Ландшафтно-биогеографические аспекты аккумуляции и миграции тяжелых металлов в почвах Арктики и Субарктики Европейского Северо-Востока

В настоящее время особое внимание многих исследователей обращено на арктические и субарктические регионы европейского Северо-Востока. Это обусловлено необходимостью реализации задач социально-экономического развития Арктической зоны России, предусматривающих интенсификацию добычи топливно-энергетических ресурсов, их комплексной переработки и создание сопутствующей инфраструктуры [1]. В пределах европейского Севера значимый интерес представляет территория Большеземельской тундры (БЗТ), где сосредоточено значительное количество месторождений углеводородного сырья, пик добычи которого прогнозируется в ближайшее десятилетие [2]. Техногенное влияние на экосистемы БЗТ, связанное с добычей нефти и газа, имеет линейно-очаговый характер и затрагивает в основном территории прокладки линейных сооружений (трубопроводов) и площадных объектов (кусты скважин, вахтовые поселки, карьеры и т.п.) [3]. Разведка и освоение месторождений углеводородного сырья вызывают резкое возрастание техногенной нагрузки на природную среду не только прилегающих к указанным объектам территорий, но и акватории Баренцева моря. Последнее определяется преимущественной разгрузкой подземных вод материковой части Арктической зоны в направлении Северного Ледовитого океана и выносом загрязняющих веществ с поверхностным стоком в бассейны арктических морей [1]. Неблагоприятные биоклиматические условия БЗТ и низкая устойчивость природной среды Севера к антропогенному воздействию [4] обусловливают медленное самоочищение компонентов окружающей среды от загрязняющих веществ и самовосстановление нарушенных в результате промышленного освоения тундровых экосистем в течение длительного периода времени [5].

Наряду с органическими поллютантами (неф-теуглеводороды, полициклические ароматические углеводороды, хлорорганические соединения, фенолы), существенная роль в загрязнении наземных и водных экосистем БЗТ при аварийных разливах нефти принадлежит тяжелым металлам и металлоидам (ТМиМ). Они входят в состав смолистоасфальтеновых веществ и включают как нетоксичные (Si, Fe, Al, Mn, Ca, Mg, P), так и характеризующиеся высокой токсичностью по отношению к живым организмам элементы (V, Ni, Co, Pb, Cu, U, As, Hg, Mo и др.) [6]. Природные углеводороды месторождений БЗТ отличаются высоким содержанием ванадия, никеля, железа [6, 7], которые при аварийных разливах нефти, наряду с другими элементами, могут оказать значимое влияние на живую составляющую почв, растительный покров, а также миграционные потоки тяжелых металлов и металлоидов в ландшафтах БЗТ. Исходя из вышесказанного, при разработке технико-экономических обоснований освоения лицензионных участков, проведении инженерно-экологических изысканий на территории месторождений и производственного экологического мониторинга на территории добычи и транспортировки углеводородного сырья особое внимание уделяется оценке содержания тяжелых металлов и металлоидов в основных компонентах природных и антропогенно нарушенных экосистем – почвах, растительности, поверхностных водах, донных отложениях и т.д.

В связи с труднодоступностью многих районов БЗТ ее почвенный покров исследован фрагментарно. Наиболее детально изучены почвы юго-востока БЗТ в пределах Воркутинского промышленного узла [8–12], северо-запада БЗТ в пределах дельты р. Печора и бассейна р. Ортина [13, 14], южной части БЗТ в бассейне р. Колва [15]. В последние годы в рамках работ по оценке экологического состояния почв на территориях разрабатываемых месторождений углеводородного сырья в Арктическом и Субарктическом секторах определены особенности содержания наиболее приоритетных тяжелых металлов (ТМ) в почвах северо-западной [14, 16] и юго-восточной [17–20] частей БЗТ. Северные регионы БЗТ, приуроченные к северным

(типичным) тундрам, охарактеризованы единичными описаниями почв [21–23] и практически не исследованы в отношении распределения в них тяжелых металлов.

Цель данной работы заключалась в оценке фонового содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах северной части Большеземель-ской тундры.

Объекты и методы

Исследования проводили на территории Большеземельской тундры, в бассейнах рек Черная и Худая (бассейн Баренцева моря). Данная территория расположена на севере центральной части Ненецкого автономного округа (НАО), приурочена к подзоне северных тундр [24]. Согласно климатическому районированию НАО, она входит в состав Субарктического восточного климатического района. Для рассматриваемого региона характерен суровый континентальный климат, отличающийся частой сменой воздушных масс при прохождении циклонов со стороны Атлантики и частыми вторжениями арктического воздуха с Северного Ледовитого океана. Близость моря, наличие многочисленных рек и озёр, значительная заболоченность территории, низкие температуры воздуха и слабая испаряемость способствуют большой влажности климата. Среднегодовая температура по данным метеостанций Нарьян-Мар и Варандей -3.3...-5.6 ° С, средняя температура января -16,9^-17.8 ° С, июля +12.7... +8,8 ° С. Годовая сумма осадков 403...430 мм. Основная их часть (65…70%) приходится на теплый период года. Число дней со снежным покровом 170 – 200. Максимальной высоты (57…80 см) снежный покров достигает во второй – третьей декадах марта.

