Металлы в почвах южных Курильских островов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучен химический состав вулканических почв южных Курильских островов (Итуруп, Кунашир, Шикотан), испытывающих периодическое воздействие пеплопадов преимущественно основного состава при извержении вулканов. Определено валовое содержание металлов (K, Ca, Mg, Na, Ba, Cu, Co, Cd, Cr, Fe, Mo, Ni, Pb, Sс, Sr, V, Zn) и концентрации подвижных форм, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером при рН 4.8. Валовые концентрации Sc, V, Fe, Zn в 1.5–5 раз выше, а содержание Cr, Ni, Sr, Ba в 2–10 раз ниже кларков. Почвы характеризуются контрастным распределением рН 3.75–7.81, что предопределяет лабильность металлов. Максимальная активность радиальной и латеральной миграции отмечается при низких значениях кислотно-щелочного показателя, приводя к резкой дифференциации химического состава генетических горизонтов почв в различных катенарных позициях, коэффициенты радиальной и латеральный миграции при этом могут увеличиваться до 12 и 29 соответственно. Результаты факторного анализа показали ведущую роль почвообразующих пород в формировании химического состава почв (около 63% дисперсии выборки), в меньшей степени влияют процессы гумусообразования, трансформации минеральных и органических веществ в почвах, гидротермальная активность. Для почв, формирующихся на средних и основных породах кайнозойской вулканической толщи, характерна CaMgNa парагенетическая ассоциативность, липарит-дацитового комплекса – BaKPb–Mo, габброидного – NiCrCu, псаммитового – VScFeCo. Парагенезис MoPb типичен для участков современной гидротермальной активности. Показано влияние процессов образования россыпей на химический состав почв прибрежных районов оcтровов Итуруп и Шикотан. Распределение подвижных форм связано с процессами хелатообразования, геохимическими барьерами кислотно-щелочного, сорбционного и окислительно-восстановительного типа. Выявлено локальное загрязнение почв, обусловленное, главным образом, работой автотранспорта. На территории пгт Крабозаводское и Южно-Курильск отмечается увеличение концентрации Ba, Sr и K, связанное с деятельностью рыбокомбинатов, в г. Курильск – Cr, Ni, Cu, Co, Zn и Pb, источником которых является ремонтная база. Рассчитанный индекс вероятности токсичности почв (MERMQ), а также результаты биотестирования на Daphnia magna Straus. и Chlorella vulgaris Beijer показали низкую токсичность почв. Это объясняется небольшой плотностью населения и низкой степенью хозяйственного освоения островов.

Об авторах

М. Г. Опекунова

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: m.opekunova@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., 31-33, 199178

А. Ю. Опекунов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.opekunova@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., 31-33, 199178

С. Ю. Кукушкин

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.opekunova@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., 31-33, 199178

С. А. Лисенков

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.opekunova@mail.ru
Санкт-Петербург, 10 линия В.О., 31-33, 199178

А. Р. Никулина

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.opekunova@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., 31-33, 199178

И. Ю. Арестова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.opekunova@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., 31-33, 199178

В. В. Сомов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.opekunova@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., 31-33, 199178

