ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 1, с. 30-38
УДК 631.423.4
ХИМИЯ ПОЧВ
ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В ТУНДРОВЫХ ПОЧВАХ РЕСПУБЛИКИ КОМИ*
© 2014 г. Д. Н. Габов, В. А. Безносиков
Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, 167982, Республика Коми, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 е-таП: gabov@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 18.06.2012 г.
Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в градиентном режиме проведено изучение качественного и количественного состава полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в тундровых почвах. Дифференциация профиля по содержанию ПАУ для почв имеет отчетливо выраженный аккумулятивный характер. Пул полиаренов в почвах определяется процессами криогенеза и представлен, главным образом, низкомолекулярными 2-4-ядерными ПАУ; высокомолекулярные ПАУ в органогенных горизонтах составляют не более 20% от общего содержания полиаренов в почве, в минеральной толще 5,6-ядерные структуры практически отсутствуют.
Ключевые слова: полиарены, ландшафт, криопедогенез, тундра, тиксотропность.
Б01: 10.7868/80032180X13110051
ВВЕДЕНИЕ
Территория европейского северо-востока России — типичный мерзлотный регион циркумполярного пояса Земли. Суровые климатические условия тундры способствуют глубокому промерзанию почвогрунтов, накоплению в них больших запасов холода, образованию многолетней мерзлоты. Влияние мерзлоты на почвообразование отмечалось многими исследователями [1, 12, 15, 16, 26]. Специальные исследования органического вещества тундровых глеевых почв показали, что в его составе преобладают вещества неспецифической природы, в специфической части фуль-вокислоты (ФК) резко преобладают над гумино-выми кислотами (ГК) [11]. Биоклиматические условия тундрового почвообразования определяют специфический спектр низкомолекулярных органических соединений. Однако гетерогенность этих классов соединений, а также широко используемые классические методы анализа органического вещества не позволяют с достаточной степенью уверенности судить о геохимической дифференциации низкомолекулярных органических соединений в почвах криолитозоны. К настоящему времени имеются работы с использованием современных физико-химических методов при исследовании структуры и трансформа-
*Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 11-04-00086-а, № 12-04-31189 мол_а и Президиума УрО РАН № 12-У-4-1003.
ции гумусовых веществ (ГВ) в условиях таежного почвообразования [13, 19, 20, 22, 28, 29], однако подобные исследования для почв тундровых ландшафтов единичны.
Полициклические ароматические углеводороды образуются в природных экосистемах, включая почвы, в результате биогеохимической трансформации органического вещества [17, 23, 25, 38, 40], а также имеют антропогенное происхождение: неполное сгорание органических материалов [8, 24, 34, 37], что способствует постоянному присутствию данных соединений в объектах окружающей среды. Фоновое суммарное содержание приоритетных ПАУ в почвах колеблются от 50 до 500 нг/г [33]. ПАУ обладают канцерогенными, мутагенными и токсическими свойствами [11] и внесены в список приоритетных загрязнителей Агентством по охране окружающей среды США (US EPA). В почве полиарены вовлечены в процессы миграции и трансформации, поэтому в естественных условиях система накопления, биодеградации и миграции полиаренов находится в равновесном состоянии [9].
Вполне очевидно, что для дальнейшего познания фундаментальных процессов гумусообразо-вания и накопления неспецифических органических соединений в тундровых почвах требуется переход на молекулярный уровень исследований с использованием современных физико-химических методов. Полученные результаты комплексного изучения геохимии низкомолекулярных ор-
ганических соединений криогидроморфных и криоповерхностно-глеевых почв, предлагаемая методология и использование передовых высокочувствительных хроматографических методов будут способствовать пониманию фундаментальных процессов гумусообразования и созданию теоретических основ науки о сложных по составу, структуре природных низко- и высокомолекулярных соединениях в почвах в зоне криогенеза.
Цель работы — изучение количественного и качественного состава полициклических ароматических углеводородов в тундровых почвах целинных и восстанавливаемых экосистем, выявление закономерностей накопления и миграции их в профилях криогенных почв.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проведены в Большеземельской тундре в Воркутинском р-не Республики Коми, с распространением массивно-островной многолетней мерзлоты [10]. Территория представляет полого-увалистую равнину, покрытую чехлом покровных пылеватых суглинков мощностью менее 10 м [18]. Климат умеренно континентальный, среднегодовая температура воздуха по метеостанции г. Воркута--5.8°С, среднесуточная сумма
положительных температур — около 1000°С, среднегодовое количество осадков — 550 мм. В теплый период года преобладают ветры северного и северно-западного направления, в холодные месяцы (сентябрь—апрель) — южного и юго-западного направления [2].
В европейской тундре выражены две подзоны: типичная-мохово-лишайниковая и южная или кустарниковая. Среди типичных-мохово-лишай-никовых тундр встречаются как сухие моховые гипновые, так и сырые заболоченные моховые тундры с покровом из гигрофильных мхов. Кроме мхов и лишайников присутствуют травянистые растения: мятлик арктический, мятлик высокогорный, осоки, щучка арктическая, василисник альпийский; из кустарничков — багульник, дриада (куропаточная трава), ива полярная и сетчатая, голубика. Южная подзона характеризуется преобладанием в растительном покрове кустарниковых (березы карликовой и ивы) и кустарничковых сообществ в сочетании с моховыми, сфагновыми и лишайниково-сфагновыми болотами; зональной растительностью являются мохово-лишай-никово-ерниковые ассоциации.
