Эколого-геохимическое состояние почв центральной части полуострова Куршская коса, Калининградская область, Российская Федерация

Полный текст

Введение Национальный парк «Куршская коса» - это полуостровная природно-антропогенная система юго-восточного побережья Балтики, расположенная в Восточной Европе. Национальный парк «Куршская коса» имеет статус особо охраняемой природной территории (ООПТ) федерального значения, является единственным Национальным парком в Калининградской области. Куршская коса входит в перечень объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО и сочетает в себе различные ландшафты и экосистемы [1]. Климат Куршской косы умеренный, переходный от морского к континентальному, - формируется под влиянием воздушных масс с Балтийского моря и Евразии. Зима мягкая, лето умеренно теплое, погоды характеризуются значительной изменчивостью. Наибольшее количество осадков выпадает в летне-осенний период. Для Куршской косы характерны постоянно дующие ветры, несколько раз в год случаются ураганы. Устойчивый ледовый покров характерен для акватории Куршского залива, в то время как на побережье Балтийского моря ледовый покров кратковременен или не образуется вовсе. Куршская коса имеет моренное (ледниковое) происхождение, включения представлены обломками горных пород различного генезиса, принесенных с ледником (например, граниты, гнейсы, песчаники, а также фоссилии губок и белеменитов мелового (K) возраста). Тело косы состоит из песка, покрытого тонким (в несколько сантиметров толщиной) растительным слоем, формирование которого происходило на протяжении многих десятилетий и первых столетий. Коса представляет собой узкую полоску суши, отделяющую Куршский залив от Балтийского моря. Протяженность Национального парка составляет 98 км ширина - от 0,8 до 3,8 км [2]. На территории Косы расположены уникальные дюнные комплексы - сплошная полоса песчаных белых дюн шириной 0,3-1 км и высотой до 67 м. Около 72 % территории косы занимают леса. Почти все леса имеют искусственное происхождение. Территория национального парка «Куршская коса» характеризуется значительным видовым разнообразием флоры: на ней произрастают 884 вида (включая гибриды, разновидности и формы) высших растений из 397 родов и 111 семейств. Голосеменные представлены 11 видами (в том числе 6 видами интродуцентов); споровые - 19; однодольные - 187; двудольные - 556 видами. Адвентивный компонент флоры составляет 91 вид (в том числе 7 инвазионные). Редкие в растения из Красной книги Калининградской области и Красной книги России представлены 109 видами [2]. Фауна насчитывает 296 видов наземных позвоночных животных. Сосновые леса составляют более половины лесной площади Куршской косы. Лиственные леса представлены березняками и ольшаниками с примесью осины. Встречаются леса из дуба, липы, граба. Березняки с примесью ольхи занимают второе место после сосновых лесов и часто имеют естественное происхождение. На лугах (пальве) можно увидеть редкие виды орхидных: башмачок настоящий, ятрышник-дремлик. Растительность Куршской косы можно подразделить на три основные группы: нелесная (луговая, водно-болотная, дюнная), лесная и синантропная. Каждая из групп представляет важное ландшафтно-биотопическое значение для экосистемного разнообразия территории национального парка «Куршская коса» [2]. Для исследований нами была выбрана территория, развивающаяся под лесной растительностью, как наиболее устойчивая экосистема, формирование которой заняло значительное время без или после хозяйственного вмешательства человека. Цель исследования - уточнение современного эколого-геохимического состояния почв природно-антропогенных экосистем Куршской косы, что потребовало решения ряда задач, заложения почвенной трансекты (катены) через тело песчаной косы с последующим проведением лабораторных физико-химических исследований образцов почв и анализом полученных результатов. Исследование физических свойств предполагало определение механического состава почв для выявления артефактов в накоплении разноразмерных частиц, в то время как исследование химического состава почв заключалось в уточнении концентрации токсических элементов (тяжелых металлов) по отношению к их ориентировочно допустимым (ОДК) и предельно допустимым концентрациям (ПДК) в почвах. Материалы и методы Воздействие на природные комплексы при проведении исследований ограничивалось точечным вмешательством с нарушением почвенно-растительного слоя в количестве