,3 59,8 52,1 177,0 9,5 0,6 42,6 4,9
Торфяные верховые почвы (п = 5)
ТО 0-8 6,64 14,3 2309 1,4 7,8 5,2 32,6 7,4 13,1 47,1 - 3,4
Т1 8-20 13,24 21,7 2804 1,4 8,9 8,3 25,3 10,3 276,5 47,3 - 3,4
Т2 20-50 73,93 55,0 9132 4,1 15,0 13,4 20,5 118,9 10,4 48,7 - 3,4
ПДК 150 100 - 50 50 100 300 - 32
Кларк 90 83 30 000 18 58 47 83 340 16
Фон 10 2750 2,0 7,2 63,4 83 - 27
Примечание. ПДК по: [9]; кларк по: [1]; фон - среднее по Карелии [10].
Предельно допустимая концентрация меди в почвах составляет 100 мг/кг. Фоновое содержание меди в лесных подстилках Карелии составляет 37,9 мг/кг. В южной части Медвежье-горского района отмечено накопление меди в лесных подстилках, составляющее 1,5 ПДК. Колебания его количества - от 9 до 60, с глубиной содержание меди увеличивается. Среднее накопление по исследуемому району меди в лесных подстилках - 35,6. В торфяных почвах меди меньше, чем в среднем по району. Гидроокиси меди осаждаются при рН 5,4. В процессе гипергенеза подвижны либо слабо подвижны в окислительной среде. Энергично мигрируют в кислых растворах и слабо подвижны в нейтральных и щелочных.
Цинк содержится в почвах от 30 до 50 мг/кг, предельно допустимая концентрация составляет 300. В почвах цинк достаточно подвижен. Избыточное его накопление вызывает ухудшение физических и физико-химических свойств почвы, снижает микробиологическую активность. Миграция цинка по профилю почвы наиболее активно происходит в песчаных почвах, что связано как с механическим составом, так и с низкой емкостью катионного обмена. Осаждение гидроокиси цинка происходит при рН почвенного раствора 5,2. В процессе гипергенеза в окислительной среде подвижен, бывает слабо подвижен. Энергичная миграция происходит в кислых растворах, а в слабокислых или щелочных - слабая, особенно в виде катионов.
В почвах с глубиной содержание цинка убывает. Высокие значения содержания цинка в карбонатных почвах (125 мг/кг) объясняются его слабой подвижностью при высоких значениях рН. В кислых почвах содержание цинка обычно низкое в связи с высокой подвижностью в кислой среде его соединений (50 мг/кг). Фоновое накопление цинка в лесных подстилках Карелии составляет 67,6 мг/кг, в Онежском рудном районе - от 45 до 340, среднее составляет 214. Распределение по профилю почв либо равномерное, либо снижается с глубиной. В торфяных почвах - намного ниже средних показателей для района.
Хром в больших количествах хотя и вызывает загрязнение почв, но токсичен для живых организмов лишь в шестивалентной окисленной форме, образующейся только при определенных условиях рН и окислительно-восстановительного потенциала и не сохраняющейся в почве надолго. В почвах обычно содержится в количестве 2-50 мг/кг (при допустимой норме 100). По степени растворимости соединения хрома относятся к классу В, малоподвижны в большинстве сред. Миграция слабая с образованием химических комбинаций, могут мигрировать и в форме природных металлов. Содержание хрома в почвах тесно связано с его наличием в почвообразующих породах. Исследователи не находят существенной разности между содержанием хрома в кислых и богатых кальцием почвах, хотя известно, что его мобильность связана с величиной рН почвенного раствора. Фоновое содержание хрома в лесных подстилках на территории Карелии составляет 10,0 мг/кг, т. е. накопление низкое. Однако в исследуемом районе содержание хрома в лесных подстилках значительно выше и колеблется в различных почвенных типах от 30 до 90, при среднем накоплении 38,7. Распределение по профилю такое же, как у цинка. В органогенных почвах содержание хрома близко к средним для исследуемого района данным.
Ванадий содержится в почвах в количестве около 60 мг/кг, предельно допустимые концентрации составляют 150. В процессе гипергене-за он инертен в восстановительной среде. Энергично мигрирует в форме анионов как в кислой, так и в щелочной среде. В Карелии содержание ванадия в почвах иногда достигает 150 мг/кг. В почвах исследуемого района колеблется от 15 до 137, среднее значение - 43. Четко прослеживается возрастание содержания с глубиной. Для переувлажненных почв (торфяных) отмечены низкие показатели накопления ванадия, однако с глубиной количество его возрастает.
Свинец обычно содержится в почвах от 0,1 до 20 мг/кг, предельно допустимая концентрация - 32. Величина рН, при которой осаждаются гидроокиси свинца, равна 6,0. Наибольшее количество свинца в автоморфных почвах, как правило, находится в верхнем 15-сантиметро-
вом слое. В кислых дерново-подзолистых почвах происходит транзитный перенос свинца из верхних в нижние горизонты. В дерново-подзолистых почвах иллювиальный горизонт содержит больше свинца, чем почвообразующие породы. Фоновое содержание свинца в лесных подстилках Карелии составляет 23,3 мг/кг. Повышенное, в отдельных случаях достигающее ПДК содержание свинца в почвах на территории Карелии выявлено в Медвежьегорском районе вдоль побережья Беломорско-Балтий-ского канала. В целом в Заонежье колебания содержания свинца в органогенных горизонтах составляют 17-26, среднее - 17,4 мг/кг. В торфяных почвах накопление свинца близко к количеству его в лесных подстилках.
Стронций обычно содержится в почвах в количестве от 28 до 300 мг/кг, кларк составляет 380. Предельно допустимые концентрации не установлены. В процессе гипергенеза стронций подвижен в растворах. В почвах Карелии содержание стронция достигает в отдельных случаях 680 мг/кг. В органогенных горизонтах почв Онежского рудного района содержание стронция составляет от 43 до 122, при среднем значении 66 мг/кг. С глубиной количество его возрастает. В органогенных горизонтах торфяных почв количество стронция низкое, однако в нижележащих минеральных горизонтах отмечено резкое возрастание его содержания.
