Оценка влияния крупного паводка на содержание микроэлементов в аллювиальных почвах в среднем течении р. Амур

Определено содержание микроэлементов в аллювиальных почвах прирусловой поймы среднего течения р. Амур и выявлены последствия катастрофического паводка 2013 г. на них. Микроэлементы определяли в пробах, отобранных по генетическим горизонтам, методом масс-спектрометрии. Для характеристики взаимоотношений между микроэлементами, свойствами аллювиальных почв и макроэлементным составом использовалась статистическая обработка данных с применением метода - принцип главных компонент. Выделены ассоциации накопления (Rb, Sr, Ba) и рассеивания (Zr, Ta), имеющие литогенную природу. Содержание остальных микроэлементов ниже, чем в среднем по почвам мира, но закономерно увеличивается вглубь поймы. Установлено, что микроэлементы под влиянием паводковых вод могут не только накапливаться, но и вымываться. На характер их миграции большое влияние оказывают свойства самих почв и пойменный рельеф, в почвах расположенных вблизи русла реки микроэлементы больше подвержены вымыванию. Некоторые микроэлементы (Sr, Cd, Ba, Pb) вымывается из всех типов почв, другие (Y, Sc и Cr) только накапливаются. Влияние паводка сильнее всего сказалось на содержании Mo (+43% в среднем по почвам), Sc (+38%) и Cu (+27%), Cd (-23%), Pb (-12%) и Sr (-12%). До паводка достоверные коэффициенты корреляции с микроэлементами выявлены только у обменного марганца и оксидов алюминия и магния. После длительного затопления в почвах проявились устойчивые связи с гранулометрическим составом, органическим веществом и реакцией среды. Вероятно, эти изменения вызваны понижением редокс-потенциала во время затопления и вымыванием оксида кальция.

аллювиальные почвы, микроэлементы, наводнение, метод масс-спектрометрии, метод главных компонент, Amur river, alluvial soils, trace elements, flood, principal component analysis, mass spectrometry

1. Гафуров Ф.Г., Фирсова В.П. Почвообразование в долгопоемных ландшафтах высоких широт. Екатеринбург: УроРАН, 1992. 146 с.

2. Добровольский Г.В., Балабко П.Н., Стасюк Н.В., Быкова Е.П. Аллювиальные почвы речных пойм и дельт и их зональные отличия // Аридные экосистемы. 2011. Т. 17. № 3 (48). С. 5-13.

3. Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения. М.: Высшая школа, 1989. 320 с.

4. Карандашев В.К., Туранов А.Н., Орлова Т.А., Лежнев А.Е., Носенко С.В., Золотарева Н.И., Москвина И.Р. Использование метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в элементном анализе окружающей среды // Заводская лаборатория. 2007. Т. 73. № 1. С. 12-22.

5. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительные режимы в почвах периодического переувлажнения. М.: Наука, 1987. 192 с.

6. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

7. Кузнецов В.А. Самоочищение ландшафтов речных долин от радиоактивного загрязнения // Лiтасфера. 2011. № 1(14). С. 13-21.

8. Мартынов А.В. Изменение свойств аллювиальных почв после крупного паводка на примере среднего течения р. Амур // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 3. С. 405.

9. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. Москва: Высшая школа, 2007. 463 с.

10. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 610 с.

11. Ремезов Н.П. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв. М.: Сельхозгиз, 1957. 225 с.

12. Скрябина О.А. Минералогический состав почв и почвообразующих пород. Пермь, 2011 117 с.

13. Соколова Г.В. Анализ водного режима Амура за период до катастрофического наводнения в 2013 г. // Метеорология и гидрология. 2015. № 7. С. 66-69.

14. Сорокина О.А., Гусев М.Н., Зарубина Н.В. Особенности распределения химических элементов в русловых отложениях реки Зея // География и природные ресурсы. 2014а. № 4. С. 81-88.

15. Сорокина О.А., Гусев М.Н. Содержание редкоземельных элементов в пойменных почвах долины р. Зея (бассейн р. Амур) // Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН. 2014б. № 3. С. 36-40.

16. Сорокина О.А., Зарубина Н.В. Содержание химических элементов в аллювиальных почвах и донных отложениях реки Уркан (бассейн реки Амур) // Почвоведение. 2013. № 6. С. 681-690. doi: 10.7868/S0032180X13060105

17. Фащевский Б.В. Экологическое значение поймы в речных экосистемах // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2007. №5. С. 118-129.

18. Чижикова Н.П., Сиротский С.Е., Харитонова Г.В., Манучаров А.С., Коновалова Н.С., Уткина Е.В. Минералогический и химический состав тонкодисперсной части донных отложений р. Амур // Почвоведение. 2011. № 7. С. 848-860.

19. Шалдыбин М.В., Харитонова Г.В., Ким В.И., Лопушняк Ю.М., Уткина Е.В., Дембовецкий А.В., Коновалова Н.С., Юдина А.В., Шмигирилов С.А. Минералогический состав отложений реки Амур в зоне влияния реки Сунгари // Тихоокеанская геология. 2016. Т. 35. № 1. С. 92-108.