четырех почвенных разрезов. Все выполненные почвенные разрезы по окончании исследований были законсервированы (посредством засыпки) с обратной укладкой почвенно-растительного слоя. Почвенные эколого-геохимические исследования без локального нарушения почвенно-растительного слоя не представляются возможными. Территория исследований и точки заложения почвенных разрезов представлены на фрагменте космоснимка Google Earth (рис. 1). Последовательное заложение почвенных разрезов позволило охватить наиболее типичные биотопы в районе исследований, выполнить геохимическую трансекту через Куршскую косу. Следует отметить, что геохимически соподчиненных ландшафтов в рамках трансекты установлено не было - ввиду пересеченного и слабохолмистого рельефа местности. Таким образом, каждый почвенный разрез и результаты химических исследований к нему можно рассматривать с позиции автоморфных (автономн ых) ландшафтных условий. Рис. 1. Территория исследований и точки почвенных разрезов в НП «Куршская коса». Масштаб 1:20000 Источник: составлено Я.О. Лебедевым на основе Google Earth. Программа исследований включала в себя: - полевые почвенные исследования - заложение почвенной катены (ко-ординаты точек представлены в табл. 1); - описание почвенных разрезов; - фиксация физических свойств почвы (температура почвенных горизон-тов, нативная влажность, сложение и т.д.); - отбор почвенных проб и последующая пробоподготовка; - исследование физико-химических параметров: гранулометрический (механический) состав, химический состав по 27 элементам. Табл. 1. Координаты точек исследованных почвенных разрезов №№ Система координат WgS-84 Широта Долгота КЭП-1 55° 10.854’ 20° 52.185’ КЭП-2 55° 11.016’ 20° 51.664’ КЭП-3 55° 11.129’ 20° 51.432’ КЭП-4 55° 11.222’ 20° 50.875’ Источник: составлено Я.О. Лебедевым. Ситовой анализ образцов почв проводился в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 12536-2014[17]. Графики распределения фракций выполнялись в программе Exсel. Химический анализ проводился в аккредитованном исследовательском центре ИЦ «МГУЛАБ» (аттестат аккредитации RA.RU.21ОМ11 от 25.11.2021). Анализ образцов проводился на приборе АЭС-ИСП в соответствии с ГОСТ Р 57165-2016 (ИСО 11885:2007)[18] при пятикратной повторности определений и автоматическом расчете доверительного интервала значений по стандартной ошибке среднего. При определении содержания в почве загрязняющих веществ предельное значение относительной погрешности результатов анализа при доверительной вероятности P = 0,95 не превышало 30 %. В образцах почв было определено содержание в валовой форме следующих элементов: Al, Ва, Ве, B, V, Fe, Cd, K, Ca, Со, Si, Li, Mg, Mn, Cu, Мо, Na, Ni, Рb, Se, Ag, S, Sr, Sb, Ti, P, Cr, Zn с последующим анализом содержания макробиогенных элементов (Ca, K, Mg, Na), тяжелых металлов (токсических элементов). Для оценки современного геоэкологического состояния почвенного покрова в рамках заложенной геохимической трансекты нас интересовало содержание химических элементов (в валовой форме), отнесенных, согласно гигиеническим нормативам[19], к 1-3 группам токсикологической опасности (Zn, Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Co, Mn, As). Результаты Выполненная почвенно-геохимическая катена протянулась от побережья Куршского залива до побережья Балтийского моря через типичные для данной местности биотопы. В рамках исследования мы старались заложить почвенные разрезы в разнообразных биотопах, чтобы попытаться выявить свойственные для территории особенности почвообразовательного процесса. Площадки заложения почвенных разрезов располагались на значительном отдалении от антропогенно-нарушенных территорий (населенных пунктов, дорог, экологических троп) и представляли собой фоновые ландшафтные условия - насколько это применимо по отношению к природно-антропогенной системе Куршской косы. Точка КЭП-1 Точка КЭП-1 расположена в непосредственной близости от побережья Куршского залива (около 40-50 м) в сосновом лесу (биотоп сосновый лес - преобладающий тип леса на Куршской косе) с мощным травянистым и мохово-лишайниковым надпочвенным покровом. Общая мощность почвенного разреза: 49 см. Грунтовые воды не были вскрыты. Почва: дерново-слабоподзолистая песчаная. Морфологическое описание почвенного разреза приведено в табл. 2. Почва песчаная, до глубины в 20 см отмечается гумусное иллювиирование, корни растений встречаются до глубины в 40 см. Отмечено легкое оподзоливание до глубины в 13-16 