Катенарная биогеохимическая дифференциация в южно-таежных ландшафтах (Центрально-Лесной заповедник, Тверская область)

Для оценки миграции микроэлементов в системе «почвы–растения» в южной части Центрально-Лесного заповедника в пределах пологого склона междуречья изучена ландшафтно-геохимическая катена с дерново-подзолистыми и подзолистыми профильно оглеенными почвами под хвойношироколиственным лесом на двучленных отложениях. На основе содержания Mn, Fe, Zn, Sr, Cu, Ni, Cr, Pb в материнской породе, почвах и растениях проанализирована биогеохимическая дифференциация ландшафтов. Почвы катены характеризуются околокларковыми содержаниями Mn, Pb, пониженным – Cu, Fe, Zn, Ni, Sr, Cr. Гумусовые и подстилочные горизонты верхних звеньев катены обогащены Pb, Mn, Zn. Горизонт EL обеднен Fe, Ni, Sr, Zn. В горизонте BT повышено содержание Cr, Ni, Cu, понижено – Sr, Mn. В хвойно-широколиственных лесах зольность изученных хвойных и лиственных деревьев составляет 1–4 и 1–8% соответственно, наземной части трав – 3–12%. Изученные виды растений содержат околокларковые количества Cu, Zn, Ni. Ветки и кора древесных растений обеднены Fe, Cr, сфагнум – Sr. В растениях нижних звеньев катены снижается содержание Fe, а Mn – увеличивается. Деревья наиболее активно вовлекают в биологический круговорот биофильные Mn, Zn, а травы и сфагнум – Fe, Cr, Pb. В автономном и трансэлювиальном ландшафтах зеленая фитомасса растений накапливает Cu. В ландшафтах верхних звеньев катены по органам растений металлы распределены более равномерно, чем в нижних, где фотосинтетические органы активнее накапливают Mn, Cu, Sr, Zn. Вдоль катены наиболее дифференцировано содержание Mn, Ni, Fe, равномерно распределены Zn, Sr, Cu. Хвоя ели во всех ландшафтах (особенно в гидроморфных) интенсивнее накапливает Mn. Биогеохимическая активность с основным вкладом Mn, Cu, Sr, Zn, Ni максимальна в фотосинтезирующих органах ели, липы, ивы и сфагнума, минимальна – у вяза и клена.

1. Авессаломова И.А. Биогеохимия ландшафтов. М.: Географический факультет МГУ, 2007. 163 с.

2. Авессаломова И.А. Биогеохимическая специализация растений полесских ландшафтов Озерной Мещеры // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2020. № 5. С. 63–72.

3. Александрова Л.М., Люжин М.Ф., Аршавская В.Ф. Гумусовые вещества почвы (их образование, состав, свойства и значение в почвообразовании и плодородии) // Записки Ленингр. с.-х. ин-та. Ленинград, Пушкин, 1970. Т. 142. 233 с.

4. Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Биокруговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах. Новосибирск: Наука, 2007. 381 с.

5. Железнова О.С., Черных Н.А., Тобратов С.А. Цинк и кадмий в фитомассе древесных растений лесных экосистем: закономерности транслокации, аккумуляции и барьерных механизмов // Вестн. РУДН. Сер.: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2017. Т. 25. № 2. С. 253–270. DOI: 10.22363/2313-2310-2017-25-2-253-270.

6. Исаченкова Л.Б., Тарзаева М.В. Сравнительная биогеохимическая характеристика лесных экосистем // Экосистемы широколиственно-хвойных лесов южного Подмосковья. М.: Географический факультет МГУ, 2006. С. 84–97.

7. Караванова Е.И., Белянина Л.А., Шапиро А.Д., Степанов А.А. Влияние подстилок на подвижность соединений Zn, Cu, Mn, Fe в верхних горизонтах подзолистых почв // Почвоведение. 2006. № 1. С. 43–51.