Район исследования относится к зоне распространения сплошной многолетней мерзлоты, мощность многолетнемерзлых пород 300–500 м, температура -3...-5 ° С, общая площадь таликов не превышает 10%. Глубина сезонно-талого слоя (СТС) варьирует в пределах от 30 до 200 см. Средняя температура СТС составляет -3.5...-4.0 ° С [25]. Согласно геокриологическим прогнозам [26], на территории исследований к 2020 г. ожидается повышение среднегодовых температур на подошве сезонных колебаний до -2...-3 ° С.

В геоморфологическом отношении район исследований представляет собой низменную аккумулятивную равнину с абсолютными высотами от 0 до 50 (морские террасы) и от 50 до 180 м над ур. м. (возвышенные холмистые ледниково-морские и ледниковые равнины). Согласно почвенно-экологическому районированию Восточно-Европейской равнины [27], данная территория относится к Полярному географическому поясу, Европейской полярной почвенно-биоклиматической области, зоне тундровых субарктических почв. Почвообразующими породами служат преимущественно четвертичные отложения. На севере и северо-востоке преобладают торфяные поверхностные отложения, на которых широко развиты плоскобугристые и полиго- нальные болотные комплексы. На водоразделах широко распространены пылеватосуглинистые отложения морского и ледникового генезиса. Наиболее высокие позиции в рельефе – сопки, возвышенные части мусюров – обычно сложены песками. Почвообразование в долинах рек идет на аллювиальных песках и супесях. В районе исследований широко распространены также озерно-аллювиальные и озерно-болотные отложения [24].

При проведении полевых исследований почвенные разрезы закладывали в различных ландшафтных условиях с охватом максимального разнообразия типов и подтипов почв. Отбор проб проводили в соответствии с генетическими горизонтами почв. Физико-химические исследования выполняли в аккредитованной экоаналитической лаборатории Института биологии Коми НЦ УрО РАН (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.511257 от 26.02.2014 г.). Гранулометрический состав определяли по Качинскому с диспергацией и кипячением в присутствии NaOH [28], рН водной и солевой суспензий – потенциометрически со стеклянным электродом [29]. Cодержание кислоторастворимых форм тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, Cо, V, Mn, Cr, Fe, Sr, Ba, Mо) и мышьяка (As) выполняли атомноэмиссионным методом с атомизацией в индуктивно-связанной аргоновой плазме [30], ртути – методом атомной абсорбции на ртутном спектрометре HF-915+ без предварительного разложения образца [31].

Для удобства сопоставления полученных результатов с ранее опубликованными данными [19], диагностику почв проводили с учетом двух классификаций – современной классификации почв России [32, 33] и классификации почв, используемой в легенде к листу Государственной почвенной карты Q-41 «Воркута» [34]. При характеристике регионального фона оценивали содержание ТМиМ в верхних (органогенных) горизонтах почв в соответствии с градацией, предложенной А.И. Обуховым и Л.Л. Ефремовой [35].

Результаты исследований

Как показали проведенные нами исследования, почвенный покров северной части БЗТ (в бассейнах рек Черная и Худая) характеризуется широким распространением почв полугидроморфного и криогидроморфного ряда, доминирующих как на водоразделах, так и в приречных ландшафтах. Систематический список почв, выделенных на рассматриваемой территории, включает 15 типов и 25 подтипов (см. табл. 1).

В северной и северо-восточной частях исследуемой территории распространены комплексы почв полигональных болот с сухоторфяными мерзлотными почвами торфяных бугров (TJ-ТТ)1 и торфяными олиготрофными почвами мочажин (TO-ТТ). Они приурочены к плоским водоразделам, депрессиям, отмечены на низких морских террасах. Торфяники севера Большеземельской тундры пред-