см. Влажность профиля соответствует атмосферному увлажнению и промывному режиму почвы. Плотность горизонтов увеличивается с глубиной, соответствует естественному гравитационному уплотнению. Ситовой анализ образцов почвенного разреза КЭП-1 не выявил различий в распределении фракций исследованных горизонтов (рис. 2). Таблица 2. Морфологическое описание разреза дерновой слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-1 Общий вид биотопа и разреза Горизонт Описание горизонта Аd Глубина: 0-5/6 см Мощность: 5-6 см t °C: 7,8 °C Цвет: Цвет (по примазке / шкале Манселла): серо-коричневый / 10YR 3/3 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: модер, супес чаный Плотность: рыхлый Сложение: нелипкий, слабо-пластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: обильные корни трав, ризоиды мхов D = 1-2 мм, частые корни деревьев D = 0,2-0,3 см Новообразования: отсутствуют Переход: заметный по цвету Граница: волнистая А1/A2 Глубина: 5/6-13/16 Мощность: 7-11 см t °C: 7,5 °C Цвет: см Цвет (по примазке / шкале Манселла): коричневый / 10YR 2/3 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: рыхлый Сложение: нелипкий, непластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: редкие корни деревьев D = 0,2-0,8 см Новообразования: отсутствуют Переход: четкий Граница: волнистая B Глубина: 13/16-38/ Мощность: 22-28 см t °C: 7,3 °C Цвет: 41 см Цвет (по примазке / шкале Манселла): светло-охристый / 5Y 5/4 Влажность: свежий Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: уплотненный Сложение: слаболипкий, слабопластичный Живая фаза: единичные мелкие корни деревьев D = 0,2-0,3 см Включения: отсутствуют Переход: заметный по цвету Граница: волнистая, затечная C Глубина: 38/41-49 с Видимая мощность: 8-11 см t °C: 7,4 °C Цвет: м Цвет (по примазке / шкале Манселла): охристый / 7.5Y 5/3 Влажность: свежий Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: плотный Сложение: слаболипкий, пластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: отсутствует Новообразования: отсутствуют Источник: фото выполнено Я.О. Лебедевым. Рис. 2. График распределения фракций дерновой слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-1 Источник: составлено А.Я. Лебедевой-Георгиевской. Из графика (рис. 2) видно, что распределение фракций твердой фазы во всех исследованных почвенных (органо-минеральных и минеральных) горизонтах практически идентичное, что может указывать на естественное и постепенное накопление твердой фазы почвы в процессе ее формирования. Свыше 90 % от проб из трех исследованных горизонтов приходится на фракцию 0,25 мм - среднего песка. По преобладающей в исследованных горизонтах фракции и содержанию глинистых, пылеватых частиц данная почва по ее гранулометрическому (механическому) составу была отнесена нами к песчаной - песку связному [3]. Анализ результатов определения химического состава указывает на свободную миграцию макробиогенных элементов вниз по почвенному профилю с незначительной концентрацией Ca, Mg и Na в минеральных горизонтах (рис. 3). В горизонте А1/А2 валовое содержание Mg и K снижается, в то время как в остальных горизонтах значение для K остается в диапазоне 2900-3000 мг/кг. Рис. 3. График распределения макробиогенных элементов в горизонтах дерновой слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-1 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Анализ результатов определения содержания тяжелых металлов и токсических химических элементов позволил выявить для Сr (6,8 ± 1,4 мг/кг) и As (2,3 ± 1,2 мг/кг) в органогенном горизонте Ad и для Cr (6,5 ± 1,4 мг/кг) в минеральном горизонте С - незначительное превышение ПДК и ОДК (> 2,0 и > 6,0 мг/кг для As и Cr соответственно; здесь и далее значения ПДК приведены для элементов в соответствии с нормативными документами)[20]. Для ряда исследованных металлов (Ni, Co, Mn, As) отмечена свободная (гравитационная) миграция; для Zn, Pb, Cr, Cu прослеживается накопление в минеральных горизонтах, что может указывать на наличие геохимического барьера физико-химического типа. Распределение концентрации исследованных элементов по горизонтам приведено на рис. 4. Рис. 4. Распределение содержания элементов отдельных металлов в горизонтах дерновой слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-1 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Отмечено последовательное снижение валового содержания Mn от органогенного к минеральному горизонту. Эколого-геохимическое