Миграция соединений железа в речных водах горно-таежных районов бассейна Среднего Амура
Автор: Левшина С.И., Матюшкина Л.А.
Журнал: Региональные проблемы @regionalnye-problemy
Рубрика: Геоэкология
Статья в выпуске: 1 т.29, 2026 года.
Бесплатный доступ
В статье рассмотрены содержание и формы миграции железа в водах бассейна Среднего Амура – рр. Зея, Селемджа, Бурея, дренирующие территорию горно-таежной зоны. Установлен ряд закономерностей, отражающих специфику влияния рельефа и почв бассейнов этих рек на образование и миграцию растворенных форм соединений железа – двух-, трехвалентного (Fe2+ и Fe3+ соответственно) и его комплексов с гумусовыми кислотами (гуминовыми и фульвокислотами, ГФК). Показано, что содержание ионов Fe2+ в таежных буроземах выше в 2–10 раз, чем Fe3+. В почвах горно-таежного пояса происходит увеличение содержания железа в направлении от элювиальных к подчиненным ландшафтам. С этим коррелирует и распределение содержания органического углерода − от наименьших количеств (1,3–1,9%) в гумусово-аккумулятивных горизонтах буроземов элювиальных ландшафтов до наибольших (10,1–17,5%) – в транссупераквальных. Характерным процессом в буротаежных почвах (буроземах иллювиально-гумусовых) является иллювиирование оксидов железа в среднюю часть профиля (до 23 мг/100 г почвы) и вынос за его пределы. Установлено, что речные воды содержат растворенные формы железа и его комплексов Fe–ГФК преимущественно в повышенных концентрациях. В целом доля комплексов Fe–ГФК варьирует от 44 до 79% (от валовых растворенных форм элемента), что способствует детоксикации вод. Статистически доказано, что цветность речных вод таежных водосборов Приамурья обусловлена высоким содержанием железа в составе комплексов Fe–ГФК.
Бассейн Среднего Амура, горно-таежные почвы, речные воды, растворенные формы железа, комплексы железо-гумусовые
Короткий адрес: https://sciup.org/143185558
IDR: 143185558 | УДК: 546.72:550.461(282.257.5) | DOI: 10.31433/2618-9593-2026-29-1-37-45
Migration of iron compounds in the Middle Amur basin mountain-taiga river waters
In the article, the authors consider iron content and migration patterns in the Middle Amur basin waters of the Zeya, Selemdzha, and Bureya rivers, which drain the mountain-taiga zone. It has been identified a number of patterns reflecting the specific influence of these river basins topography and soils on the formation and migration of dissolved iron compounds – divalent and trivalent iron (Fe2+ and Fe3+, respectively) and its complexes with humic acids (humic and fulvic acids, HFA). It has been shown that the Fe2+ content in taiga brown soils is 2–10 times higher than that of Fe3+. In soils of the mountain-taiga zone, iron content increases from eluvial to subjacent landscapes. The organic carbon content distribution also correlates with this: from the lowest amounts (1.3–1.9%) in the humus-accumulative horizons of burozems in eluvial landscapes to the highest (10.1–17.5%) in trans-super aqueous ones. The illuviation of iron oxides into the middle part of the profile (up to 23 mg/100 g of soil) and their removal beyond it is a characteristic process in brown taiga soils (illuvial-humus burozems). It has been established that river waters contain dissolved forms of iron and its Fe–HFA complexes, predominantly in elevated concentrations. Overall, the Fe–HFA complexes proportion varies from 44 to 79% (of the total dissolved forms of the element), providing in water detoxification. It has been statistically proved that the color of river waters in the taiga catchments of the Amur region is determined by a high content of iron in the Fe–HFA complexes composition.
Текст научной статьи Миграция соединений железа в речных водах горно-таежных районов бассейна Среднего Амура
Железо (Fe) входит в число наиболее динамичных химических элементов, поведение которых в поверхностных водах тесно связано с внешними природными факторами и внутренними геохимическими особенностями водной среды [6, 20]. Его концентрация, растворение, миграция и вынос за пределы ландшафта зависят от динамики геохимической среды, интенсивности биологических и физико-химических процессов в рамках общего геохимического круговорота. Основными источниками Fe поверхностных вод являются процессы разрушения и выветривания горных пород, растворения минералов (оксидов, силикатов), а также процессы почвообразования [4]. В природных водах и почвенных растворах оно существует в различных формах: растворимые соли двухвалентного железа (Fe2+), нерастворимые оксиды/ гидроксиды трехвалентного железа (Fe3+), взвеси и коллоиды, а также устойчивые органические комплексы с гуминовыми (ГК) и фульвокислота-ми (ФК) [12, 15].
