УДК 631.4
РТУТЬ В ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ НИЗКОГОРИЙ БАССЕЙНА
Р. ТОМЬ
А. В. Пузанов, д. б. н.,
puzanov@iwep.asu.ru,
Т. А. Рождественская, с. н. с.,
rtamara@iwep.ru,
А. В. Салтыков, н. с.,
saltykovav@yandex.ru
Институт водных и экологических проблем СО РАН
Изучены общее содержание ртути в почвенном покрове низкогорья в бассейне р. Томь и ее концентрация в водной и ацетатно-аммонийной (pH 3,0 и 4,8) вытяжках из гумусового горизонта этих почв. Выяснилось, что в исследуемых дерново-подзолистых и серых лесных почвах прослеживается равномерное пространственное и внутрипро-фильное распределение общего содержания ртути, которое связано как с однородностью почвообра-зующей породы, так и с постоянством значений емкости поглощения и актуальной кислотности почвенного раствора. Несмотря на сложившиеся оптимальные условия для сорбции ртути, при воздействии жидких атмосферных осадков на гумусовый горизонт исследуемых почв происходит выщелачивание ртути как под действием собственно воды, так и в результате высвобождения в почвенный раствор водорастворимых органических и неорганических кислот, которые его подкисляют и, следовательно, увеличивают выщелачивание ртути. При увеличении кислотности самих атмосферных осадков существенных изменений в процессе выщелачивания ртути не наблюдается.
The total amount of mercury, contained in the soils of the low mountains region of the Tom River basin, and its concentration in the water and acetate ammonium extracts from the humus horizon of these soils are studied. In the investigated sod-podzol and grey forest soils, homogeneous spatial and intra profile distribution of the total mercury content, which is related both to the homogeneity of the soil-forming rock and to constancy of the values of absorption capacity and actual acidity of soil solution, is traced. Despite the developed optimum conditions for mercury sorption, when exposed to liquid atmospheric precipitation on the humus horizon of the investigated soils, mercury leaching takes place, both under the influence of the water proper, and as a result of the release into soil solution of water-soluble organic and inorganic acids, which acidify it and, therefore, increase mercury leaching. At the increase of acidity of atmospheric precipitation, any essential changes in the process of mercury leaching are not observed.
Ключевые слова: ртуть, почвы, Томь, выщелачивание, гумусовый горизонт, низкогорье.
Keywords: mercury, soils, the Tom River, leaching, humus horizon, low mountains region.
Бассейн р. Томь вытянут в северо-западном направлении на 485 км. Он занимает западные склоны Кузнецкого Алатау и Западных Саян, Горную Шорию и межгорную Кузнецкую котловину. Общая площадь водосборного бассейна составляет 62 000 км2 [1]. Почвенный покров низ-когорий исследуемого водосборного бассейна представлен дерново-подзолистыми и серыми лесными почвами [1—4].
Большое биоразнообразие в бассейне р. Томь, наличие ореолов рассеяния ртутных и полиметаллических месторождений и мощный антропогенный прессинг (цветная и черная металлургия, горнорудная, химическая и угледобывающая промышленности, коммунально-бытовое и сельское хозяйство, лесоперерабатывающая отрасль) обусловили сложнейшую ландшафтно-геохимическую и эко-лого-биогеохимическую обстановку. Почвенный покров и верхнечетвертичные отложения являются основными факторами, определяющими химизм поверхностных и почвен-но-грунтовых вод бассейна. Именно депонирующая роль почв, как на загрязненных, так и на фоновых территориях, способствует формированию бассейнового баланса химических элементов и их соединений [1]. Несмотря на это, загрязнение почв ртутью изучено слабее, чем другие объекты окружающей среды.
Ртуть — относительно редкий элемент в земной коре со средней концентрацией 0,083 мг/кг. Однако ввиду того, что ртуть слабо связывается химически с наиболее распространенными в земной коре элементами, ртутные руды могут быть очень концентрированными по сравнению с обычными породами. Наиболее богатые ртутью руды содержат до 2,5 % этого элемента. Основная форма нахождения ртути в природе — рассеянная, и только 0,02 % ее заключено в месторождениях [5].
По степени токсичности ртуть относится к первому классу (чрезвычайно опасное химическое вещество). Особенно опасны ее выбросы в воду, поскольку в результате деятельности населяющих дно микроорганизмов происходит образование растворимой в воде метилртути. Органические соединения ртути (метилртуть и др.) в целом намного более токсичны, чем неорганические, прежде всего из-за их липофильности и способности более эффективно взаимодействовать с элементами ферментативных систем организма. Ртуть — типичный представитель кумулятивных ядов [6].
Ртуть в почвах распределяется неравномерно и зависит от многих факторов. Пространственное распределение ртути связано, в первую очередь, с ее содержанием в почво-образующей породе, внутрипрофильное — от свойств самой почвы (содержания гумусовых веществ, гранулометрического состава, кислотности почвенного раствора, содержания карбонатов и др.) [7, 8].
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются дерново-подзолистые и серые лесные почвы низкогорий в бассейне р. Томь, а также непосредственно их гумусовые горизонты (табл. 1). Для исследования почвенные образцы отбирали из средней части каждого генетического горизонта и с поверхности почв в наиболее представительных биогеоценозах на глубине 10 см, помещали в полиэтиленовые мешочки и транспортировали в Лабораторию биогеохимии Института водных и экологических проблем СО РАН.