состояние дерновой слабоподзолистой песчаной почвы (точка КЭП-1) может быть оценено как благоприятное с незначительными единичными превышениями по Сr и As в горизонтах Ad и C. Точка КЭП-2 Точка КЭП-2 расположена на границе соснового леса, переходящего в смешанный лес (береза, осина, ель) с преобладанием березы. Общая мощность почвенного разреза - 63 см. Грунтовые воды вскрыты на глубине 60 см. Почва: слабоподзолистая торфянисто-глееватая песчаная. Морфологическое описание почвенного разреза приведено в табл. 3. Таблица 3. Морфологическое описание разреза слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной почвы, точка КЭП-2 Общий вид биотопа и разреза Горизонт Описание горизонта Ad Глубина: 0-16 см Мощность: 16 см t °C: 7.5 °C Цвет: Цвет (по примазке / шкале Манселла): коричневый / 7.5YR 3/4 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: мюль опесчаненный Плотность: рыхлый Сложение: нелипкий, пластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: тонкие обильные корни трав D < 1 мм, частые корни деревьев D = 1-1,5 см Новообразования: отсутствуют Переход: чëткий Граница: слабоволнистая А1/A2 Глубина: 16-22/25 см Мощность: 6-9 см t °C: 6.7 °C Цвет: Цвет (по примазке / шкале Манселла): светло-коричневый / 7.5YR 4/4 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: рыхлый Сложение: слаболипкий, пластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: редкие корни деревьев D = 2-2,5 см Новообразования: отсутствуют Переход: постепенный Граница: неровная Bg Глубина: 25-63 см Видимая мо ность: 38 см t °C: 6.8 °C Цвет: щ- Цвет (по примазке / шкале Манселла): светло-коричневый / 7.5YR 4/6 Влажность: влажный Окраска: неоднородная, с пятнами новообразований Механический состав: песок Плотность: уплотнененный Сложение: липкий, пластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: единичные корни деревьев Новообразования: редкие пятна ожелезнения, охристые пятна и примазки Источник: фото выполнено Я.О. Лебедевым. Почва песчаная с мощным оторфованным органогенным горизонтом Ad (16-18 см), до глубины в 22-25 см отмечается гумусное иллювиирование (по корням), корни растений встречаются по всей глубине профиля. Отмечено слабое оподзоливание на глубине 18-25 см. Влажность профиля соответствует атмосферному увлажнению, промывному режиму почвы и близости грунтовых вод. Плотность горизонтов незначительно увеличивается с глубиной, соответствует естественному гравитационному уплотнению. Ситовой анализ образцов почвенного разреза КЭП-2 позволил уточнить особенности распределения фракций исследованных горизонтов (рис. 5). Рис. 5. График распределения фракций слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной почвы, точка КЭП-2 Источник: составлено А.Я. Лебедевой-Георгиевской. Из графика (рис. 5) видно, что распределение фракций твердой фазы в исследованных почвенных горизонтах отличается. В то время как в органо-минеральном А1/А2 и минеральном В горизонтах фракциональное распределение оказалось полностью идентичным, в органогенном горизонте наблюдается разнообразный фракционный состав, что может указывать на неестественное накопление твердой фазы почвы в процессе ее формирования и связь с прошлой антропогенной деятельностью. В органо-минеральном и минеральном горизонтах 90 % от проб приходится на фракцию 0,25 мм - среднего песка. В органогенном горизонте Ad распределение иное - по 40 % от пробы относится к фракциям 0,25 и 0,5 мм - средний и крупный песок соответственно. В целом по преобладающим в исследованных горизонтах фракциям (средний песок) и содержанию глинистых, пылеватых частиц данная почва по ее гранулометрическому (механическому) составу была отнесена нами к песчаной - песку связному [3]. Анализ результатов определения химического состава указывает на особенности миграции макробиогенных элементов вниз по почвенному профилю с пиковым повышением концентрации Ca (4100 ± 1200 мг/кг) в органогенном горизонте Ad (рис. 6) и последующим снижением к минеральным горизонтам. Повышенное содержание кальция может быть связано с биологическим поглощением и опадом, отпадом лиственных пород деревьев, произрастающих в районе точки КЭП-2. Отмечено невысокое содержание К (< 1800 мг/кг), снижается содержание Mg к минеральному горизонту Bg. Рис. 6. График распределения макробиогенных элементов в горизонтах слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной почвы, точка КЭП-2 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Анализ результатов определения содержания тяжeлых металлов позволил выявить некоторые особенности исследованной почвы. Так, в органогенном горизонте Ad отмечены самые высокие (среди обследованных образцов) концентрации для Zn, Cu и Ni. Для хрома Сr в органо-минеральном горизонте А1/А2 отмечено незначительное превышение (> 6,0 мг/кг) ПДК и ОДК[21],[22] - 7,0 ± 1,4 мг/кг, а также самые высокие (среди обследованных образ цов) концентрации для Mn (65,0 ± 20,0 мг/кг). Содержание остальных тяжелых металлов коррелирует с их содержанием в горизонтах других обследованных почв. Содержание Ni, Cu и Pb постепенно снижается к минеральным горизонтам, но кратно превышает содержание других тяжелых металлов в органогенном горизонте (что может указывать на наличие источника антропогенного загрязнения). В органогенном горизонте Ad отмечено пиковое содержание для Zn, Pb, Сd, Cu, Ni и Mn. Распределение и концентрация отдельных тяжелых металлов могут являться подтверждением предположения об антропогенном характере нарушений почвенного покрова. Ниже приводим распределение концентрации исследованных элемент ов по горизонтам (рис. 7). Рис. 7. Распределение содержания элементов отдельных металлов в горизонтах слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной почвы, точка КЭП-2 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Несмотря на установленное незначительное единичное превышение для Сr в горизонте А1/А2, эколого-геохимическое состояние слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной почвы (точка КЭП-2) может быть оценено как благоприятное. Точка КЭП-3 Точка КЭП-3 расположена в центральной части косы в смешанном лесу (сосна, ольха, береза) с преобладанием сосны. Общая мощность почвенного разреза: 59 см. Грунтовые воды не были вскрыты. Почва: дерново-подзолистая песчаная. Морфологическое описание почвенного разреза представлено в табл. 4. Почва песчаная с маломощным оторфованным органогенным горизонтом Ad, до глубины в 8-9 см отмечается гумусное иллювиирование, а по корням растений - до 49 см. Корни растений встречаются по всей глубине профиля. Отмечено слабое оподзоливание на глубине 9-14 см. Влажность профиля соответствует атмосферному увлажнению и промывному режиму почвы. Плотность горизонтов увеличивается с глубиной, что соответствует естественному гравитационному уплотнению. Ситовой анализ образцов почвенного разреза КЭП-3 позволил уточнить особенности распределения фракций исследованных горизонтов (рис. 8). Распределение фракций твердой фазы в исследованных почвенных горизонтах отличается. Так, например, в органо-минеральных А1/А2, В и минеральном горизонте С фракциональное распределение оказалось полностью идентичным, в то время как в органогенном горизонте Ad наблюдается значительно более разнообразный фракционный состав, что может указывать на влияние антропогенной деятельности на накопление твердой фазы почвы в процессе ее формирования. В органо-минеральных и минеральном горизонтах 90 % от проб приходится на фракцию 0,25 мм - среднего песка. В органогенном горизонте распределение иное - по 40 % от пробы относится к фракциям 0,25 и 0,5 мм - средний и крупный песок соответственно. Таблица 4. Морфологическое описание разреза дерново-подзолистой песчаной почвы, точка КЭП-3 Общий вид биотопа и разреза Горизонт Описание горизонта Аd Глубина: 0-5/7 см Мощность: 5-7 см t °C: 6,2 °C Цвет (по примазке / шкале Манселла): темно-коричневый / 10YR 2/2 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: модер опесчаненный Плотность: рыхлый Сложение: липкий, слабопластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: частые корни трав, ризоиды мхов D = 1-2 мм, частые корни деревьев D = 0,2-0,3 см Новообразования: отсутствуют Переход: ясный по цвету и механическому составу Граница: слабоволнистая А2 Глубина: 5/7-10/14 Мощность: 3-9 см t °C: 6,1 °C см Цвет (по примазке / шкале Манселла): серо-коричневый / 10YR 3/2 Влажность: свежий Окраска: однородная Механический состав: супесчаный Плотность: уплотненный Сложение: слаболипкий, слабопластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: частые корни трав D = 1-2 мм, корни деревьев D = 0,3-0,6 см Новообразования: отсутствуют Переход: чëткий Граница: слабоволнистая B Глубина: 10/14-51/5 Мощность: 37-43 см t °C: 6,1 °C 3 см Цвет (по примазке / шкале Манселла): охристо-серый / 10YR 5/2 Влажность: свежий Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: уплотненный Сложение: слаболипкий, непластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: частые мелкие корни деревьев D = 0,3-0,8 см Новообразования: отсутствуют Переход: заметный по цвету и плотности Граница: слабоволнистая C Глубина: 51/53-59 с Видимая м ность: 6-8 см t °C: 6,2 °C м ощ- Цвет (по примазке / шкале Манселла): охристо-коричневый / 10YR 4/3 Влажность: свежий Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: плотный Сложение: слаболипкий, пластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: отсутствует Новообразования: отсутствуют Источник: фото выполнено Я.