Список литературы

  1. Бакланов П.Я., Бочарников В.Н., Ганзей К.С. и др. Атлас Курильских островов. М.–Владивосток: ИПК “ДИК”, 2009. 515 с.
  2. Билая Н.А., Кораблев А.П., Зеленковский П.С., Чуков С.Н. Эколого-геохимические особенности почв вулканического плато Толбачинский Дол // Почвоведение. 2022. № 4. С. 405–414. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040049
  3. Бурков Ю.Л., Рундквист Д.В. Накопление рудных элементов в процессе эволюции земной коры // Записки Всесоюзного минералогического общества. 1977. № 5. С. 629–637.
  4. Веремчук Л.В., Челнокова Б.И., Барскова Л.С., Гвозденко Т.А., Кукаев И.В. Савочкина Н.Л. Лечебно-оздоровительный потенциал лечебницы п. Горячий пляж на острове Кунашир // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2017. Т. 94. № 6. С. 32–37. https://doi.org/10.17116/kurort201794632-37
  5. Гаврилов В.К., Соловьева Н.А. Вулканогенно-осадочные формации геоантиклинальных поднятий Малых и Больших Курил. Новосибирск: Наука, 1973. 151 с.
  6. Ганзей К.С. Ландшафты и физико-географическое районирование Курильских островов. Дис. … канд. геогр. наук. Владивосток, 2009. 161 с.
  7. Геннадиев А.Н., Гептнер А.Р., Жидкин А.П., Чернянский С.С., Пиковский Ю.И. Экзотемпературные и эндотемпературные почвы Исландии // Почвоведение. 2007. № 6. С. 661–675.
  8. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов (ландшафтно-геохимические процессы). М.: 2007. 350 с.
  9. Голов В.И. Круговорот серы и микроэлементов в основных агроэкосистемах Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 2004. 315 с.
  10. Грищенко М.Ю., Гаврилова В.И., Карпачевский А.М., Петровская А.Ю., Леонова Г.М. Изучение и картографирование почв и ландшафтов полуострова Весловский (остров Кунашир, Курильские острова) // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2018. Т. 62. № 1. С. 63–69. https://doi.org/10.30533/0536-101X-2018-62-1-63-69
  11. Грищенко М.Ю., Хлюстова В.В., Изюмникова Е.А., Калимова И.В. Изучение и картографирование почв южной части охотоморского сектора острова Кунашир, Курильские острова // Геодезия и картография. 2021. № 3. С. 19–27. https://doi.org/10.22389/0016-7126-2021-969-3-19-27
  12. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М., 2003. 400 с.
  13. Заварзина А.Г., Данченко Н.Н., Демин В.В., Артемьева З.И., Когут Б.М. Гуминовые вещества – гипотезы и реальность (обзор) // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1449–1480. https://doi.org/10.31857/S0032180X21120169
  14. Колосков А.В., Федоров П.И., Окина О.И. Новые данные о составе интрузивных пород о. Шикотан (Малая Курильская гряда) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2019. Вып. 43. № 3. С. 52–65. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2019-3-43-52-65
  15. Костенков Н.М., Ознобихин В.И. Почвенно-географическое районирование Курильских островов // Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН. 2011. № 1. С. 77–83.
  16. Леванчук А.В. Загрязнение окружающей среды продуктами эксплуатационного износа автомобильно-дорожного комплекса // Гигиена и санитария. 2014. № 6. С. 17–21.
  17. Марченко А.Г., Вольфсон А.А., Морозов М.В., Хрол Н.С., Штейнберг Г.С., Штейнберг М.Г. Геохимические особенности вулканогенных отложений и эксгаляционной минерализации в кратерной части активного вулкана Кудрявый (остров Итуруп Курильской гряды) // Геология рудных месторождений. 2020. Т. 62, № 2. С. 134–150. https://doi.org/10.31857/S0016777020020033
  18. Мелкий В.А., Верхотуров А.А. Россыпи железосодержащих минералов в Сахалинской области // Известия Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 1. С. 6–18. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/1/46
  19. Наследов А.Д. IBM SPSS Statistics 20 и AMOS: профессиональный статистический анализ данных. СПб.: Питер, 2013. 416 с.
  20. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Ганул А.Г. Фоновое содержание химических элементов в почвах и донных осадках севера Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 4. С. 422–439. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020114
  21. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Сомов В.В., Кукушкин С.Ю., Арестова И.Ю., Лисенков С.А., Никулина А.Р. Природные и антропогенные факторы формирования химического состава почв о. Шикотан (Курильские острова) // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1592–1609. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100343
  22. Опекунов А.Ю., Янсон С.Ю., Опекунова М.Г., Кукушкин С.Ю. Минеральные фазы металлов в техногенных осадках рек Санкт-Петербурга при экстремальном загрязнении // Вестник СПб ун-та. Науки о Земле. 2021. № 66. C. 267–288. https://doi.org/10.21638/spbu07.2021.205
  23. Пискунов Б.Н. Природа базальтоидов Большой и Малой Курильских гряд // Литосфера. 2004. № 3. С. 97–109.
  24. Полохин О.В. Содержание микроэлементов в вулканических почвах острова Симушир (Курильские острова) // Сб. м-лов V Межд. научной конф., посвященной 85-летию кафедры почвоведения и экологии почв ТГУ. Томск: Изд-во ТГУ, 2015. С. 84–87.