Таблица 1

Классификация и диагностика почв России, 2004/2008			Классификация, используемая в почвенных картах
Отдел	Тип почвы	Подтип почвы
Ствол постлитогенного почвообразования			Не выделялись; описывались в литературе как скрытоподзолистые, подбуры тундровые и таежные, таежно-мерзлотные поверхностно-ожелезненные почвы
Альфегумусовые почвы	Подбуры	иллювиально-гумусовые
		типичные
		перегнойные
		криотурбированные
	Торфяно-подбуры	криотурбированные глеева-тые
Криометаморфи-ческие почвы	Органо- криометаморфические	глееватые
Глеевые почвы	Глеезёмы	мерзлотные	Тундровые поверхностно-глеевые
		потечно-гумусовые	Тундровые поверхностно-глеевые по-течно-гумусовые
		перегнойные	Тундровые поверхностно-глеевые
		криогенно-ожелезненные	Тундровые поверхностно-глеевые
	Глееземы криометамор-фические	криогенно-ожелезненные	Тундровые поверхностно-глеевые
	Темногумусово-глеевые	криометаморфизованные	Дерново-глеевые
	Торфяно-глееземы	криогенно-ожелезненные	Торфяно- и торфянисто-глеевые (мерзлотные)
		перегнойно-торфяные	Торфяно- и торфянисто-глеевые
		криометаморфические	Торфяно- и торфянисто-глеевые
		потечно-гумусовые	Торфяно- и торфянисто-глеевые (по-течно-гумусовые)
Ствол органогенного почвообразования
Торфяные почвы	Сухоторфяные	мерзлотные	Болотные верховые торфяные мочажин и тундровые остаточно-торфяные почвы бугров
	Торфяные олиготрофные	не выделены
	Торфяные эутрофные	не выделены	Болотные низинные торфяные
Ствол синлитогенного почвообразования
Аллювиальные почвы	Аллювиальные гумусовые	типичные	Аллювиальные дерновые
		криотурбированные
	Аллювиальные гумусовые глеевые	не выделены	Аллювиальные дерновые глеевые
	Аллювиальные торфяноглеевые	не выделены	Аллювиальные болотные
	Аллювиальные маршевые (засоленные)	не выделены	Маршевые почвы
Ствол первичного почвообразования
Слаборазвитые почвы	Слоисто-аллювиальные гумусовые	не выделены	Аллювиальные дерновые примитивные слоистые

Систематический список почв и почвенных комплексов, распространенных на территории северной части Большеземельской тундры

ставляют собой переходный вариант от полигональных болот к плоскобугристым.

Основные площади слабодренированных водоразделов с суглинистыми почвообразующими породами занимают глееземы (O-G-CG) и торфяно-глееземы (Т-G-CG). Они формируются в условиях холодного гумидного климата при длительном насыщении почвы водой. Этому способствует присутствие льдистой мерзлоты в пределах верхнего метра профиля, которая служит водоупором. В структуре почвенного покрова водоразделов и приреч- ных террас наиболее представлены такие подтипы глееземов, как мерзлотные, потечно-гумусовые, перегнойные, криогенно-ожелезненные и криомета-морфические. Они образуют сочетания с торфяно-глееземами, которые диагностируются по наличию торфяного горизонта мощностью 10–40 см, подстилаемого глеевым горизонтом.

К возвышенным, хорошо дренированным массивам и сопкам, сложенным песками, приурочены подбуры (О-BHF-С). Они встречаются локально на рассматриваемой территории и представлены ти- пичными, иллювиально-гумусовыми и перегнойными подтипами. Отличительной особенностью тор-фяно-подбуров (Т-BHF-С) является наличие отор-фованного органогенного горизонта мощностью до 10–30 см. На территории исследованного участка северных тундр в основном встречаются торфяно-подбуры криотурбированные глееватые.

Ограничено в пределах рассматриваемой территории распространение и органо-криомета-морфических почв (О-CRM-С), которые в основном приурочены к пятнистым кустарничково-моховым тундрам, занимающим дренированные участки приречных террас с пылеватосуглинистыми почвообразующими породами. На склонах приречных и озерных террас под луговой растительностью и кустарниковыми сообществами травяной группы ассоциаций в условиях избыточного грунтового и почвенно-грунтового увлажнения можно встретить небольшие по площади контуры темногумусово-гле-евых почв (AU-G-CG).

В поймах рек господствующее положение занимают аллювиальные гумусовые глеевые почвы (АY-Cg ^∼∼ ). Они формируются в центральных плоскоравнинных частях пойменных террас, в межгрив-ных понижениях, в долинах мелких речек и ручьев. Развитие этих почв связано с близким залеганием почвенно-грунтовых вод и застаиванием на длительный период паводковых вод и атмосферных осадков. На слоистых песчаных аллювиальных отложениях в прирусловых частях пойменных террас развиты слоисто-аллювиальные гумусовые почвы (W- С ^∼∼ ). Понижения пойм, в особенности притеррасные понижения, занимают аллювиальные торфяно-глеевые почвы (Т-Cg ^∼∼ ). На первых надпойменных террасах или на высоких, редко затапливаемых гривах пойменных террас, формируются аллювиальные криотурбированные почвы (АY-C@-C ^∼∼ ).

На приморской низменности, в зоне интенсивного засоления морскими приливными водами вдоль побережья, нами описаны аллювиальные маршевые слоистые почвы (T-C-T’-C’). В классификации почв России [32, 33] они не выделены, однако представлены на многих почвенных картах [24, 36]. Маршевые почвы распространены в полосе заболоченных лайд на низкой морской террасе Баренцева моря.

