ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 2, с. 189-196
УДК 631.4.634.0.114.546.49
ХИМИЯ
почв
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РТУТИ В ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРНОЙ И ЮЖНОЙ ТАЙГИ
© 2004 г. М. С. Малинина, Н. С. Гладкова
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119892, Москва, Воробьевы горы
Поступила в редакцию 30.09.2002 г.
Освещены вопросы поведения водорастворимых соединений ртути (ВСР) в почвах Центрально-лесного государственного и Кандалакшского заповедников. Показано, что максимальная подвижность ртути приурочена к подгоризонтам подстилки. В ходе разложения и гумификации растительного опада происходит увеличение сродства элемента к ртутьсвязывающим центрам твердой фазы. Установлено, что условия почвообразования, связанные с местоположением в мезорельефе для ВСР, являются более существенным фактором варьирования, чем для валовой ртути.
ВВЕДЕНИЕ
Проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды ртутью, возникли впервые в 1950-1970 гг., когда произошли массовые отравления людей в результате потребления рыбы из зараженных ртутью водоемов. Это стимулировало широкомасштабные исследования проблемы во многих странах и появление в середине 1970-х годов представления о двух типах круговорота ртути в окружающей среде: глобальном, связанном в основном с циркуляцией в атмосфере паров ртути Н§°, и локальном, в котором преобладает ртуть, связанная с антропогенной деятельностью [11]. До последнего времени считалось, что глобальный естественный круговорот ртути мало влияет на организмы и не может привести к загрязнению отдельных составляющих экосистемы [6]. Вместе с тем, в начале 1990-х годов было обнаружено, что во многих лесных озерах, расположенных в малонаселенных районах, удаленных от источников эмиссии ртути, концентрация этого элемента в рыбе в 2-6 раза превышает допустимые нормы для потребления. Сравнительные исследования, проводимые на территориях Швеции [13, 15], Финляндии [17], Канады [16] и северной части США [12], показали, что такой тип загрязнения характерен для большей части озер в зоне бореальных лесов северного полушария. Было выдвинуто предположение, что это обусловлено, главным образом, значительным потенциалом лесных экосистем, обеспечивающим как фиксацию, так и высвобождения ртути [15]. При этом ведущая роль отводится почвенному покрову и особенностям условий почвообразования и трансформации ртути в почвах лесной зоны. Однако количественные данные, характеризующие процессы фиксации и переноса ртути в естественных природных системах, крайне ограничены. Это связано как с особенностями физико-химиче-
ских свойств ртути и ее способностью образовывать большое количество соединений, обладающих различной миграционной способностью, токсичностью и устойчивостью к трансформации и деятельности микроорганизмов, так и со сложностью аналитического определения подвижных соединений ртути в почвах. Кроме того, используемые в настоящее время подходы к выявлению форм соединений металлов в почвах (различные виды экстракций химическими реагентами разной силы) мало информативны применительно к анализу форм ртути в почвенных системах.
Целью настоящей работы было изучение наиболее подвижных водорастворимых соединений ртути для установления закономерностей распределения элемента между твердыми фазами почв и водным раствором в некоторых почвах северной и южной тайги.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В качестве объектов исследования нами были проанализированы легкосуглинистые подзолистые почвы Центрально-лесного государственного биосферного заповедника (ЦЛГБЗ) (южная тайга) и крупнопесчаные иллювиально-железис-тые подзолы и полугидроморфные почвы Кандалакшского заповедника (северная тайга). В обоих случаях были заложены разрезы в разных частях геохимического профиля (в автономной, транзит-но-аккумулятивной и супераквальной позициях). Образцы подзолистых почв ЦЛГБЗ были отобраны в 10-кратной повторности для статистической обработки.
В настоящей работе концентрация ртути в водной вытяжке рассматривалась как характеристика содержания наиболее подвижных соединений элемента в изучаемых почвах. Действие воды на почву связано с процессами растворения, разбав-
ления и ионизации. При этом предполагается, что в водную вытяжку переходят обменные и специфически адсорбированные формы (свободные ионы и ионы, связанные в комплексы с органическим веществом [8]. В качестве показателей подвижности ртути использовали долю водорастворимых соединений от ее валового содержания (в %), а также коэффициент распределения Кр (л/кг), равный отношению концентраций ртути в твердой фазе почв и ее концентрации в равновесном растворе. Также был определен в исследуемых образцах органический углерод и углерод растворимых органических веществ (РОВ).
В образцах, высушенных до воздушно-сухого состояния, общее содержание ртути определялось методом атомно-адсорбционной спектроскопии холодного пара на приборе АМА-254. В основе работы анализатора лежит принцип термической возгонки и амальгамации элемента. Чувствительность прибора 0.01 нг в пробе. Рабочий диапазон 0.0-5-50 нг в пробе. Водорастворимую ртуть определяли после экстракции дистиллированной водой при соотношении 1 : 10 или 1 : 50 (для горизонтов подстилки Кандалакшского заповедника). Измерение содержания элемента производилось на том же приборе. Общее содержание углерода определялось методом сжигания. Содержание РОВ оценивалось по окисляемости водной вытяжки на анализаторе ЛАОР-1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Данные по содержанию водорастворимых соединений ртути (ВСР) и показатели подвижности ртути в лесных почвах приведены в табл. 1.