Доставленные в лабораторию почвенные образцы высушивали до воздушно-сухого состояния, измельчали и просеивали через сито с диаметром 1 мм. Из подготовленных образцов гумусового горизонта извлекали водные и аце-татно-аммонийные (рН 3,0 и рН 4,8) вытяж-
ки, которые в дальнейшем анализировали на содержание ртути атомно-абсорбционным методом в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН, в них же определяли общее содержание ртути. Также в каждом почвенном образце определяли рН, содержание гумусовых веществ и гранулометрический состав.
Результаты и их обсуждение. В исследуемых дерново-подзолистых и серых лесных почвах прослеживается равномерное пространственное и внутрипрофильное распределение общего содержания ртути (табл. 2). Первое связано с однородностью почвообразующей породы, которая на всем протяжении лесного пояса низкогорий исследуемого речного бассейна представлена бурыми бескарбонатными глинами (среднее содержание ртути — 0,077 мг/кг [9]); второе — с емкостью поглощения и актуальной кислотностью почвенного раствора, значения которых по всему профилю обоих типов почв остаются относительно постоянными.
Ртуть, поступающая в исследуемые почвы с отмершей частью растительности при кислой реакции среды, вероятно, удаляется из верхних горизонтов с латеральным стоком; поэтому результаты биогенной аккумуляции в этих почвах, несмотря на интенсивный биологический круговорот, незначительны. В большинстве исследованных профилей дерново-подзолистых и серых лесных почв распределение ртути соответствует элювиально-иллювиальному типу, хотя и слабо выраженному (см. табл. 2), и во многом связано с распределением тонкодисперсных гранулометрических фракций: ила и физической глины. По данным И. И. Скрип-ниченко и Б. Н. Золотаревой [9], в составе илистой фракции сосредоточено до 69 % ртути от ее общего содержания в почве, наиболее отчетливо отмечено насыщение ила ртутью гумусовых горизонтов. В большинстве случаев илистая фракция почв различной генетической принадлежности более насыщена ртутью, чем мелкозем соответствующих горизонтов в целом. Кроме того, ртуть может сорбироваться коагелями полуторных оксидов, сосредоточенными в текстурных горизонтах лесных почв. Гидроксид железа способен поглощать из раствора до 96 % ртути в интервале значений рН 5—8, микроэлемент удерживается на поверхности гидроксида железа силами физической и химической природы при преобладании хемосорбции. Сорбция ртути глинистыми минералами увеличивается с ростом величины рН и достигает максимума при рН 6—7 [10]. По мнению других авторов [11], максимальная сорбция микроэлемента почвами наблюдается при рН 4—5.
Таблица 1 Описание гумусового горизонта исследуемых почв и место отбора образцов
№ Описание и место отбора
1 Серый с бурым оттенком, комковато-зернистый, легкосуглинистый горизонт под осиновым разнотравно-папоротниковым лесом на бурых бескарбонатных глинах
4 Серый с бурым оттенком, комковато-творожистый, среднесуглинистый горизонт под березовым злако-во-разнотравным лесом на бурых бескарбонатных глинах
5 Темно-серый, комковато-зернистый, среднесугли-нистый горизонт под злаково-разнотравным лугом на бурых бескарбонатных глинах
21 Серый, комковатый, легкосуглинистый горизонт под березовым папоротниково-разнотравным лесом на бурых бескарбонатных глинах
24 Серо-бурый, комковатый, легкосуглинистый горизонт под злаково-разнотравным лугом на бурых бескарбонатных глинах
44 Серый с буроватым оттенком, комковатый, легкосуглинистый горизонт под березово-пихтовым папоротниково-разнотравным лесом на бурых бескарбонатных глинах
45 Серый с буроватым оттенком, комковатый, супесчаный горизонт под разнотравно-злаковым лугом на бурых бескарбонатных глинах
53 Буровато-серый, комковатый, легкосуглинистый горизонт под пихтово-осиновыми папоротниково-разно-травными лесами на бурых бескарбонатных глинах
Таблица 2
Основные свойства и среднее содержание ртути в исследуемых почвах
Горизонты Содержание гумусовых веществ, % Содержание физической глины, % рН Емкость катионного обмена, мг-экв/100 г почвы мг/кг
А1 А1А2 А2 А2В В ВС 5.0 ± 1,7 3,2 ± 0,5 2.1 ± 0,9 1,4 ± 0,7 0,6 ± 0,2 0,3 ± 0,1 Дерново-подзо 36.6 ± 3,9 41.7 ± 5,8 42.5 ± 3,4 46,3 ± 3,7 54.6 ± 4,1 58,2 ± 4,6 листые почвы 5,4 ± 0,1 5,4 ± 0,2 5,3 ± 0,2 5,6 ± 0,5 5,9 ± 0,3 6,0 ± 0,2 I 28,5 ± 7,4 26,9 ± 5,3 24.7 ± 8,2 30,2 ± 4,6 32.8 ± 6,6 33,7 ± 4,2 0,090 ± 0,021 0,062 ± 0,012 0,059 ± 0,008 0,062 ± 0,006 0,056 ± 0,009 0,046 ± 0,005
А АВ В ВС 8,4 ± 1,1 5,6 ± 0,8 2,2 ± 0,5 0,8 ± 0,2 Серы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.