Содержание тяжелых металлов в природных почвах фоновых, ненарушенных ландшафтов определяется особенностями химического состава материнских почвообразующих пород, а их профильное распределение – спецификой условий почвообразования: биоклиматическими параметрами, наличием биогеохимических барьеров, окислительно-восстановительными и кислотно-основными условиями почвенной среды, особенностями состава почвенного органического вещества, определяющего возможность миграции элементов в профиле почв и в ландшафтах [37–39]. В настоящее время к опасным (токсичным для живых организмов) тяжелым металлам и металлоидам относят 57 химических элементов [40]. В Российской Федерации введены нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) валового содержания для та- ких металлов, как V, Mn, Pb и ориентировочно допустимые концентрации (ОДК), учитывающие гранулометрический состав почв и величину их кислотности, – для Cd, Cu, Ni, Zn, As, Pb [41, 42]. Для всех остальных ТМиМ ПДК не установлены. При проведении экологического мониторинга для характеристики степени загрязнения почв этими металлами предлагается использовать эмпирическую зависимость: ПДК = (3-5) x Фон [43] или ПДК = 2 х Фон [39]. Таким образом, оценка фонового содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах и установление их регионального уровня сохраняют свою актуальность, особенно при исследовании таких мало изученных регионов, как арктические и субарктические регионы европейского Севера.

Учитывая тот факт, что при проведении исследований в северной части БЗТ (бассейны рек Черная и Худая) почвенные разрезы закладывали на территориях, не подверженных техногенному воздействию, где развито преимущественно традиционное природопользование, полученные нами данные о содержании тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, Cо, V, Mn, Cr, Fe, Sr, Ba, Mо, Hg) и металлоидов (As) отражают региональный уровень их содержания в почвах северных гипоарктических тундр. Накопление и распределение ТМиМ в почвах водораздельных и пойменных ландшафтов – подбурах, глееземах, торфяно-глееземах, торфяных почвах плоскобугристых болот и аллювиальных почвах долин рек – отвечают ландшафтно-биоклиматическим условиям почвообразования, миграционной способности элементов и возможности их аккумуляции на геохимических барьерах. Максимум содержания во всех типах почв приходится на такие элементы, как железо и марганец (табл. 2). Аккумуляция соединений железа в автономных и субаквальных ландшафтах Большезе-мельской тундры кислого глеевого класса и дефицит макро- и микроэлементов являются отличительными чертами геохимической обстановки в этом регионе [44]. В зависимости от типа почвы и ее приуроченности к тому или иному ландшафту ряд накопления элементов несколько меняется (табл.2), однако во всех случаях первые позиции по содержанию в почвах занимают Fe и Mn, а последние – As, Cd и Mо.

Почвы долинных ландшафтов считаются природными геохимическими барьерами на пути миграции химических элементов в ландшафтах с поверхностными и почвенно-грунтовыми водами [38]. Однако в условиях северных гипоарктических тундр среднее содержание в них большинства рассмотренных тяжелых металлов ниже, по сравнению с почвами водоразделов, за исключением торфяных почв плоскобугристых торфяников. По всей видимости, специфика мерзлотных условий региона (наличие сплошной мерзлоты, малая мощность сезонно-талого слоя, низкая скорость химического выветривания, активное поглощение растворимых форм химических соединений тундровой растительностью, низкая минерализация почвенно-грунтовых вод) обусловливает снижение объемов миграционных потоков химических элементов в ланд-

Таблица 2

Ряды накопления и среднее содержание ( Х ± Δ ) тяжелых металлов и металлоидов в почвах северной части Большеземельской тундры

Тип почвы
Подбуры (n=11)			Глееземы (n=11)			Торфяно-глееземы (n=16)			Торфяные почвы (n=32)			Аллювиальные почвы (n=17)
Э	Х	±Δ	Э	Х	±Δ	Э	Х	±Δ	Э	Х	±Δ	Э	Х	±Δ
Fe	15100	3760	Fe	19718	9084	Fe	18596	26145	Fe	7412	11623	Fe	8388	3766
Mn	393	421	Mn	1371	1224	Mn	1721	5185	Mn	169	298	Mn	374	196
Ba	69	10	Ba	68	27	Hg	79	56	Hg	118	60	Ba	27	11
Cr	43	6	Hg	56	62	Ba	42	32	Ba	21	22	Zn	26	16
Zn	40	15	Zn	49	24	Zn	37	17	Sr	20	9	V	18	6
Hg	39	37	V	40	14	Sr	20	9	Zn	19	14	Hg	17	17
Sr	36	15	Cr	26	9	V	17	16	V	6	6	Sr	13	6
V	28	9	Ni	23	5	Ni	14	11	Ni	6	4	Ni	13	5
Ni	17	6	Sr	21	7	Cr	12	11	Pb	5	3	Cr	12	5
Cu	9,5	2,3	Co	12	7	Cu	8	5	Cu	3,7	2,3	Co	6,1	1,3
Pb	9	4	Pb	12	7	Co	8	10	Cr	4	4	Cu	5,7	2,8
Co	6,8	1,9	Cu	10,8	1,9	Pb	6,2	2,4	As	3	7	Pb	5,2	1,7
As	4,6	2,6	As	5	3	As	2,0	1,7	Co	2,7	2,4	As	2,9	0,9
Cd	0,3	0,1	Mo	0,3	1	Cd	0,22	0,11	Mo	0,4	0,7	Cd	0,15	0,07
Mo	<0,10*	-	Cd	0,28	0,19	Mo	0,20	0,28	Cd	0,3	0,4	Mo	<0,10*	-