Железо. Общее содержание железа в почвах колеблется в довольно широких пределах от 1,5 до 3%. Показатель рН, при котором осаждается гидроокись трехвалентного железа, -2,0, двухвалентного - 5,5. При гидролитическом разложении процесс выщелачивания железа протекает слабо. В процессе гипергенеза оно подвижно в восстановительной среде, миграция умеренная. Фоновое содержание в лесных подстилках Карелии составляет 0,3%. В лесных подстилках исследуемого района содержание железа колеблется от 4900 до 52 000 мг/кг, среднее - 18 590. С глубиной по почвенному профилю накопление железа увеличивается. Накопление и распределение по профилю аналогично для торфяных и минеральных почв.
В круговороте тяжелых металлов участвуют биологические барьеры, вследствие чего происходит выборочное бионакопление, защищающее живые организмы от избытка этих элементов. Однако деятельность биологических барьеров ограничена, и чаще всего тяжелые металлы концентрируются в почве. Устойчивость почв к загрязнению ими различна в зависимости от буферности. Почвы с высоким содержанием глин (особенно типа монтмориллонита и иллитов), а также органического вещества могут удерживать эти элементы, особенно в верхних горизонтах. Это характерно для карбонатных почв и почв с нейтральной реакцией. В этих почвах количество токсичных соединений, которые могут быть вымыты в грунтовые воды и поглощены растениями, значительно
©
меньше, чем в песчаных кислых почвах. Однако при этом существует большой риск в увеличении концентрации элементов до токсичной, что вызывает нарушение равновесия физических, химических и биологических процессов в почвах. Тяжелые металлы, удерживаемые органической и коллоидной частями почвы, значительно ограничивают биологическую деятельность, ингибируют процессы нитрификации. Песчаные почвы, характеризующиеся низкой поглотительной способностью, как и кислые почвы, очень слабо удерживают тяжелые металлы, поэтому они легко поглощаются растениями, причем некоторые из них даже в очень малых концентрациях токсичны.
Рассмотрим уровни накопления тяжелых металлов в различных почвах на территории За-онежья (табл. 3). Наибольшее количество кобальта накапливается в шунгитовых буроземах в районах распространения месторождений и во много раз превышает фоновые показатели по Карелии. То же касается и никеля. Эти металлы слабо мигрируют в щелочной среде, прочно закрепляются органическим веществом почв, поэтому следует предположить слабую интенсивность миграции данных элементов в условиях слабокислой и близкой к нейтральной среде. Содержание меди колеблется в исследуемых почвах в широких пределах. В почвах бурозем-ного типа, характеризующихся слабокислой и близкой к нейтральной реакцией среды, накопление меди довольно высокое и превышает в отдельных случаях ПДК в 2-2,5 раза. Высокие концентрации цинка (до 400 мг на кг абсолютно сухой почвы) отмечены в районе месторождения шунгитовых сланцев, что объясняется низкой подвижностью соединений цинка в буро-земных почвах, характеризующихся слабокислой или близкой к нейтральной реакцией среды. Валовое содержание хрома и ванадия в исследуемых почвах не превышает фоновых для территории Карелии значений. Количество свинца в почвах в целом невелико, лишь в почвах территорий, прилегающих к автомобильным дорогам, содержание его превышает предельно допустимые концентрации. Можно отметить, что накопление стронция в наибольших количествах выявлено в пахотных горизонтах почв, находящихся в сельскохозяйственном использовании, что связано, по нашему мнению, с применением известковых материалов и минеральных удобрений, в первую очередь, суперфосфата. Железа много во всех почвах на территории Заонежья, в лесных подстилках его накапливается в 2 раза больше, чем в среднем по Карелии. Особенно высокие его показатели, превышающие кларк [2] в 2-3 раза, отмечены в почвах, сформировавшихся на диабазах или на рыхлых отложениях с примесью пород, обогащенных железом.
Проведение корреляционного анализа показало наиболее высокие положительные коэффициенты корреляции накопления тяжелых
металлов с содержанием органического вещества в органогенных и гумусово-аккумулятив-ных горизонтах буроземов всех типов, которые составляют для свинца 0,53-0,89; цинка и кобальта - 0,57-0,86, 0,51-0,75; никеля - 0,76, меди - 0,55; железа - 0,79.
Для минеральных горизонтов типичных буроземов установлены положительные коэффициенты взаимосвязи валового содержания кобальта, хрома, а также никеля и меди и количества физической глины (0,94; 0,84; 0,93; 0,98). Для буроземов глеевых, характеризующихся более высоким содержанием физической глины в минеральных горизонтах, чем бурозем типичный, в горизонте Вд накапливаются кобальт, никель, медь, цинк, свинец и железо, соответственно коэффициенты корреляции следующие: 0,51, 0,62, 0,68, 0,90, 0,94, 0,67. Выявлена прямая корреляционная взаимосвязь между количеством мелкодисперсной фракции (физическая глина) в глеевом горизонте (в), характеризующемся более высоким ее содержанием, чем вышележащие горизонты, и количеством тяжелых металлов: кобальта, никеля, меди, цинка, хрома, ванадия, свинца (0,66; 0,98; 0,73; 0,99; 0,94, 0,63; 0,90). В шунгитовом буроземе с высоким содержанием углерода по всему профилю и высокой сорбционной способностью шунгитовых сланцев, обогащающих весь почвенный профиль, накопление тяжелых металлов имеет следующий характер: в горизонтах А и В накапливаются никель, медь, цинк, хром, ванадий, свинец, железо. Коэффициенты корреляции - 0,97, 0,52, 0,64, 0,83, 0,98, 0,95, 0,64. В переходном к почвообразующей породе горизонте ВС шунгитового бурозема выявлена прямая корреляционная связь с содержанием физической глины для никеля (0,53), цинка (0,92), хрома (0,67), ванадия (0,56).