  25. Терехов Е.П., Цой И.Б., Можеровский А.В., Вагина Н.К. Плиоценовые отложения острова Шикотан (малая Курильская гряда) // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2011. Т. 19. № 3, С. 96–110.
  26. Токсикологические методы контроля. Методика измерений количества Daphnia magna Straus для определения токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления методом прямого счета. М., 2014. 39 с.
  27. Токсикологические методы контроля. Методика измерений оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) для определения токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления. М., 2014. 38 с.
  28. Требования к геохимической основе государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1 : 1000000 (новая редакция). М., 2005. 28 с.
  29. Урусевская И.С., Алябина И.О., Шоба С.А. Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации. М-б 1 : 8 000 000. Пояснительный текст и легенда к карте. М.: МАКС Пресс, 2020. 100 с.
  30. Фураев Е.А. Геохимия ландшафтов острова Кунашир (Курильские острова). М.: Прометей, 2013. 180 с.
  31. Хитров Н.Б., Никитин Д.А., Иванова Е.А., Семенов М.В. Пространственно-временная изменчивость содержания и запаса органического вещества почвы: аналитический обзор // Почвоведение. 2023. № 12. С. 1493–1521. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600841
  32. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 341 с.
  33. Юрковская Т.К., Ильина И.С., Сафронова И.Н. Растительность // Национальный атлас России. М.: ПКО “Картография”, 2007. Т. 2. С. 328–330.
  34. Afefe A.A., Abbas M.S., Soliman A.Sh., Kherd A.-H.A., Hatab E.-B.E. Physical and Chemical Characteristics of Mangrove Soil under Marine Influence. A Case Study on the Mangrove Forests at Egyptian – African Red Sea Coast // Egyptian J. Aquatic Biology and Fisheries. 2019. V. 23(3). P. 385–399. https://doi.org/10.21608/ejabf.2019.47451
  35. Alloway B.J. (Ed.). Heavy Metals in Soils: Trace Metals and Metalloids in Soils and their Bioavailability. Springer Netherlands, 2012. 614 p. https://doi.org/10.1007/978-94-007-4470-7
  36. Aswini A.R., Hegde P. Impact assessment of continental and marine air-mass on size-resolved aerosol chemical composition over coastal atmosphere: Significant organic contribution in coarse mode fraction // Atmospheric Research. 2021. V. 248. P. 105216. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105216
  37. Carlon C. (Ed.). Derivation methods of soil screening values in Europe. A review and evaluation of national procedures towards harmonization. European Commission. Joint Research Centre, Ispra, EUR 22805-EN, 2007. 306 p.
  38. Du J., Hesp P.A. Salt spray distribution and its impact on vegetation zonation on coastal dunes: a review // Estuaries and Coasts. 2020. V. 43. P. 1885–1907. https://doi.org/10.1007/s12237-020-00820-2
  39. Ganzei K.S., Ivanov A.N. Landscape diversity of the Kuril Islands // Geogr. Nat. Resour. 2012. V. 33. P. 142–148. https://doi.org/10.1134/S1875372812020072
  40. Gao X., Chen C.T.A. Heavy metal pollution status in surface sediments of the coastal Bohai Bay // Water Research. 2012. V. 46. P. 1901–1911. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.01.007
  41. Hou S., Zheng N., Tang L., Ji X., Li Y. Effect of soil pH and organic matter content on heavy metals availability in maize (Zea mays L.) rhizospheric soil of non-ferrous metals smelting area // Environ. Monit Assess. 2019. V. 191 (10). P. 634. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7793-5
  42. Hovelstad H., Leirset I., Oyaas K., Fiksdahl A. Screening Analyses of Pinosylvin Stilbenes, Resin Acids and Lignans in Norwegian Conifers // Molecules. 2006. V. 11(1). P. 103–114. https://doi.org/10.3390/11010103
  43. IUSS Working Group WRB. 2022. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Vienna: International Union of Soil Sciences, 2022.
  44. Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. London: Taylor & Francis Group, 2011. 548 p.
  45. Kalacheva E., Taran Yu., Voloshina E., Inguaggiato S. Hydrothermal system and acid lakes of Golovnin caldera, Kunashir, Kuril Islands: Geochemistry, solute fluxes and heat output // J. Volcanology Geothermal Res. 2017. V. 346. P. 10–20. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2017.06.001
  46. Khomich V.G., Boriskina N.G., Kasatkin S.A. Geology, magmatism, metallogeny, and geodynamics of the South Kuril Islands // Ore Geology Rev. 2019. V. 105. P. 151–162. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2018.12.015
  47. Kicinska A., Pomykala R., Izquierdo-Diaz M. Changes in soil pH and mobility of heavy metals in contaminated soils // Eur. J. Soil Sci. 2021. V. 73(1). https://doi.org/10.1111/ejss.13203
  48. Kowalska J.B., Mazurek R., Gasiorek M., Zaleski T. Pollution indices as useful tools for the comprehensive evaluation of the degree of soil contamination– A review // Environ. Geochem. Health. 2018. V. 40. P. 2395–2420. https://doi.org/10.1007/s10653-018-0106-z