Примечание. Х – среднее арифметическое значение содержания элемента; ±Δ – стандартное квадратичное отклонение среднего арифметического; n – объем выборки; размерность содержания Hg – мкг/кг, всех остальных элементов – мг/кг; * – результат измерения меньше нижней границы диапазона определяемого содержания.

шафтах, что, соответственно, определяет более низкое их содержание в пойменных почвах. Следует отметить, что в таежной зоне, которая по особенностям геохимии ландшафтов близка к равнинным тундрам БЗТ [44], почвы пойменных террас по содержанию некоторых тяжелых металлов (свинец, марганец, ртуть) также уступают автоморфным подзолистым почвам [45].

К специфической особенности регионального фона северных тундр БЗТ необходимо отнести крайне низкое содержание в почвах молибдена (табл. 3). В большинстве проанализированных образцов почв его концентрация была меньше нижней границы диапазона определяемого содержания. Второй особенностью является повышенное содержание в почвах As, Cd и Mn (табл.3), превышающее в отдельных образцах почв в 1.1–3.8 (As), 1.0–5.8 (Со) и 1.1–14 (Мn) раза ОДК(ПДК), регламентированные по этим показателям для песчаных (супесчаных) и суглинистых кислых почв. В единичных образцах полугидроморфных и гидроморфных почв – торфяно-глееземах и торфяных мерзлотных – отмечено повышенное на уровне 1.1–3.4 ОДК содержание кадмия.

Расчет коэффициентов концентрации химических элементов (как отношение содержания элемента в органогенном горизонте к его концентрации в минеральной части сезонно-талого слоя) показал, что все элементы отличаются по характеру их аккумуляции в различных горизонтах профиля тундровых почв (рис.1). В почвах пойменных ландшафтов отмечено либо накопление тяжелых металлов в дерновом горизонте (Hg, Cd, Mn, Fe, Pb, Zn, Ba, Sr), либо их относительно равномерное распределение между дерновым горизонтом и нижележащей минеральной частью профиля (Сu, Ni, Co, V, Cr). Для мышьяка выявлена преимущественная его аккумуляция в минеральной части профиля.

Для подбуров – почв хорошо дренированных ландшафтов, отличающихся максимальным оттаиванием профиля в течение вегетационного периода, характерно закрепление в маломощном органогенном горизонте таких элементов, как Hg, Mn, Pb, Zn, и аккумуляция в минеральной части профиля Fe, As, Ni, Co, Cr, V. Барий, стронций и медь относительно равномерно распределены в профиле подбуров.

Глееземы и торфяно-глееземы близки по характеру распределения элементов в профиле к подбурам. Следует обратить внимание на то, что по мере нарастания гидроморфизма суглинистых почв, возрастает аккумуляция Cd, Mn и Fe в их органогенных горизонтах. Это может быть связано с дополнительным поступлением подвижных в ки-

Таблица 3

Фоновое содержание тяжелых металлов, мышьяка (мг/кг) и ртути (мкг/кг) в органогенных (Орг.) и минеральных (Мин.) горизонтах почв северной части Большеземельской тундры

Тип почвы

Горизонт

As

Pb

Zn

Cu

Ni

Cd

Hg,

Co

V

Mn

Cr

Fe

Sr

Ba

Mo

Подбуры

Орг.

0,9-4,8      8-19      34-79       7-14       7-23        0,2-0,5      49-120    3,6-7,2     13-32    250-1600    9-22    3800-14000    13-37    40-47     <0,10* 3,1 ± 2,0     12 ± 6      56 ± 23      10 ± 3      15 ± 8       0,3 ± 0,2       90 ± 37    5, 9 ± 2,0    25 ± 10    743 ± 745     17 ± 7    10600 ± 5889    23 ± 12    43 ± 4      <0,10*

Мин.

2,8-11,0    5,9-9,4     26-46     7,1-12,4     9-27       0,14-0,47      9-33     3,8-10,0    19-39     63-460     14-29   10400-18000    9-58    24-55     <0,10* 5,2 ± 2,6    7,4 ± 1,5     34 ± 6      9,3 ± 2,0     18 ± 6      0,24 ± 0,11      21 ± 8     7,2 ± 1,9    29 ± 8     261 ± 150     20 ± 6    13925 ± 2616    20 ± 16    39 ± 12     <0,10*

Глееземы

Орг.