20. Шраг В.И. Пойменные почвы их мелиорация и сельскохозяйственное использование. М.: Россельхозиздат, 1969. 269 с.

21. Abgottspon F., Bigalke M., Wilcke W. Fast colloidal and dissolved release of trace elements in a carbonatic soil after experimental flooding // Geoderma. 2015. V. 259-260. P. doi: 156-163. 10.1016/j.geoderma.2015.06.005

22. Bednarova Z., Komprdova K., Kalabova T., Sanka M. Impact of Floods and Their Frequency on Content and Distribution of Risk Elements in Alluvial Soils // Water Air Soil Pollut. 2015. V.226 №.15. P. 1-21. doi: 10.1007/s11270-014-2253-x

23. Borch T., Kretzschmar R., Kappler A., Van Cappellen P., Ginder-Vogel M., Voegelin A., Campbell K. Biogeochemical redox processes and their impact on contaminant dynamics // Environ. Sci. Technol. 2010. V. 44. № 1. P. 15-23. doi: 10.1021/es9026248

24. Calmano W., Hong J., Forstner U. Binding and mobilisation of heavy metals in contaminated sediments affected by pH and redox potential // Water Sci Technol. 1993. V.28. P. 223-235. doi: 10.15480/882.450

25. Du Laing, G., Rinklebe J., Vandecasteele B., Tack F.M.G. Trace metal behavior in estuarine and riverine floodplain soils and sediments: a review // Sci. Total Environ. 2009. V. 407. Р. 3972-3985. doi: 10.1016/j.scitotenv.2008.07.025

26. Florian A., Moritz B., Wolfgang W. Fast colloidal and dissolved release of trace elements in a carbonatic soil after experimental floodin // Geoderma. 2015. V.259-260. Р. 156-163. doi: 10.1016/j.geoderma.2015.06.005

27. Frohne T., Rinklebe J., Diaz-Bone R.A., Du Laing G. Controlled variation of redox conditions in a floodp lain soil: Impact on metal mobilization and biomethylation of arsenic and antimony // Geoderma. 2011. V. 160. № 3-4. P. 414-424. doi: 10.1016/j.geoderma.2010.10.012

28. Izquierdo M., Tye A.M, Chenery S.R. Lability, solubility and speciation of Cd, Pb and Zn in alluvial soils of the River Trent catchment UK // Environmental science. Processes & impacts. 2013. V. 15. № 10. P. 1844-58. doi: 10.1039/C3EM00370A

29. Junk W.J., Bayley P.B., Sparks R.E. The flood pulse concept in river-floodplain systems // International Large River Symposium / Ed. Dodge D.P. Can. Spec. Publ. Fish. Aquat. Sci. 1989. P. 110-127. ttp://www.nrem.iastate.edu/class/assets/aecl518/Discussion%20Readings/Junk_et_al._1989.pdf

30. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. Boca Raton: CRC Press, 2011. 534 p.

31. Koretsky C.M., Haveman M., Beuving L., Cuellar A., Shattuck T., Wagner M. Spatial variation of redox and trace metal geochemistry in a minerotrophic fen // Biogeochemistry. 2007. № 86. P. 33-62. doi: 10.1007/s10533-007-9143-x

32. Lair G.J. et al. How do long-term development and periodical changes of river-floodplain systems affect the fate of contaminants? Results from European rivers // Environ. Pollut. 2009. V. 157. № 12. P. 3336-3346. doi: 10.1016/j.envpol.2009.06.004

33. Pirastru M., Niedda M. Evaluation of the soil water balance in an alluvial flood plain with a shallow groundwater table // Hydrological Sciences Journal. 2013. V.58. № 4. P. 898-911. doi: 10.1080/02626667.2013.783216

34. Sabry M.S., Jörg R. Geochemical fractions of chromium, copper, and zinc and their vertical distribution in floodplain soil profiles along the Central Elbe River, Germany // Geoderma. 2013. V. 228-229. P. 142-159. doi: 10.1016/j.geoderma.2013.10.012

35. Schulz-Zunkel C., Rinklebe J., Bork H.-R. Trace element release patterns from three floodplain soils under simulated oxidized-reduced cycles // Ecol. Eng. 2015. V. 83. P. 485-495. doi: 10.1016/j.ecoleng.2015.05.028

36. Shrestha J., Niklaus P.A., PasqualeN., Huber B., Barnard R.L., Frossard E., SchleppiP., TocknerK., Luster J. Flood pulses control soil nitrogen cycling in a dynamic river floodplain // Geoderma. 2014. V. 228. P. 14-24. doi: 10.1016/j.geoderma.2013.09.018

37. Sipos P., Nemeth T., May Z., Szalai Z. Accumulation of trace elements in Fe-rich nodules in a neutral-slightly alkaline floodplain soil // Carpathian J. Earth and Environ. Sci. 2011. V. 6. № 1. P. 13-22.

38. Zeng F., Ali S., Zhanga H., Ouyang Y., Qiu B., Wua F., Zhang G. The influence of pH and organic matter content in paddy soil on heavy metal availability and their uptake by rice plants // Environmental Pollution. 2011. V.159. №1. P. 84-91. doi:10.1016/j.envpol.2010.09.019