Почвообразовательный процесс в тундре определяется в основном климатическими условиями. Характерными особенностями почвообразования в тундре являются оглеение и торфона-копление. Однако небольшое количество растительного опада и медленное его разложение не приводят к образованию слоя торфа большой
мощности. Обычно органогенный горизонт в тундровых почвах составляет 5—30 см. Почво- и гумусообразование протекает при избытке влаги и недостатке тепла. Избыток влаги создает условия анаэробиозиса, ведущие к образованию отор-фованного горизонта и развитию восстановительных процессов, сопровождающихся возникновением закисных форм железа. Внешне это выражается в появлении сизовато-бурой или зеленоватой окраски, связанной с выделением фосфорнокислого закисного железа. Из-за близкого расположения вечной мерзлоты почвы тундры имеют укороченный профиль. Слой вечной мерзлоты препятствует глубокому промачиванию грунта, что исключает сильное выщелачивание и оподзоливание почвы. Слабое развитие почвообразовательных процессов обусловливается специфичностью гидротермического режима, однообразием и бедностью почвенной микрофлоры, незначительным участием и даже полным отсутствием травянистой растительности. Поэтому дерновый процесс в тундре проявляется очень слабо, а нередко и вовсе не выражен.
Почвы тундры отличаются малой мощностью гумусового горизонта, слабой дифференциацией профиля на генетические горизонты, наличием деформированного профиля, вызванного медленным перемещением (сползанием) сильнонасыщенных водой почвогрунтов по склону при оттаивании и замерзании (явления солифлюции и пучения).
Объектами исследований были почвы южной кустарниковой подзоны: тундровые поверхност-но-глеевые целинные, тундровые поверхностно-глеевые освоенные (криополугидромофные) и типичной мохово-лишайниковой подзоны: тундровые торфянисто-глеевые, тундровые торфяно-глеевые (криогидромофные).
Почва: торфянисто-тундровая глеевая мерзлотная на суглинистых почвообразующих породах. Координаты: 67°35'26.8" с.ш., 64°09'55.4'' в.д. Площадка Calm 1-2009 г. Средняя часть юго-западного склона, уклон 3°. Мохово-ерниковый покров, политриховые и сфагновые мхи, лишайники, водяника, багульник, по бугоркам — морошка, голубика. Микрорельеф: бугорковатый — бугры высотой до 40 см, диаметром до 1.5 м. Межбугорковое понижение.
01, 0—7 см — слаборазложившаяся моховая подстилка, темно-серая, обилие корней растений.
02, 7—14 см — темно-серый, почти черный, в нижней части хорошо разложившийся торф.
О2АИ§, 14—17 см — переходный, пылеватый средний суглинок, неоднородный по окраске: от темно-коричневого до серого с сизовато-бурым оттенком, структура неясно порошистая.
G, 17—40 см — суглинок средний, ржаво-сизый, сырой, тиксотропный.
GВ1, 40—55 см — тяжелый суглинок ярко-сизый с ржавыми пятнами, мерзлый, структура мелкоореховатая, имеются морозобойные трещины, заполненные гумусированным суглинком.
Bg, 55—90 см — бурый тяжелый суглинок, плотный, мерзлый, раскалывается на орехова-тые структуры, множество Mn примазок, под ним потечногумусовый затек. На глубине 50— 60 см — темное пятно зернистой структуры.
Почва: торфяно-тундровая глеевая мерзлотная на суглинистых почвообразующих породах. Координаты: 67°35 ' 27.3 ' ' с.ш., 64°09 ' 55.2' ' в.д. Площадка Calm 1-2009 г. Разрез заложен на бугорке.
01, 0—5 см — торфянистая слаборазложив-шаяся подстилка, светло-коричневая, сфагно-во-политриховая, сырая.
02, 5—26 см — слаборазложившаяся подстилка из мхов, книзу степень разложения увеличивается, темно-серый торф, свежий, рыхлый, переход ясный.
О2Аhg, 26—28 см — переходный, пылеватый средний суглинок, неоднородный по окраске: от темно-коричневого до серого с сизовато-бурым оттенком, структура неясно порошистая.
Gf, 28—40 см — суглинок средний, ржаво-сизый, сырой, вязкий, тиксотропный.
G1, 40—50 см — средний суглинок ярко-серовато-сизый с ржавыми пятнами, мерзлый, структура мелкоореховатая, имеются морозобойные трещины, заполненные гумусирован-ным суглинком. На глубине 46—62 см — темное пятно c зернистой структурой.
G2, 50—70 см — средний суглинок, бурый, плотный, мерзлый, раскалывается на орехова-тые структуры, криотурбированные разводы, под ним потечногумусовый затек.
Почва: тундровая поверхностно-глеевая на
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.