0,9-8      8-30      59-110    8,3-10,7     14-24      0,38-0,70     90-210      4-16      10-56    1100-2500    6-39    4900-25000    25-33   56-110   <0,10*-2,0 4 ± 4      18 ± 11      76 ± 29     9,2 ± 1,3     19 ± 5      0,49 ± 0,18     140 ± 62     11 ± 6     34 ± 23    1867 ± 709   23 ± 16   13967 ± 10193    30 ± 4    80 ± 27     0,8 ± 1,0

Мин.

2,6-11,0     6-16       26-62     8,5-14,2     19-30       0,1-0,3       10-48      7-29      28-54    340-4000    18-33   12000-37000    13-22   28-110     <0,10* 5,2 ± 2,9     10 ± 3      39 ± 13     11,4 ± 1,7     25 ± 4       0,2 ± 0,1       24 ± 12      13 ± 7      43 ± 9    1185 ± 1361    27 ± 6    21875 ± 8288    17 ± 3    64 ± 27     <0,10*

Торфяно-глееземы

Орг.

0,2-6,0    2,0-37,0    10,0-66,0    1,4-17,0    1,9-36,0       0,1-3,4       44-260     0,4-41      2-50      19-21000     1-32      630-93000      7-40     4-140    <0,10*-2,0 1,7 ± 1,9    9,1 ± 9,3   37,2 ± 19,9   5,9 ± 4,2    10,6 ± 9,3      0,6 ± 1,0      118 ± 63     7 ± 11     12 ± 14   2206 ± 5969    8 ± 9    19570 ± 30243    22 ± 9    44 ± 37 0,2 ± 0,3

Мин.

0,8-3,9    3,2-9,8     15-46       4-16       8-32       0,11-0,20      9-36       4-11      15-42     53-450     10-29    5700-21000     9-19    20-47     <0,10* 2,7 ± 1,4    7,1 ± 2,9     35 ± 14      11 ± 6      22 ± 11      0,14 ± 0,05     20 ± 11      8 ± 4      31 ± 12    268 ± 188    22 ± 9    15675 ± 6992    15 ± 4    37 ± 12     <0,10*

Торфяные**

Т1

0,2-28     1,0-18      7-52      0,8-11     0,8-16       0,1-1,5      35-250     0,2-10    0,6-25     3-1300     0,7-22 280-48000     6-45    4-130   <0,10*-2,0 4 ± 9       6 ± 4       23 ± 12      4 ± 2,8      5 ± 4        0,3 ± 0,4      135 ± 64    2,9 ± 2,9     6 ± 7      220 ± 342 4 ± 5    9929 ± 14682    20 ± 10    23 ± 28 0,3 ± 0,5

Т2

0,4-5,0      1,0-8        3-51       0,9-10      1,1-13     <0,10*-0,37     35-220     0,4-10     1,0-25     6,0-1300    1,0-22     290-13000      8-45     4-36     <0,10*-2.0 1,4 ± 1,3      4 ± 2       14 ± 13     3,7 ± 2,3      6 ± 4       0,18 ± 0,08      88 ± 45    2,9 ± 2,3 6 ± 6      125 ± 315 4 ± 5     4523 ± 3723     22 ± 9     18 ± 9 0,5 ± 0,9

Аллювиальные

Орг.

0,5-3,4    5,2-8,0     19-74       4-10      11-20      0,14-0,34      8-59     5,2-8,0     12-25    250-1100    10-17    7200-14000    10-30    22-66     <0,10* 2,4 ± 1,6    6,8 ± 1,4     46 ± 28       6 ± 3       15 ± 5      0,25 ± 0,10      30 ± 26     6,7 ± 1,4     19 ± 7     597 ± 446     13 ± 3     9667 ± 3765    21 ± 10   41 ± 23     <0,10*

Мин.

2,0-3,7    2,7-6,9     10-36      1,8-9,5     7-20        0,1-0,2        5-62      3,8-8,0     10-27     250-410     5-18    1200-15000     7-17     16-32     <0,10* 2,9 ± 0,7    4,6 ± 1,6      19 ± 9      4,9 ± 2,9     12 ± 5       0,1 ± 0,0       14 ± 17     5,6 ± 1,3     16 ± 7      330 ± 53     10 ± 5     7240 ± 4052     10 ± 4     23 ± 5      <0,10*

ОДК(ПДК) ***

2

32

55

33

20

0,5

2100

5

150

1500

н/у

н/у

н/у

н/у

н/у

ОДК(ПДК) ****

5

65

110

66

40

1

2100

5

150

1500

-“-

-“-

-“-

-“-

-“-

Примечание. * – результат измерения меньше нижней границы диапазона определяемого содержания; ** – в торфяных почвах анализировали торфяный горизонт Т1 (глубина 0–10 см) и Т2 (глубина 10–30 см); *** – ОДК(ПДК) для почв песчаного и супесчаного гранулометрического состава; **** – ОДК(ПДК) для кислых суглинистых почв; в числителе минимальное – максимальное значения, в знаменателе среднее арифметическое ± стандартное квадратичное отклонение, н/у – ОДК(ПДК) не установлено.