По величине обменной кислотности почвы района классифицированы следующим образом: если показатель рН солевой вытяжки ниже 4, почва сильнокислая, 4-5 - кислая, 5-6 - слабокислая, 6-7 - нейтральная, более 7 - щелочная. Вся территория района по уровню почвенной кислотности четко разделяется на две части: западную и восточную (рис. 2-3). Восточная часть - это территория распространения буроземов шунгитовых на шунгитовых сланцах и силикатной морене с большой примесью шунгита и основных пород. Среди гидроморфных почв преобладают торфяно-глеевые и перегнойно-глеевые. Лесные подстилки на значительной территории имеют слабокислую реакцию, гу-мусово-аккумулятивные А1 и горизонты В характеризуются более высокой кислотностью (по нашей градации - кислой), почвообразую-щая порода - кислая и слабокислая, на отдельных участках - близка к нейтральной. Западная часть исследуемой территории отличается повышенной почвенной кислотностью. Здесь распространены, в основном, буроземы супесчаные на силикатной морене в сочетании
Горизонт АО
Рис. 2. Уровень кислотности органогенных горизонтов почв
Горизонт В
Рис. 3. Уровень кислотности минеральных горизонтов почв
Горизонт С
с подзолистыми супесчаными почвами, буроземы оподзоленные и оглеенные. Среди гидро-морфных почв преобладают торфяные переходного типа, зачастую осушенные. Лесные подстилки характеризуются кислой, а местами сильнокислой реакцией, гумусово-аккумуля-тивные горизонты - сильнокислые, с глубиной кислотность снижается до кислой и слабокислой.
По условиям окислительно-восстановительных реакций почвы разделены на три группы: условия окисления (автоморфные почвы), периодического окисления и восстановления(по-лугидроморфные) и восстановления (гидро-морфные).
Распределение элементов в почвенном профиле по вертикали и катенах в горизонтальном направлении зависит от характера геохимических барьеров (радиальных и латеральных). Основываясь на классификации физико-химических барьеров А. И. Перельмана [15], в почвах Заонежья выделены следующие классы барьеров в вертикальных почвенных профилях: органо-сорбционные (лесные подстилки и прослойки шунгитовых сланцев в
почвенном профиле), глеевые (смена окислительно-восстановительных условий)в переувлажненных почвах, сорбционные, связанные с наличием в почвенном профиле прослоек более тяжелого механического состава, а также при подстилании почвообразующей породы другой, более тяжелой породой (табл. 4). Выделены группы почв, имеющие, как правило, один вид барьеров - сорбционный или глее-вый, и многобарьерные почвы с органо-сорб-ционными и глеевыми барьерами. Основными типами почв данного района являются буроземы, сформировавшиеся на шунгитовых сланцах и шунгитовой морене, для которых, по нашему мнению, характерным является сорбци-онное закрепление элементов на фоне слабокислых и близких к нейтральным условий. Радиальные барьеры в буроземных почвах, сформировавшихся с различным участием шунгитовых сланцев в почвообразующей породе, названы нами сорбционно-шунгитовые. Как показали исследования, для лесных почв в верхней части профиля характерно наличие органо-сорбционного барьера - лесной подстилки.
Таблица 4. Дифференциация окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий в почвах Заонежья
Щелочно-кислотные условия
Окислительно-восстановительные условия, тип почвы и радиального геохимического барьера
Периодическое восстановление
Окисление
Восстановление
Сильнокислые (рН менее 4)
Кислые (рН 4-5)
Слабокислые (рН 5-6)
Нейтральные (рН 6-7)
Сильнокислые/кислые*
Килые
/сильнокислые*
Слабокис-лые/кислые*
Буроземы оподзоленные. Органо-сорбционный и сорбционно-шунгитовый.
Подзолистая супесчаная. Органо-сорбционный
Буроземы темноцветные на шунгитовых сланцах; буроземы темноцветные на шунгитовой морене. Органо-сорбционный,сорбционно-шунгитовый
Буроземы темноцветные на силикатной морене с включением шунгита; буроземы темноцветные на силикатной морене с большим включением шунгита и основных пород. Органо-сорбционный,сорбционно-шунгитовый
Подзол иллювиально-железисто-гумусовый песчаный. Органо-сорбционный.
Поверхностно-подзолистая песчаная. Органо-сорбционный
Бурозем типичный супесчаный на силикатной морене с примесью шунгита; бурозем фрагментарный. Органо-сорбционный, сорбционно-шунгитовый
Торфянисто-подзолисто- Болотные верховые; торфя-глеевые; перегнойно- но-глеевые верховые. Ор-
подзолисто-глеевые. Органо- гано-сорбционный, глеевый сорбционный, глеевый
Буроземы глеевые. Восстано- Болотные переходные. Ор-вительно-глеевые гано-сорбционный, глеевый
Перегнойно-глеевые. Органо-сорбционный, глеевый
Торфянистый подзол иллюви-ально-гумусовый. Органо-сорбционный, глеевый
Болотная низинная. Органо-сорбционный, глеевый_
Примечание. * - изменение кислотно-шелочных условий по профилю почв.
с подзолистыми супесчаными почвами, буроземы оподзоленные и оглеенные. Среди гидро-морфных почв преобладают торфяные переходного типа, зачастую осушенные. Лесные подстилки характеризуются кислой, а местами сильнокислой реакцией, гумусово-аккумуля-тивные горизонты - сильнокислые, с глубиной кислотность снижается до кислой и слабокислой.
По условиям окислительно-восстановительных реакций почвы разделены на три группы: условия окисления (автоморфные почвы), периодического окисления и восстановления (по-лугидроморфные) и восстановления (гидро-морфные).
Распределение элементов в почвенном профиле по вертикали и катенах в горизонтальном направлении зависит от характера геохимических барьеров (радиальных и латеральных). Основываясь на классификации физико-химических барьеров А. И. Перельмана [15], в почвах Заонежья выделены следующие классы барьеров в вертикальных почвенных профилях: органо-сорбционные (лесные подстилки и прослойки шунгитовых сланцев в
почвенном профиле), глеевые (смена окислительно-восстановительных условий)в переувлажненных почвах, сорбционные, связанные с наличием в почвенном профиле прослоек более тяжелого механического состава, а также при подстилании почвообразующей породы другой, более тяжелой породой (табл. 4). Выделены группы почв, имеющие, как правило, один вид барьеров - сорбционный или глее-вый, и многобарьерные почвы с органо-сорб-ционными и глеевыми барьерами. Основными типами почв данного района являются буроземы, сформировавшиеся на шунгитовых сланцах и шунгитовой морене, для которых, по нашему мнению, характерным является сорбци-онное закрепление элементов на фоне слабокислых и близких к нейтральным условий. Радиальные барьеры в буроземных почвах, сформировавшихся с различным участием шунгитовых сланцев в почвообразующей породе, названы нами сорбционно-шунгитовые. Как показали исследования, для лесных почв в верхней части профиля характерно наличие органо-сорбционного барьера - лесной подстилки.