Центральный лесной биосферный заповедник. Профиль лесных почв ЦЛГБЗ четко дифференцирован по содержанию. ВСР на две части: подстилку и минеральную часть. Диапазон содержания ВСР в подстилке составляет 1.2-3.4 мкг/кг, в минеральных горизонтах 0.2-0.6 мкг/кг. Профильное распределение ВСР заметно отличается от профильного распределения валового содержания ртути. Так, для всех изученных почв распределение валового содержания элемента имеет ярко выраженный экстремальный характер с максимумом в наиболее разложенном подгоризонте подстилки. Содержание ВСР в профиле слабоподзолистой и среднеподзо-листой почв, расположенных в верхней и средней частях катены (разр. 1, 2), постепенно уменьшается в подгоризонтах подстилки и резко падает при переходе к минеральной части профиля, причем уже в первом иллювиальном горизонте их количество ниже предела обнаружения (0.01 мкг/л). Для слабоподзолистой профильно-глеевой почвы (разр. 3) характерна слабая дифференциация подгоризонтов подстилки по концентрации ВСР и постепенное уменьшение их с глубиной.
Увеличение валового содержания ртути в подстилке при переходе от подгор. Ь к подгор. Б и Н при одновременном снижении или относительном постоянстве содержания ВСР может свидетельствовать об аккумуляции этого элемента по мере процессов разложения и гумификации растительного опада и изменения формы ртути в ходе этих процессов в сторону образования менее растворимых соединений. По-видимому, образующиеся в процессе разложения и гумификации устойчивые гумусовые соединения обладают более высокой связывающей способностью по отношению к ртути.
Подвижность ртути в исследованных почвах ЦЛГБЗ невелика: доля ВСР от валового содержания элемента не превышает 2.22% для подстилок и 0.80% для минеральных горизонтов. Для всех почв максимальная подвижность и минимальный коэффициент распределения характерны для подстилочного подгор. Ь. При переходе от подгор. Ь к подгор. Б и Н подвижность уменьшается, коэффициент распределения возрастает. Увеличение коэффициента распределения ртути указывает на то, что эффективность экстрагирования этого элемента из почвы водой снижается с увеличением степени разложенности растительного опада.
В профилях слабоподзолистой и профильно-глеевой почв (разр. 1, 3) при переходе от подгор. Б к нижележащим горизонтам подвижность ртути и коэффициент распределения изменяются незначительно; для среднеподзолистой почвы подвижность элемента не изменяется ниже подгор. Н. Сравнительное постоянство коэффициентов распределения в нижней части профилей исследованных почв, скорее всего, связано с однотипностью соединений жидкой фазы в этих почвенных горизонтах.
Были обнаружены высокая положительная корреляция (по Спирмену) между содержанием ВСР и содержанием РОВ (г = 0.78) и отрицательная корреляция между содержанием РОВ и коэффициентом распределения (г -0.74), что свидетельствует об увеличении подвижности ртути при возрастании содержания РОВ. Анализ полученных данных показывает, что подвижность ртути в нижних минеральных горизонтах исследованных почв чрезвычайно мала. По-видимому, потенциально водная миграция ртути может проявляться только в подстилке и переходных к иллювиальной части профиля горизонтах. Аналогичное заключение сделано в работе Ааструпа с соавт. [7], когда по данным полевых и лабораторных экспериментов было показано, что водный транспорт ртути происходит только в слое 0-10 см.
В рассмотренной катене максимальное содержание ВСР относится к почве, расположенной в средней ее части. Для этой почвы характерно так-
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РТУТИ В ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ 191
Таблица 1. Водорастворимые соединения ртути и показатели подвижности ртути в лесных почвах Центрального лесного и Кандалакшского заповедников
Почва разрез Горизонт Нёвал, мкг/кг Нёраст, мкг/кг Нёраст % от ЩВал ^р Сорг, % Сров, мг/л
Центральный лесной биосферный заповедник
Слабоподзолистая, Ь 108 2.2 2.04 491 47.53 691
разр. 1 Г 179 1.6 0.89 1119 36.07 640
А1Е 72 0.4 0.56 1800 4.40 82
ЕВ 43 0.3 0.70 1433 1.20 20
В1 46 Не опр. 0.80 11
В2 18 » 0.31 4
С 8 » 0.07 7
Среднеподзолистая, Ь 144 3.2 2.22 450 46.85 1170
разр. 2 Г 260 3.4 1.31 765 44.11 1023
Н 395 2.5 0.63 1580 30.71 411
Е 62 0.5 0.81 1240 1.55 67
В1 56 Не опр. 1.46 24
В2 27 » 0.70 14
ВС 5 » 0.13
Слабоподзолистая Ь 99 1.5 1.52 660 34.25 782
профильно-глеевая, Г 150 1.2 0.80 1250 31.24 389
разр. 3 Н 204 1.5 0.74 1360 25.75 202
А1Е 109 0.6 0.55 1817 6.97 109
ЕВ§ 37 0.2 0.54 1850 1.45 17
BCg 31 0.2
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.