8. Касимов Н.С., Лычагин М.Ю., Чалов С.Р., Шинкарева Г.Л. Парагенетические ассоциации химических элементов в ландшафтах // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2019. № 6. С. 20–28.

9. Макарова О.А. Экологическая оценка содержания тяжелых металлов в системе вода–почва–растение в прирусловой части поймы реки Иртыш: дис. … канд. биол. наук. Омск, 2009. 113 с.

10. Маряхина Н.Н., Максимова Ю.Г., Толпешта И.И., Соколова Т.А. Химико-минералогическая характеристика подзолистых почв Центрального Лесного заповедника в местах распространения карстовых образований // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2009. № 3. С. 25–31.

11. Никонов В.В., Лукина Н.В., Безель В.С., Бельский Е.А., Беспалова А.Ю., Головченко А.В., Горбачева Т.Т., Добровольская Т.Г., Добровольски В.В., Зукерт Н.В., Исаева Л.Г., Лапенис А.Г., Максимова И.А., Марфенина О.Е., Паникова А.Н., Пинский Д.Л., Полянская Л.М., Стайннес Е., Уткин А.И., Фронтасьева М.В., Цибульский В.В., Чернов И.Ю., Яценко-Хмелевская М.А. Рассеянные элементы в бореальных лесах. М.: Наука, 2004. 616 с.

12. Пузаченко Ю.Г., Козлов Д.Н. Геоморфологическое развитие территории Центрально-Лесного заповедника // Труды Центрально-Лесного заповедника. 2007. Вып. 4. С. 125–159.

13. Семенков И.Н., Терская Е.В., Касимов Н.С. Поведение форм металлов в зональных почвенно-геохимических катенах // Геохимия ландшафтов. К 100-летию со дня рождения Александра Ильича Перельмана. М.: АПР, 2016. С. 97–144.

14. Семенков И.Н., Терская Е.В., Касимов Н.С. Латеральная дифференциация форм соединений металлов в почвенных суглинистых катенах центра Западно-Сибирской равнины // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2019. № 3. С. 25–37.

15. Смирнова О.В., Заугольнова Л.Б., Евстигнеев О.И., Коротков В.Н., Ханина Л.Г. Сукцессионные процессы в заповедниках России и проблемы сохранения биологического разнообразия. СПб.: Российское ботаническое общество, 1999. 549 с.

16. Терехина Н.В. Методические указания к проведению фитогеохимических исследований. СПб.: Издательский центр «Академия», 2010. 25 с.

17. Bade C., Jacob M., Leuschner C., Hauck M. Chemical properties of decaying wood in an old-growth spruce forest and effects on soil chemistry. Biogeochemistry, 2015, vol. 122, p. 1–13. DOI: 10.1007/s10533-014-0015-x.

18. Gandois L., Probst A. Localisation and mobility of trace metal in silver fir needles. Chemosphere, 2012, vol. 87, p. 204–210. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2011.12.020.

19. Herndon E., Yarger B., Frederick H., Singer D. Iron and Manganese Biogeochemistry in Forested Coal Mine Spoil. Soil systems, 2019, vol. 3, no. 1, p. 13. DOI: 10.3390/soilsystems3010013.

20. Hu Z., Gao S. Upper crustal abundances of trace elements: A revision and update. Chemical Geology, 2008, vol. 253, no. 3–4, p. 205–221. DOI: 10.1016/J.CHEMGEO.2008.05.010.

21. Huang J.-H., Ilgen G., Matzner E. Fluxes and budgets of Cd, Zn, Cu, Cr and Ni in a remote forested catchment in Germany. Biogeochemistry, 2011, vol. 103, no. 1–3, p. 59–70. DOI: 10.1007/s10533-010-9447-0.

22. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants, Fourth Edition, CRC Press, 2011. 548 p.

23. Karavanova E.I., Malinina M.S. Spatial Differentiation of the Chemical Composition of Solid and Liquid Phases in the Main Soil Types of the Central Forest State Natural Biospheric Reserve. Eurasian Soil Science, 2009, vol. 42, no. 7, p. 725–737. DOI: 10.1134/S1064229309070035.