Развитие в бассейне Среднего Амура процессов химического и биохимического выветривания горных пород и почв определяется в первую очередь температурой и количеством влаги, а в его горно-таежной зоне особенно велико влияние низких температур и многолетней мерзлоты. В продуктах выветривания горных пород и почвах таежных ландшафтов бассейна среднего Амура железо является типоморфным (характерным) элементом, активно участвующим в процессах выветривания и почвообразования. Для широко развитых здесь буротаежных почв (буроземов) характерны формирование большой массы грубогумусового органического вещества и высокая кислотность [9]. В этих условиях Fe сравнительно легко переходит из почвенных минералов в раствор и активно участвует в Al–Fe-гумусовой миграции почвенных растворов по профилю буроземов иллювиально-гумусовых. В противоположность горным, равнинные территории вследствие затрудненности стока воды сильно заболочены, для них характерно широкое распространение торфообразова-ния и формирование глеевых почв.
Несмотря на имеющиеся сведения о наличии Fe в природных водах бассейна Амура [14, 24–28 и др.], его количественные характеристики и формы сосуществования с гумусовыми кислотами (ГК и ФК, далее ГФК) на обширной территории среднего Приамурья требуют дополнительного изучения.
Цель исследования – обобщение результатов наблюдений за содержанием растворенных форм железа (валовое и в составе гумусовых комплексов) в речных водах бассейна Среднего Амура (рр. Зея, Селемджа, Бурея) и сравнительный анализ особенностей распределения миграционных форм железа в поверхностных водах и почвах горно-таежной зоны, что дает возможность оценивать и прогнозировать показатели качества вод.
Объекты и методы
Объектами исследования послужили крупные водотоки, дренирующие левобережную горно-таежную часть бассейна среднего Амура - рр. Зея (с притоком Селемджа) и Бурея. Водосборы этих рек характеризуются в основном среднегорным рельефом и сложены гранитами, гнейсами, кристаллическими сланцами, осадочными и эффузивными породами преимущественно протерозойского и палеозойского возраста, перекрытых корами выветривания. В продуктах выветривания может содержаться 12–13% Fe2О3, а в грунтовых водах – до 4–20 мг/л и выше [23].
Водосборы изучаемых рек входят в гор- но-таежную зону и характеризуются умеренно-холодным влажным климатом с ярко выраженными чертами континентальности [18]. Годовое количество осадков 800–1000 мм и более. В растительном покрове наиболее распространены восточносибирские среднетаежные лиственничные леса. В почвенном покрове преобладают буроземы грубогумусовые (буротаежные почвы) и глееземы (мерзлотные болотные почвы). В нижнем течении Зея и Бурея протекают по платообразной Зей-ско-Буреинской равнине, сложенной третичными и четвертичными аллювиальными отложениями (пески, галечники, глины). Климат здесь континентальный с муссонными чертами, количество осадков 600 мм и более. Таежная растительность сменяется смешанными хвойно-широколиственными лесами и зоной лесостепи. Почвенный покров относится к восточной буроземно-лесной области Зейско-Буреинской провинции бурых лесных почв (буроземов) и лугово-дерновых черноземовидных почв [5].
Работа проводилась в 2012–2018 гг. в бассейне Среднего Амура в летне-осенние периоды при средней водности на водосборах. Речные воды были отобраны из поверхностных горизонтов (0,5 м от поверхности), преимущественно по створам рек по ГОСТ 17.1.5.05-85 [7]. Содержание валового растворенного железа (Feр) и в составе комплексов Fe-ГФК определяли параллельно с растворенным органическим (Ср) и в составе гумусовых кислот (Сгфк) углеродом. Концентрация Ср установлена методом сухого сжигания на анализаторе ТОС-ve (Shimadzu, Япония) по ГОСТ 52991-2008 [8] в Центре коллективного пользования «Центр исследования минерального сырья» ХФИЦ ДВО РАН. Растворенные формы от взвешенных отделяли путем фильтрации под вакуумом через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. Гуминовые кислоты (ГФК), включая ГК и ФК, выделяли путем концентрирования на анионообменной смоле (диэтиламиноэтилцел-люлоза, ДЭАЭ-целлюлоза) [11]. Также определяли цветность воды (Цв по Cr-Co шкале цветности, фотометрически) и рН – портативным прибором Extech PH 110 (Extech Instruments, США) согласно стандартным методам, принятым в гидрохимии, преимущественно в лабораторных условиях.