Таблица 4. Дифференциация окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий в почвах Заонежья
Щелочно-кислотные условия
Окислительно-восстановительные условия, тип почвы и радиального геохимического барьера
Периодическое восстановление
Окисление
Восстановление
Сильнокислые (рН менее 4)
Кислые (рН 4-5)
Слабокислые (рН 5-6)
Нейтральные (рН 6-7)
Сильнокислые/кислые*
Килые
/сильнокислые*
Слабокис-лые/кислые*
Буроземы оподзоленные. Органо-сорбционный и сорбционно-шунгитовый.
Подзолистая супесчаная. Органо-сорбционный
Буроземы темноцветные на шунгитовых сланцах; буроземы темноцветные на шунгитовой морене. Органо-сорбционный,сорбционно-шунгитовый
Буроземы темноцветные на силикатной морене с включением шунгита; буроземы темноцветные на силикатной морене с большим включением шунгита и основных пород. Органо-сорбционный,сорбционно-шунгитовый
Подзол иллювиально-железисто-гумусовый песчаный. Органо-сорбционный.
Поверхностно-подзолистая песчаная. Органо-сорбционный
Бурозем типичный супесчаный на силикатной морене с примесью шунгита; бурозем фрагментарный. Органо-сорбционный, сорбционно-шунгитовый
Торфянисто-подзолисто- Болотные верховые; торфя-глеевые; перегнойно- но-глеевые верховые. Ор-
подзолисто-глеевые. Органо- гано-сорбционный, глеевый сорбционный, глеевый
Буроземы глеевые. Восстано- Болотные переходные. Ор-вительно-глеевые гано-сорбционный, глеевый
Перегнойно-глеевые. Органо-сорбционный, глеевый
Торфянистый подзол иллюви-ально-гумусовый. Органо-сорбционный, глеевый
Болотная низинная. Органо-сорбционный, глеевый
Примечание. * - изменение кислотно-щелочных условий по профилю почв.
Рассмотрим характер распределения по почвенному профилю тяжелых металлов в связи с почвенной кислотностью, механическим составом, окислительно-восстановительными условиями и наличием радиальных геохимических барьеров в конкретных почвенных разностях.
Подбур на элюво-делювии коренных пород (разрез 22) (рис. 4)
Данные почвы относятся к кислым. Условия окислительные. В лесных подстилках содержание свинца выше, чем в подподстилочном горизонте. Отмечено небольшое биогенное накопление хрома в лесной подстилке. Такие металлы, как ванадий, железо, кобальт, никель, медь, цинк, стронций, накапливаются в подподстилочном минеральном горизонте, что свидетельствует о тесной взаимосвязи химического состава подбуров и минералогического состава почвообразующей породы. Хром и свинец попадают на поверхность почвы в результате аэротехногенного загрязнения территории и накапливаются в подстилках, затем в подподстилочном горизонте количество его снижается, а вниз по профилю опять возрастает. Миграция химических элементов в профиле подбуров в значительной степени обусловлена строением почвенного профиля, характеризующегося малой мощностью и близким подсти-ланием коренной породы, в данной случае сла-бовыветрившихся диабазов. В результате миграция элементов вглубь затруднена, а преобладает, скорее всего, боковой сток в виде растворов или суспензий.
Бурозем оподзоленный песчаный на супесчаной морене (разрез 23)
Почвы кислые, на глубине 6-20 см, т. е. в оподзоленном горизонте, сильнокислые, дренаж хороший, условия окислительные. Содержание ванадия, хрома, никеля, меди, кобальта и стронция увеличивается вниз по профилю. Свинец накапливается в подстилке. Большинство названных элементов в подбурах и оподзоленных буроземах ведут себя аналогичным образом, иначе - цинк, содержание которого в горизонте с повышенной кислотностью резко падает в связи с повышенной миграционной способностью в кислых средах, а при уменьшении кислотности - накапливается в почве.
Бурозем темноцветный суглинистый на шунгитовой морене (разрез 27)
Данные почвы относятся к слабокислым или нейтральным, причем обменная кислотность остается практически равномерной по всему профилю. Дренаж хороший, условия окислительные. Следует отметить высокую сорбцион-ную способность данных почв (барьер сорбци-онно-шунгитовый). Распределение по профилю стронция и кадмия равномерное. Содержание никеля, меди, хрома, ванадия, кобальта, свинца и цинка слабо изменяется по профилю. Количество их в гумусово-аккумулятивном горизонте и почвообразующей породе близко.
Буроземы типичные супесчаные на легкосуглинистой морене (разрез 24)
Верхняя часть профиля данных почв имеет кислую реакцию (рН 4-5), на глубине 18 см кислотность резко увеличивается. Условия дренажа хорошие, среда окислительная. Характеризуется наличием сорбционных барьеров. Стабильно по профилю распределение меди. Валовое содержание кобальта, стронция, ванадия, хрома, никеля в лесной подстилке или дерновом горизонте (в зависимости от типа биоценоза) ниже, чем в минеральной части профиля. Цинк и в меньшей степени свинец накапливаются в подстилке.
Буроземы типичные легкосуглинистые на суглинистой морене (разрез 36)
Эти почвы относятся к кислым (рН 4-5), на глубине около 20 см кислотность резко увеличивается, а затем возвращается к прежним величинам. Условия дренажа хорошие, среда окислительная. Характеризуется наличием сорбционных барьеров. По общему содержанию микроэлементов буроземы тяжелого механического состава (суглинистые) и более легкого (супесчаные) отличаются незначительно, но распределение по профилю ТМ различное. Содержание ванадия и хрома слабо изменяется по профилю. С глубиной возрастает содержание кобальта, никеля, меди и стронция. В лесных подстилках накапливаются цинк и свинец.