Рис. 1. Распределение коэффициентов концентрации (ось Y) тяжелых металлов и мышьяка (ось Х) по типам почв северной части Большеземельской тундры: I – подбуры; II – глееземы; III – торфяно-глееземы; IV – торфяные почвы болотных комплексов; V – аллювиальные почвы.

слой среде элементов с поверхностным стоком, поскольку глееземы и торфяно-глееземы занимают сопряженно подчиненные позиции в рельефе. Усиление в этом направлении восстановительной обстановки и глеевых процессов в минеральной толще профиля торфяно-глееземов способствует осаждению на глеевом геохимическом барьере меди. Накопление в глеевых горизонтах меди, никеля, хрома и ванадия может быть связано и с их сорбцией на глинистых минералах и оксидах железа и марганца [44].

Для почв бугристых торфяников отмечено преимущественно аккумулятивное распределение ТМиМ в профиле, с надмерзлотной аккумуляцией таких элементов, как хром и никель.

Интересные результаты были получены при сравнительном анализе содержания некоторых тяжелых металлов (Pb, Ni, Cd, Zn, Hg, Cu) и мышьяка (As) в органогенных горизонтах почв северных ги-поарктических и южных кустарниковых тундр (рис. 2). Для этих целей использованы опубликованные ранее материалы по содержанию тяжелых металлов в почвах юго-востока БЗТ [19].

Почвы, формирующиеся в северных и южных тундрах на песчаных почвообразующих породах (тундровые иллювиально-гумусовые, в том числе оподзоленные – подбуры и подзолы), близки по содержанию мышьяка и свинца (рис.2). По всем остальным рассмотренным ТМ почвы северной части БЗТ характеризуются более высокими значениями, по сравнению с почвами южной части БЗТ.

Для автоморфных суглинистых почв, занимающих хорошо дренированные позиции ландшафтов (тундровые поверхностно-глеевые, в том числе тундровые глеевые), практически по всем рассматриваемым элементам, за исключением Hg, отмечены более высокие значения в ландшафтах северной части БЗТ. В полугидроморфных почвах (тофяно- и торфянисто-глеевых) эта тенденция сохраняется, но она выражена в меньшей степени, по сравнению с почвами, занимающими автономные позиции тундровых ландшафтов. Особенно это относится к таким элементам, как мышьяк, свинец, ртуть. Различия в биоклиматических условиях се- верных и южных тундр практически не оказали влияния на уровень накопления этих элементов в органогенных горизонтах тундровых торфяно- и торфянисто-глеевых почв.

Для почв болотного ряда отмечена тенденция повышения регионального уровня в северных тундрах только для таких ТМ, как Cd и Hg. Для всех остальных рассмотренных элементов выявлена обратная тенденция – либо сохранение на одном уровне (As, Pb), либо снижение содержания ТМ (Ni, Cu), по сравнению с торфяными почвами южной части БЗТ.

Для почв долинных ландшафтов также отмечена тенденция снижения содержания всех ТМ в направлении от южных кустарниковых к северным гипоарктическим тундрам, за исключением Zn и Cd. Значительное варьирование этих показателей, особенно по содержанию Hg, Zn, Ni, Cd, не позволяет говорить о статистически достоверном уменьшении содержания ТМ в пойменных почвах северных тундр по сравнению с южными.

При использовании для оценки регионального уровня содержания ТМ и мышьяка в почвах БЗТ классификации А.И. Обухова и Л.Л. Ефремовой (табл.4) установлено, что почвы северной части БЗТ характеризуются в среднем низким региональным уровнем содержания меди (3.7–11.4 мг/кг), низким и средним – свинца (4.0–18 мг/кг), никеля (5– 25 мг/кг), ртути (17–118 мкг/кг), высоким – мышьяка (1.4–5.2 мг/кг). В зависимости от типа почвы региональный уровень содержания цинка варьирует от низкого до повышенного (14–76 мг/кг), кадмия – от среднего до высокого (0.1–0.6 мг/кг). Для южных кустарниковых тундр типичен низкий региональный фон по содержанию в почвах меди (3.5–7.9 мг/кг) и никеля (5.3–18.3 мг/кг), низкий и средний – свинца (6.3–10.5 мг/кг), цинка (17.6–35.0 мг/кг) и ртути (11–168 мкг/кг), средний – кадмия (0.05-0.23 мг/кг), высокий – мышьяка (1.33-5.8 мг/кг) [19].

В целом, содержание приоритетных загрязнителей – Hg, Pb, Cu, Ni и Zn – в почвах фоновых ландшафтов БЗТ значительно меньше принятых в Российской Федерации нормативов по их ориентировочно допустимым концентрациям. Отмеченное

Рис. 2. Фоновое содержание As, Cd, Zn, Cu, Ni, Pb (мг/кг) и Hg (мкг/кг) в органогенных горизонтах почв южной (темные столбцы) и северной (светлые столбцы) частей Большеземельской тундры: I – тундровые иллювиально-гумусовые, в том числе оподзоленные; II – тундровые глеевые и поверхностно-глеевые; III – болотно-тундровые торфяно-глеевые; IV – торфяные болотные; V – аллювиальные почвы.