Анализ растворенных форм железа (валового и в составе комплексов Fe-ГФК) был выполнен методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) на приборе серии Elan DRC II фирмы PerkinElmer, США по ПНД Ф 14.1.2:4.135-98 (изд. 2011) [21] в ХИАЦ
ИТиГ ДВО РАН. Для градуировки использовали многоэлементные стандартные растворы фирмы «PerkinElmer Pure Plus Multi-element Calibration Standard 3, 5». Степень извлечения растворенных форм металла проверялась экспериментально методом «введено-найдено» и составила 85–95%.
В работе обобщены опубликованные литературные данные о содержании в почвах исследованного района ионных форм Fe2+ и Fe3+ и органического углерода (Сорг) [1, 10].
Методы статистической обработки данных анализа были применены с использованием программного пакета Statistica версии 10. Вычислены коэффициенты корреляции (r) на определенном уровне значимости (p ≤ 0,05).
Результаты и обсуждение
Характерными свойствами горно-таежных буроземов на водосборах рр. Зея, Селемджа и Бурея являются неглубокие каменисто-щебнистые профили (что обеспечивает быстрый сброс влаги), повышенная влажность, мощная детритная масса на поверхности, кислая реакция среды, длительное промерзание и сохранение льдистой мерзлоты летом (что способствует процессу ретинизации гумуса в почвенном профиле) [1, 9]. В горно-таежных почвах отмечается высокое содержание Fe, в том числе подвижного (Fe2+) (табл.).
Таблица
Содержание железа и органического углерода в средне-и южно-таежных почвах бассейнов рр. Зея, Селемджа, Бурея
Table
Iron and organic carbon content in middle and southern taiga soils of the Zeya, Selemdzha, and Bureya rivers
|
Элементарный ландшафт |
Глубина, см |
Содержание общего органического углерода ( орг ), % |
Содержание железа, мг/100 г |
Литерный источник |
|
|
Fe3+ |
Fe2+ |
||||
|
Бурозем грубогумусовый, средняя тайга, бассейн среднего течения р. Зеи |
|||||
|
Элювиальный |
5-10 |
1,33 |
4,9 |
[1] |
|
|
10-20 |
1,20 |
12,5 |
|||
|
20-30 |
1,26 |
4,3 |
|||
|
30-40 |
1,77 |
4,4 |
|||
|
40-60 |
1,43 |
1,8 |
|||
|
Буроземы грубогумусовые, средняя тайга, центральная часть бассейна р. Селемджи |
|||||
|
Трансэлювиальный |
5-14 |
10,14 |
2,53 |
26,79 |
[10] |
|
14-20 |
1,43 |
4,03 |
9,27 |
||
|
20-55 |
2,37 |
11,89 |
23,57 |
||
|
Супераквальный |
0-30 |
0,69 |
22,91 |
6,63 |
|
|
30-50 |
1,54 |
12,54 |
17,61 |
||
|
Бурозем грубогумусовый, южная тайга, бассейн нижнего течения р. Буреи |
|||||
|
Транссупераквальный |
0-6 |
17,53 |
9,29 |
19,91 |
Там же |
|
6-50 |
5,71 |
14,31 |
8,52 |
||
|
50-59 |
6,26 |
7,96 |
13,68 |
||
|
Бурозем, хвойно-широколиственная зона, бассейн среднего течения р. Зеи |
|||||
|
Элювиальный |
3-8 |
1,92 |
11,8 |
[1] |
|
|
8-12 |
1,08 |
10,0 |
|||
|
12-20 |
0,52 |
9,0 |
|||
|
20-30 |
0,16 |
2,2 |
|||
|
30-40 |
0,08 |
1,9 |
|||
|
40-50 |
0,07 |
1,9 |
|||