Бурозем глееватый супесчаный на силикатной морене с большой примесью шунгитовых сланцев и основных пород (разрез 41)
Данные почвы относятся к кислым (4-5), в верхней части профиля обменная кислотность ниже, с глубиной возрастает. Дренаж хороший, но периодически отмечается переувлажнение за счет низкого положения в рельефе, в результате складываются окислительно-восстановительные условия. Характеризуется наличием восстановительно-глеевых барьеров. Распределение тяжелых металлов по профилю данных почв определяется легким песчаным механическим составом и уровнем кислотности. Относительно равномерно по профилю распределяются никель, кобальт, ванадий. С увеличением почвенной кислотности и в условиях восстановительной среды увеличивается подвижность цинка и в небольшой степени хрома. В результате отмечается снижение их содержания в почве. Возрастает вниз по профилю количество меди, так как известно, что комплексные соединения меди с фульвокислотами достаточно стабильны при рН, близком к 5 [9]. Отмечено накопление свинца на поверхности почвы, связанное, по всей вероятности, с аэротехногенным загрязнением территории.
Подзолистая супесчаная на супесчаной морене с примесью шунгитовых сланцев (разрез 46)
Обменная кислотность в разных горизонтах различна: верхний органогенный горизонт -
©
50 100 150 200
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
А, 1 1
\ 11 \ \
I м\ \
/
/ 1
. у „... сг —- си -— гп -г- эг -*- РЬ
1
.Со N1 —*— Си
3.7 3.75 3.8 3.85 3.9 3.95 4 4,05 4.1 4.15 4.2
20 40 60 80 100 120
| -30
\1
\ 1\
-Со —»—Си
О 20 40 во во 100 120 140
х )
...
-V Сг —м—Си —«—2п —•—Бг —а—РЬ
Подбур (разрез 22) Бурозем оподзоленный (разрез 23)
Рис. 4. Распределение по профилю почв общего содержания тяжелых металлов
150 200
.V ».-ст-»—Си -»_гп _л_рь
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45
-Со » N. -«—Си
Бурозем темноцветный суглинистый (разрез 27)
Бурозем типичный супесчаный (разрез 24) Бурозем типичный легкосуглинистый (разрез 36) Бурозем глееватый супесчаный (разрез 41)
Подзолистая супесчаная (разрез 46) Рис. 4. Окончание
50 100 150 200
-V Сг —-Си -»— 2п —& -»-РЬ
20 40 60 80 100
А
/
\ X \
-Со -«--N1 —»—Си
3 3.2 3.4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5
0 -10 -20 -30 -40 -50 •60
Перегнойно-глеевая (разрез 53)
20 40 60 60 100 120 140
Ъ /
3 -20 ы
« 2 X ^ -30
-40
—V —•—Сг —»—Си -^—гп—эг -в—рь
О 2 4 6 В 10 12 14 16
—•— рНсол.
Торфяная верхового типа (разрез 21)
кислый (рН 4-4,3), гумусово-аккумулятивный с признаками оподзоливания - сильнокислый (<4), нижняя часть профиля - кислая. Хороший дренаж, условия окислительные. Характеризуется безбарьерностью. В связи с легким механическим составом, высокой кислотностью и отсутствием барьеров в профиле почв отмечается практически одинаковое распределение ванадия, кобальта, свинца, которые из верхних почвенных горизонтов просачиваются вниз по почвенному профилю. Количество хрома, никеля, меди, цинка наименьшее в подзолистом горизонте, который характеризуется повышенной кислотностью. Стронция больше всего накапливается в подзолистом горизонте и на контакте с материнской породой.
Перегнойно-глеевая почва (разрез 53)
Почва кислая, условия среды восстановительные при избыточном увлажнении. Почвы характеризуются многобарьерностью: выделены органо-сорбционные и восстановительные. Отличаются равномерным распределением по профилю содержания хрома. Ванадий, никель, цинк, кобальт, медь, свинец накапливаются с глубиной. Стронций приурочен к органогенному горизонту А1.
Торфяная верхового типа (разрез 21)
Данные почвы сильнокислые, условия среды восстановительные. Почвы характеризуются многобарьерностью: выделены органо-сорбционные и восстановительные. Содержание большинства элементов (никеля, меди, хрома, кобальта, стронция, ванадия) увеличивается с глубиной, т. е. накапливается на восстановительном барьере, цинк и свинец -в верхних органогенных горизонтах.
Таким образом, оценка распределения химических элементов по почвенному профилю и выявление взаимосвязи их с гранулометрическим составом, содержанием органического вещества, окислительно-восстановительными и кислотно-щелочными условиями, которые являются геохимическими барьерами для многих групп химических элементов, показали, что каждый из определяемых нами металлов имеет свои особенности распределения в почвенном профиле. Некоторая равномерность распределения в почвенном профиле свойственна никелю и хрому. Для свинца в большинстве случаев характерно снижение концентрации с глубиной. Как правило, увеличивается вниз по профилю количество ванадия и кобальта, в меньшей степени - меди. Цинк в отдельных случаях накапливается в нижних почвенных горизонтах при одновременном снижении почвенной кислотности. Также и каждая из исследованных нами почв характеризуется своей спецификой распределения металлов: следует отметить высокую сорбирующую способность буроземов темноцветных, развитых на шунгитовых сланцах и морене, имеющих сорбционно-шун-гитовые барьеры. Все почвы, содержащие значительное количество шунгитов в почвенном
профиле, отличаются высокой способностью удерживать тяжелые металлы. Это же можно отметить и для многобарьерных почв.