Таблица 4

Уровни содержания	Свинец	Кадмий	Цинк	Медь	Никель	Ртуть
Очень низкое	<5	<0,05	<15	<5	<10	<0,05
Низкое	5-10	0,05-0,10	15-30	5-15	10-20	0,05-0,10
Среднее	10-35	0,10-0,25	30-70	15-50	20-50	0,10-0,25
Повышенное	35-70	0,25-0,50	70-100	50-80	50-70	0,25-0,50
Высокое	70-100	0,50-1,00	100-150	80-100	70-100	0,50-1,00
Очень высокое	100-150	1-2	150-200	100-150	100-150	1-2

Классификация почв с кислой и слабокислой реакцией по содержанию тяжелых металлов, мг/кг [35]

в ряде случаев превышение ОДК(ПДК) по содержанию As, Co, Mn и Cd обусловлено особенностями состава почвообразующих пород и спецификой условий аккумуляции и миграции элементов в ландшафтах криолитозоны.

Заключение

На основании проведенных исследований установлено, что в бассейнах рек Худая и Черная, относящихся к бассейну Баренцева моря и территориально приуроченных к северной части Большезе-мельской тундры, на водоразделах и в приречных ландшафтах доминируют почвы полугидроморфного и криогидроморфного ряда. В соответствии с используемой в настоящее время новой классификацией почв России [32–33], на рассматриваемой территории выделено 15 типов и 25 подтипов почв, входящих в шесть отделов. Для основных, наиболее широко распространенных почв – подбуров, глеезе-мов, торфяно-глееземов, торфяных почв болотных комплексов и аллювиальных почв долинных ландшафтов рек – установлены пределы варьирования тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, Cо, V, Mn, Cr, Fe, Sr, Ba, Mо, Hg) и металлоидов (As) в органогенных и минеральных горизонтах почв северного сектора Большеземельской тундры. Выявлены основные закономерности накопления в них ТМ и мышьяка. Показано, что в органогенных горизонтах всех исследованных почв преимущественно аккумулируются такие ТМ, как Hg, Cd, Mn, Pb, Zn, Ba, Sr. В автоморфных и полугидроморфных почвах водораздельных плато, в отличие от депрессий, занятых полигональными и плоскобугристыми болотами, а также пойменных почв долинных ландшафтов, происходит обогащение минеральной части почвенных профилей Ni, Co, Va, Cr, Fe и As. Показано, что валовое содержание большинства проанализированных элементов в почвах северных гипоарктических тундр не превышает регламентированных значений ОДК(ПДК) и соответствует низкому и среднему региональному уровню их содержания. Для кадмия и мышьяка установлен повышенный и высокий региональный фон содержания в почвах. Отмеченное в ряде случаев превышение ОДК(ПДК) по содержанию As, Co, Mn и Cd обусловлено особенностями состава почвообразующих пород и спецификой условий аккумуляции и миграции элементов в ландшафтах криолитозоны. К специфической особенности северных тундр БЗТ необходимо отнести крайне низкое содержание в почвах молибдена – в большинстве исследованных почв его содержание находилось на уровне меньше нижней границы диапазона определяемого содержания.

Выявлены различия в содержании некоторых ТМ (Zn, Pb, Ni, Cu, Cd, Hg) и мышьяка в органогенных горизонтах почв южных кустарниковых и северных гипоарктических тундр. Показано, что в направлении к северным тундрам в почвах, занимающих на водоразделах автоморфные (подбуры, глееземы) и полугидроморфные (торфяно-глеезе-мы) позиции рельефа, возрастает содержание As, Zn, Ni, Pb, Cu. В торфяных почвах болотных экосистем, представленных в депрессиях водоразделов, и в аллювиальных почвах долин рек отмечена тенденция к снижению их концентрации, за исключением цинка, содержание которого в пойменных почвах северной тундры выше, чем в аналогичных почвах южной тундры. Для кадмия выявлено практически 2–3-кратное возрастание его содержания во всех типах почв северных тундр, по сравнению с южными тундрами.

Полученные данные, характеризующие профильное распределение тяжелых металлов и мышьяка в почвах Большеземельской тундры, могут быть использованы при проведении экологического мониторинга в районах разработки и добычи углеводородного сырья и оценке антропогенного воздействия на компоненты природной среды арктических и субарктических регионов европейского Северо-Востока.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Президиума РАН №15-15-4-46 «Взаимосвязь биоразнообразия и биопродукцион-ного потенциала наземных экосистем Европейской Арктики с особенностями формирования мерзлотных почв и динамическими аспектами их трансформации в современных условиях климата».