24. Lukina N.V., Orlova M.A., Bakhmet O.N., Tikhonova E.V., Tebenkova D.N., Kasakova A.I., Gornov A.V., Smirnov V.E., Knyazeva S.V., Bakhmet O.N., Kryshen A.M., Shashkov M.P., Ershov V.V. The Influence of Vegetation on the Forest Soil Properties in the Republic of Karelia. Eurasian Soil Science, 2019, vol. 52, no. 7, p. 793–807. DOI: 10.1134/S1064229319050077

25. Market B., Franzle S., Wunschmann S. Chemical evolution and the biological system of the elements. Heidelberg: Springer, 2015, 282 p.

26. Peng K.J., Luo C.L., You W.X. Manganese uptake and interactions with cadmium in the hyperaccumulator – Phytolacca americana L. Journal of Hazardous Materials, 2008, vol. 154, no. 1–3, p. 674–681. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.10.080.

27. Puzachenko Y., Sandlersky R., Sankovski A. Methods of Evaluating Thermodynamic Properties of Landscape Cover Using Multispectral Reflected Radiation Measurements by the Landsat Satellite. Entropy, 2013, vol. 15, no. 9, p. 3970–3982. DOI: 10.3390/e15093970.

28. Reimann C., Fabian K., Birke M., Filzmoser P., Demetriades A., Négrel P., Oorts K., Matschullat J., de Caritat P., Albanese S., Anderson M., Baritz R., Batista M.J., Bel-Ian A., Cicchella D., De Vivo B., De Vos W., Dinelli E., Ďuriš M., Dusza-Dobek A., Eggen O.A., Eklund M., Ernsten V., Flight D.M.A., Forrester S., Fügedi U., Gilucis A., Gosar M., Gregorauskiene V., De Groot W., Gulan A., Halamić J., Haslinger E., Hayoz P., Hoogewerff J., Hrvatovic H., Husnjak S., Jähne-Klingberg F., Janik L., Jordan G., Kaminari M., Kirby J., Klos V., Kwećko P., Kuti L., Ladenberger A., Lima A., Locutura J., Lucivjansky P., Mann A., Mackovych D., McLaughlin M., Malyuk B.I., Maquil R., Meuli R.G., Mol G., O’Connor P., Ottesen R.T., Pasnieczna A., Petersell V., Pfleiderer S., Poňavič M., Prazeres C., Radusinović S., Rauch U., Salpeteur I., Scanlon R., Schedl A., Scheib A., Schoeters I., Šefčik P., Sellersjö E., Slaninka I., Soriano-Disla J.M., Šorša A., Svrkota R., Stafilov T., Tarvainen T., Tendavilov V., Valera P., Verougstraete V., Vidojević D., Zissimos A., Zomeni Z., Sadeghi M. GEMAS: Establishing geochemical background and threshold for 53 chemical elements in European agricultural soil. Applied Geochemistry, 2018, vol. 88, p. 302–318. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2017.01.021.

29. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the Continental Crust. Treatise on Geochemistry, 2003, vol. 3, p. 1–64. DOI: 10.1016/B0-08-043751-6/03016-4.

30. Sukhareva T.A., Lukina N.V. Mineral composition of assimilative organs of conifers after reduction of atmospheric pollution in the Kola Peninsula. Russian Journal of Ecology, 2014, vol. 45, no. 2, p. 95–102. DOI: 10.1134/S1067413614020088.

31. Watmough S.A., Eimers M.C., Dillon P.J. Manganese cycling in central Ontario forest: Response to soil acidification. Applied Geochemistry, 2007, vol. 22, no. 6, p. 1241–1247. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2007.03.039.

32. Watmough S.A. Calcium, strontium and barium biogeochemistry in a forested catchment and insight into elemental discrimination. Biogeochemistry, 2014, vol. 118, p. 357–369. DOI: 10.1007/s10533-013-9938-x.