Ландшафтно-геохимические барьеры. На границе контрастных в геохимическом отношении почв формируются так называемые латеральные барьеры [4-7, 15], отражающие горизонтальную дифференциацию в пределах поч-венно-геохимических сопряжений - катен. Они характеризуются показателем геохимической контрастности, обусловленной структурой почвенного покрова, четкостью и резкостью проявления латеральных барьеров. В настоящее время выделяют три степени контрастности латеральной миграции: слабая, средняя и сильная. В основу различий положены, как и при характеристике вертикальной миграции элементов по почвенному профилю (радиальной), изменения окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий в пределах катен. К слабоконтрастной относится латеральная миграция, протекающая при одинаковых или близких окислительно-восстановительных (ОВ) и щелочно-кислотных (ЩК) условиях. Контрастной миграции присуща смена либо ЩК, либо ОВ-условий, реже тех и других при их незначительных отклонениях. Сильноконтрастная миграция наблюдается при резкой смене в пределах почвенной катены как ЩК, так и ОВ-условий. Таким образом, наиболее типичные для исследуемого района сопряжения следующие: катены 1 и 2, состоящие их трех почв, могут характеризоваться как контрастно-сильноконтрастные, катены 3 и 4, состоящие каждая из двух почв, -как сильноконтрастные (табл. 5). Проведенные исследования особенностей накопления и латеральной миграции элементов показали, что в контрастно-сильноконтрастных сопряжениях большинство определенных нами химических элементов довольно прочно закреплено в шунгитовых буроземах. Что касается катены, состоящей из песчаной подзолистой и перегнойно-глеевой почв и охарактеризованной нами как сильконтрастная, то здесь отмечено накопление большинства элементов в перегнойно-глеевых почвах, отличающихся восстановительными условиями, слабокислой реакцией среды и многобарьерностью.
Поконтурная оценка условий миграции тяжелых металлов в почвах. Нами проведена поконтурная оценка условий миграции тяжелых металлов (табл. 6), границы контуров соответствуют контурам почвенной карты Заонежья. На почвенной карте выделено 15 почвенных сочетаний с различными условиями миграции элементов. Каждому почвенному контуру свойственно наличие специфических барьеров, всего же выделено четыре типа барьеров: сорбционно-шунгитовый, сорбционный, вос-становительно-глеевый, органо-сорбционный. Кроме того, существуют почвы и, соответственно, выделенные на карте контуры безбарьерные. Сорбционно-шунгитовые барьеры ти-
Таблица 5. Распределение микроэлементов в профиле почвенных катен в районе Онежского рудного бассейна, мг/кг
Горизонт, глубина.^м
Сг Ре Со N1 Си Бг Мо РЬ
Катена 1
Бурозем темноцветный на супесчаной шунгитовой морене, вершина моренного холма
АО 0-3 25,1 31,7 8460 4,8 13,1 24,6 100 35,6 0,62 12,6
А1 3-24 103 84,0 24470 14,0 49,0 42,0 89,4 61,5 2,2 8,1
ВС 53-70 84,3 75,7 34770 20,1 50,3 97,5 88,3 70,0 0,54 7,1
Бурозем оподзоленный на супесчаной морене, склон моренного холма
АО 0-4 37,2 39,3 9268 8,0 24,9 27,6 343 65,9 0,39 25,6
А1А2 4-10 87,4 75,2 30650 18,1 44,6 133 48,8 100 0,30 6,7
С 55-70 98,8 60,1 26190 11,7 23,9 30,5 120 110 0,28 18,8
Перегнойно-глеевая суглинистая почва на ленточных глинах, подножие моренного холма
АО 0-3 8,3 19,5 2900 2,9 13,6 11,7 57,7 25,6 0,25 3,4
Т 3-35 21,3 51,3 9216 3,1 8,5 25,9 8,0 41,2 0,26 3,0
С 70-глубже 73,1 80,7 24580 13,0 35,3 59,8 52,1 143 0,42 9,5
Катена 2
Бурозем темноцветный на супесчаной шунгитовой морене, вершина моренного холма
Ас10-7 151 101 35830 20,5 69,1 123 118 37,7 3,2 8,3
А1 7-25 169 98 42290 28,3 80,4 137 121 48,3 3,4 7,1
ВС 25-50 202 102 42290 23,9 82,9 164 128 40,9 3,5 5.2
Бурозем оподзоленный на силикатной морене с примесью шунгита и основных пород, склон моренного холма
АО 0-6 28,2 29,2 6134 4,7 8,1 9,6 56,7 34,3 0,65 1,2
А1А 26-20 95,8 55,3 20548 9,6 24,1 15,9 189 127 0,61 6,7
В 20-50 116 61,0 24880 11,3 26,8 103 41,3 123 0,56 5,9
Торфяная почва верхового типа, понижение рельефа между моренными холмами
ТО 0-8 6,6 14,3 2309 1,4 7,8 5,2 32,6 7,4 0,49 13,1
Т1 8-16 13,2 21,7 2804 1,4 8,9 8,3 25,3 10,3 0,87 27,7
Эд 44-70 73,9 55,0 9132 4,1 15,0 13,4 20,5 119 0,90 10,4
Катена 3
Подзолистая иллювиально-железистая песчаная на силикатной морене, выположенная вершина моренного холма
АО 0-4 10,9 16,5 2460 2,4 5,5 4,0 42,0 30,3 0,28 5,8
А1 4-12 29,6 29,4 8890 3,7 9,8 4,8 26,9 152 0,30 15,3
ВС 40-60 32,9 16,8 10160 4,9 19,1 19,7 10,8 183 0,12 5,6
Перегнойно-глеевая суглинистая на ленточных глинах, низина между моренными холмами
АО 0-2 6,9 10,9 2950 3,6 9,3 24,1 43,2 21,7 0,02 4,8
Ас! 2-9 7,5 17,7 3916 4,8 9,6 10,7 26,0 26,6 0,12 7,4
Вд 20-35 68,0 74,4 23460 10,7 30,0 23,3 114 140 0,20 10,6
Катена 4
Бурозем темноцветный легкосуглинистый на шунгитовой морене, коренной берег оз. Путкозеро
Ас1 0-4 154 78,4 29650 12,9 34,9 51,0 188 92,6 2,2 13,2
А1 4-26 127 61,6 26870 12,2 33,8 45,4 152 101 2,2 11,2
ВС 26-48 179 77,3 33285 16,1 59,5 81,3 195 94,1 2,8 14,6
Перегнойно-глеевая почва на погребенном торфе, подстилаемом ленточными глинами, понижение рельефа,
100 м от оз. Путкозеро
Ас10-3 95,7 43,1 47930 32,1 22,7 48,5 281 30,9 1,6 32,2
АВ 3-20_229 51,3 104500 81,6 37,6 99,6 640 39,5_2,2 14,0
пичны для шунгитовых почв, которые обладают высоко сорбционной способностью практически на протяжении всего почвенного профиля, занимая повышенные и плакорные участки территории. На склоновых участках территории располагаются буроземы оподзоленные легкого механического состава, отличающиеся сорбционными барьерами, но менее емкими. На нижней части склонов располагаются почвы с периодическими условиями переувлажнения, например, буроземы глеевые, характеризующиеся наличием восстановительно-глеевых барьеров. Участкам территории, занятым болотными почвами, присуща многобарьерность, т. е. наличие органо-сорбционных и глеевых барьеров, на которых происходит сорбирование тяжелых металлов и других токсикантов. Некоторые почвы, а соответственно, и некоторые территории не имеют почвенных барьеров: это примитивные почвы и поверхностно-подзо-
листые на озерных песках, подбуры и песчаные подзолы на песчаных почвообразующих породах. Следует отметить, что почвенный покров выделенных на карте контуров неоднороден по степени концентрации металлов даже при наличии аналогичных барьеров. Это объясняется различной степенью участия барьерных и безбарьерных почв в формировании почвенного покрова на каждой конкретной территории.