  49. Lasota J., Blonska E., Lyszczarz S., Tibbett M. Forest Humus Type Governs Heavy Metal Accumulation in Specific Organic Matter Fractions // Water Air Soil Poll. 2020. V. 231(2). https://doi.org/10.1007/s11270-020-4450-0
  50. Long E.R., Macdonald D.D., Severn C.G., Hong C.B. Classifying probabilities of acute toxicity in marine sediments with empirically derived sediment quality guidelines // Environ. Toxicol. Chem. 2000. V. 19. P. 2598–2601. https://doi.org/10.1002/etc.5620191028
  51. Long E.R., Macdonald D.D., Smith S.L., Calder F.D. Incidence of adverse biological effects within ranges of chemical concentrations in marine and estuarine sediments // Environ. Management. 1995. V. 19. P. 81–97. https://doi.org/10.1007/BF02472006
  52. Martynov A.Yu., Martynov Yu.A. Pleistocene basaltic volcanism of Kunashir Island (Kuril island arc): Mineralogy, geochemistry, and results of computer simulation // Petrology. 2017. V. 25. P. 206–225. https://doi.org/10.1134/S0869591117020035
  53. Mertens J., Nevel L.V., Schrijver A.D., Piesschaert F., Oosterbaan A., Tack F.M.G., Verheyen K. Tree species effect on the redistribution of soil metals // Environ. Poll. 2007. V. 149(2). P. 173–181. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.01.002
  54. Opekunova M., Opekunov A., Somov V., Kukushkin S., Papyan E. Transformation of metals migration and biogeochemical cycling under the influence of copper mining production (the Southern Urals) // Catena. 2020. V. 189. P. 104512. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104512
  55. Park H.-J., Yang H.I., Park S.-I., Lim S.-S., Kwak J.-H., Lee G.-T., Lee S.-M., Park M., Choi W.-J. Sorption of Pb in chemical and particle-size fractions of soils with different physico-chemical properties // J. Soils Sediments. 2019. V. 19. P. 310–321. https://doi.org/10.1007/s11368-018-1978-3
  56. Pejman A., Gholamrez Nabi B., Saeedi M., Baghvanda A. A new index for assessing heavy metals contamination in sediments: A case study // Ecological Indicators. 2015. V. 58. P. 365–373. http://doi.org/10.1016/j.ecolind.2015.06.012
  57. Semenkov I.N., Krupskaya V.V., Chernov M.S., Kazinskiy M.T., Sokolov V.N., Klink G.V., Lebedeva M.P., Dorzhieva O.V., Zavadskaya A.V. The variability of soils and vegetation of hydrothermal fields in the Valley of Geysers at Kamchatka Peninsula // Scientific Reports. 2021. V. 11(1). P. 11077. https://doi.org/10.1038/s41598-021-90712-7
  58. Shevyrev S., Carranza E.J.M. Application of maximum entropy for mineral prospectivity mapping in heavily vegetated areas of Greater Kurile Chain with Landsat 8 data // Ore Geology Rev. 2022. V. 142(5). https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2022.104758
  59. Skerlep M., Nehzati S., Johansson U., Kleja D.B., Persson P., Kritzberg E.S. Spruce forest afforestation leading to increased Fe mobilization from soils // Biogeochemistry. 2022. V. 157(3). P. 273–290. https://doi.org/10.1007/s10533-021-00874-9E
  60. Slessarev E.W., Lin Y., Bingham N.L., Johnson J.E., Dai Y., Schinel J.P., Chadwick O.A. Water balance creates a threshold in soil pH at the global scale // Nature. 2016. V. 540. P. 567–569. https://doi.org/10.1038/nature20139
  61. Takeda A., Kimura K., Yamasaki S. Analysis of 57 elements in Japanese soils, with special reference to soil group and agricultural use // Geoderma. 2004. V. 119(3–4). P. 291–307. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2003.08.006
  62. Valk A.G. Mineral Cycling in Coastal Foredune Plant Communities in Cape Hatteras National Seashore // Ecology. 1974. V. 55(6). P. 1349–1358. https://doi.org/10.2307/1935462
  63. Vodyanitskii Yu.N. Standards for the contents of heavy metals in soils of some states // Annals of Agrarian Science. 2016. V. 14(3). P. 257–263. https://doi.org/10.1016/j.aasci.2016.08.011
  64. Zakharikhina L.V., Litvinenko Y.S. Volcanism and geochemistry of the soil and plant cover in Kamchatka. Part 2. The formation of the elemental composition of volcanic soils under cold humid conditions // J. Volcanolog. Seismol. 2019. V. 13. P. 149–156. https://doi.org/10.1134/S0742046319030072

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Карта-схема расположения пробных площадей на Южных Курилах: о. Итуруп (a), о. Кунашир (b), о. Шикотан (c).

3. Рис. 2. Индекс вероятности токсичности (уровень риска) почв на урбанизированных территориях южных Курильских островов (прерывистые линии – границы зон, “усы” – указаны минимальные и максимальные значения, в диаграмме размаха горизонтальные линии – значения первый и третий квартили, черная линия внутри – медиана).

Скачать (168KB)
4. Рис. 3. Регрессионная зависимость индекса вероятности токсичности и значений техногенного фактора.

Скачать (118KB)
5. Рис. 4. Результаты биотестирования городских почв:- - - - уровень токсичности по реакции D. magna (смертность более 10% – токсичность; более 50% – острая токсичность); -·-·-·-· уровень токсичности по реакции C. vulgaris (отклонения оптической плотности менее –20% или более 30% – токсичность).

Скачать (256KB)

© Российская академия наук, 2024