Заключение
Изучено влияние различных факторов на содержание тяжелых металлов в наиболее распространенных почвах Заонежья. Установлены корреляционные взаимосвязи накопления в почвах свинца, цинка, кобальта, никеля, меди и железа и содержания органического вещества. Тесные корреляционные взаимосвязи выявлены между содержанием в почвах физической
Таблица 6. Геохимическая характеристика почвенных контуров на территории Заонежья
№ _Условия______Почвенно-геохимические сопряжения
контура щк ОВ Почвы Контрастность Латеральные барьеры
1 К О Примитивные на выходах коренных пород Безбарьерные
2 к/слк + к + О + О + Буроземы фрагментарные + буроземы оподзолен- 1 Сорбционно-шунгитовый
+ к/слк + к + 0 + 0 ные + подбуры + примитивные
3 слк + слк 0 + 0 Буроземы шунгитовые на шунгитовой морене и шунгитовых сланцах 1 Сорбционно-шунгитовый
4 н + к 0 + 0 Буроземы на силикатной морене с большим содержанием шунгитовых и основных пород + буроземы оподзоленные 2 Сорбционно-шунгитовый
5 к/слк + к 0 + 0 Буроземы супесчаные на силикатной морене с включением шунгитовых пород + подзолистые супесчаные почвы 1 Сорбционно-шунгитовый
6 к + к О + ОВ Буроземы оподзоленные или подзолистые супесчаные почвы на силикатной морене + буроземы глеевые 2 Восстановительно-глеевый
7 ск/к 0 Поверхностно-подзолистые на озерных песках Безбарьерные
8 ск/к + ск ОВ Подзолы иллювиально-гумусово-железистые + бо-лотно-подзолистые иллювиально-гумусовые 2 Органо-сорбционные и глеевые
9 К ОВ Буроземы глеевые (дерново-глеевые) глинистые и суглинистые Восстановительно-глеевые
10 ск ОВ Торфянисто-подзолисто-глеевые песчаные и супесчаные Органо-сорбционные и глеевые
11 слк/к В Болотные низинные торфяные Органо-сорбционные
12 слк В Болотные низинные перегнойно-глеевые Органо-сорбционные и глеевые
13 ск В Болотные переходные торфяные Органо-сорбционные и глеевые
14 ск В Болотные переходные торфяно-глеевые Органо-сорбционные и глеевые
15 ск В Болотные верховые торфяные и торфяно-глеевые Органо-сорбционные и глеевые
Примечание, ск - сильнокислые, к - кислые, слк - слабокислые почвы; О - окислительные, ОВ - окислительно-восстановительные, В - восстановительные условия; 1 - слабая, 2 - средняя, 3 - сильная латеральная контрастность.
глины и концентрацией кобальта, хрома, никеля, меди, цинка, свинца, железа и ванадия.
Вся территория исследуемого района четко делится на две части по величине почвенной кислотности: западная характеризуется более высоким уровнем обменной кислотности, чем восточная, что связано с различными по генезису почвами, составляющими основной фон данных территорий. Восточной части района присуще распространение буроземов шунги-товых, развитых на шунгитовых сланцах и морене, обогащенной шунгитами и диабазами, в западной части преобладают оподзоленные и глеевые буроземы в сочетании с подзолистыми почвами легкого механического состава. . Выделено несколько классов радиальных барьеров в профиле исследуемых почв: сорб-ционные, связанные с прослойками более тяжелого механического состава в некоторых подзолистых почвах и с наличием шунгита в профиле буроземных почв; восстановитель-но-глеевые в буроземах глеевых; глеевые и ор-гано-сорбционные в гидроморфных почвах -торфяных и торфяно-глеевых. Барьеры в шунгитовых буроземных почвах названы нами шун-гитовыми сорбционными. Таким образом, в почвенном покрове территории выделяются безбарьерные почвы (подзолы песчаные и супесчаные), однобарьерные (подзолистые суглинистые, буроземы) и многобарьерные (гид-роморфные).
Оценка распределения химических элементов по профилю почв различных типов в зависимости от величины кислотности, гранулометрического состава и наличия геохимических барьеров показала следующее: исключительной стабильностью в почвенном профиле, равномерным распределением с поверхности до более глубоких горизонтов независимо от типа почв характеризуются никель и хром. Снижение концентрации с глубиной типично для свинца. Увеличивается с глубиной количество ванадия и кобальта, в меньшей степени - меди. Цинк в отдельных случаях накапливается с глубиной при снижении почвенной кислотности. Каждая из исследованных нами почв отличается своей спецификой распределения металлов: высокой сорбирующей способностью обладают темноцветные шунгитовые почвы, имеющие сорбционно-шунгитовые барьеры. У всех почв, содержащих значительное количество шунгитов в почвенном профиле, высокая удерживающая способность относительно тяжелых металлов. Это же можно отметить и для многобарьерных почв. Безбарьерным почвам свойствен вынос тяжелых металлов в нижележащие горизонты.
Исследования особенностей накопления и латеральной миграции элементов показали, что в контрастных сопряжениях большинство определенных химических элементов довольно прочно закреплено в темноцветных буроземах.
©
Что касается катен, состоящих из песчаных подзолистых и перегнойно-глеевых почв и охарактеризованных как сильноконтрастные, то здесь отмечено накопление большинства элементов в перегнойно-глеевых почвах с их восстановительными условиями, слабокислой реакцией среды и многобарьерностью.
Поконтурное описание щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий на территории Заонежья позволило выявить наличие геохимических барьеров для почвенных сопряжений, выделенных на почвенной карте. Для восьми почвенных сочетаний выделены ведущие латеральные барьеры: сорбционно-шунгитовые для сочетаний буроземов фрагментарных и оподзоленных, буроземов на силикатной морене с большой примесью шунгита и диабазов и оподзоленных, для территорий, занятых буроземами шунгитовыми на шунгито-вых сланцах и шунгитовой морене; сорбцион-ные для сочетания буроземов супесчаных на силикатной морене с включением шунгитов и подзолистых супесчаных почв; восстанови-тельно-глеевые для буроземов оподзоленных на силикатной морене и буроземов глеевых и для территорий, занятых глеевыми буроземами; органо-сорбционные - территории с торфяными почвами; многобарьерные органо-сорбционные и глеевые - территории с торфя-но-глеевыми и торфянисто-подзолисто-глее-выми почвами. Безбарьерными являются территории, занятые примитивными почвами на выходах коренных пород, а также поверхно-стно-подзолистыми на озерных песках. Основываясь на характеристике существующих в исследуемом районе сопряжений, можно прогнозировать интенсивность миграции элементов в почвах и почвенном покрове. Оценка уровня накопления тяжелых металлов в почвах Заонежья показала, что выше фоновых для Карелии показателей здесь накапливаются кобальт, никель, хром, свинец, а также медь и цинк, для ванадия выделены аномальные зоны.
Богатые углеродом и обладающие высокой сорбционной способностью шунгитсодержа-щие почвы будут накапливать тяжелые металлы при их техногенном поступлении. Подвижность элементов в глеевых и оглеенных почвах ограничена, в восстановительной среде закрепляются практически все элементы. В почвах с высоким содержанием органического вещества и восстановительным режимом могут накапливаться самые токсичные вещества. Накопление микроэлементов в почве увеличивается от песчаных к глинистым, слабопроницаемым и с большой водоудерживающей способностью.
Большое значение имеет характер освоения территории. Так, в пахотных горизонтах многих почв отмечается накопление стронция, что связано, на наш взгляд, с внесением извести и минеральных удобрений.
Работа выполнена при поддержке РФФИ
(грант № 03-04-48014).
Литература
1. Агроклиматические ресурсы Карельской АССР. Л., 1974. 115 с.
2. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. М., 1957. 237 с.
3. Волков А. Д., Громцев А. Н., Еруков Г. В. и др. Экосистемы ландшафтов запада северной тайги (структура, динамика). Петрозаводск, 1995. 194 с.
4. Гаврилова И. П., Касимов Н. С., Павленко И. А., Побединцева И. Г. Почвенно-геохимическое районирование срединного региона по условиям миграции микроэлементов // Ландшафтно-геохи-мическое районирование и охрана среды. М., 1983. С. 169-183.
5. Глазовская М. А. Почвы мира. М., 1972. Т. 1. 231 с. Т. 2.436 с.
6. Глазовская М. А. Теория геохимии ландшафтов в приложении к изучению техногенных потоков рассеяния и анализу особенности природных систем к самоочищению // Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. М., 1981. С. 7-41.
7. Глазовская М. А. Прикладное и общее (базовое) ландшафтно-геохимическое районирование // Ландшафтно-геохимическое районирование и охрана среды. М., 1983. С. 11-18.
8. Голубев А. И. Геологическое строение района заказника «Кижские шхеры» // Острова Кижского архипелага. Биогеографическая характеристика: Тр. Карельского научного центра РАН, сер. «Биогеография Карелии». Вып. 1. Петрозаводск, 1999. С. 4-10.
9. Добровольский В. В. Основы биогеохимии. М., 2003. 397 с.
10. Кратц К. О. Геология карелид Карелии. М.; Л., 1963. 210 с.
11. Ладонин Д. В. Соединения тяжелых металлов в почвах - проблемы и методы изучения // Почвоведение. 2002. № 6. С. 683-692.
12. Лукашов А. Д., Демидов И. Н. Условия формирования рельефа и четвертичных отложений Карелии в поздне- и послеледниковье как основа становления современной природной среды // Биогеография Карелии: Тр. Карельского научного центра РАН, сер. «Биология». Вып. 2. Петрозаводск, 2001. С. 3-11.
13. Морозова Р. М. Лесные почвы Карелии. Л., 1991. 184с.
14. Морозова Р. М., Лазарева И. П. Почвы и почвенный покров Валаамского архипелага. Петрозаводск, 2002. 169 с.
15. Перельман А. И. Геохимия. М., 1989. 527 с.
16. РэуцеЖ., Кырстя С. Борьба с загрязнением почвы. М., 1986. 222 с.
17. Федорец Н. Г. Фоновый мониторинг лесных почв в среднетаежной подзоне Карелии // Биоэкологические аспекты мониторинга лесных экосистем Северо-Запада России. Петрозаводск, 2001. С. 20-37.
18. Федорец Н. Г., Дьяконов В. В., Литинский П. Ю., Шильцова Г. В. Загрязнение лесной территории Карелии тяжелыми металлами и серой. Петрозаводск, 1998. 47 с.
19. Федорец Н. Г., Морозова Р. М., Синькевич С. М., Загуральская Л. М. Оценка продуктивности лесных почв Карелии. Петрозаводск, 2000. 194 с.