О. Лебедевым. Рис. 8. График распределения фракций дерново-подзолистой песчаной почвы, точка КЭП-3 Источник: составлено А.Я. Лебедевой-Георгиевской. В отличие от органо-минеральных горизонтов в органогенном горизонте Ad преобладают фракции среднего и крупного песка. По преобладающим в исследованных горизонтах фракциям (средний песок) и содержанию глинистых, пылеватых частиц описываемая почва по ее гранулометрическому (механическому) составу была отнесена нами к песчаной - песку связному [3]. Химический состав почвы схож со слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной почвой (точка КЭП-2), что указывает на нарушения в процессе миграции макробиогенных элементов вниз по почвенному профилю с пиковым повышением концентрации Ca в органогенном горизонте Ad (см. рис. 6) и последующим снижением к минеральным горизонтам. Отмечено невысокое содержание К (> 2000 мг/кг), снижается содержание Mg к минеральному горизонту Bg. Анализ результатов определения химического состава указывает на особенности миграции макробиогенных элементов вниз по почвенному профилю: пиковое повышение концентрации Ca (3230 ± 970 мг/кг) в органогенном горизонте Ad (рис. 9) и последующая последовательная аккумуляция к минеральным горизонтам. Повышенное содержание кальция наиболее вероятно связано с биологическим поглощением, а также влиянием опада и отпада лиственных пород деревьев, произрастающих в районе точки КЭП-3. Содержание К и Mg имеет пик в органо-минеральном горизонте А1/А2 и снижается к минеральному горизонту С. Анализ результатов определения содержания тяжелых металлов позволил выявить для As (2,7 ± 1,3 мг/кг) самое высокое из зафиксированных превышений в органогенном горизонте Ad и для Cr (6,9 ± 1,4 мг/кг) в минеральном горизонте B - незначительное превышение ПДК и ОДК (> 2,0 мг/кг и > 6,0 мг/кг соответственно)[23]. Для ряда исследованных металлов (Zn = 48,0 ± 9,6, Pb = 13,3 ± 3,3, Cu = 13,6 ± 2,7, Mn = 34,0 ± 10,0 мг/кг) отмечен значительный пик концентрации в органогенном горизонте Ad, что может указывать на наличие источника антропогенного загрязнения. Свободная (гравитационная) миграция характерна для Zn, Pb, Cd, Cu, Ni, Mn (для Mn - кроме эллювиального горизонта А1/А2), равномерно распределяется по горизонтам Со. Геохимические барьеры не прослеживаются. Ниже приводим распределение концентрации исследованных элементов по горизонтам (рис. 10). Рис. 9. График распределения макробиогенных элементов в горизонтах дерново-подзолистой песчаной почвы, точка КЭП-3 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Рис. 10. Распределение содержания элементов отдельных металлов в горизонтах дерново-подзолистой песчаной почвы, точка КЭП-3 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Эколого-геохимическое состояние дерново-подзолистой песчаной почвы (точка КЭП-3) может быть оценено как благоприятное с незначительными единичными превышениями по As и Сr в горизонтах Ad и В. Точка КЭП-4 Точка КЭП-4 расположена на берегу Балтийского моря за авандюной в смешанном лесу (береза, осина, ель) с преобладанием березы. Общая мощность почвенного разреза составила 49 см. Грунтовые воды были вскрыты на глубине 49 см. Разрез представлен слабоподзолистой песчаной почвой. Морфологическое описание почвенного разреза приведено в табл. 5. Таблица 5. Морфологическое описание разреза слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-4 Общий вид биотопа и разреза Горизо нт Описание горизонта Аd Глубина: 0-4 см Мощность: 4 см t °C: 4,9 °C Цвет: Цвет (по примазке / шкале Манселла): темно-коричневый / 10YR 2/1 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: супесчаный Плотность: рыхлый Сложение: слаболипкий, пластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: тонкие обильные корни трав и ризоиды мхов D = 0,1 см Новообразования: отсутствуют Переход: заметный по цвету и механическому составу Граница: слабоволнистая A1/А2 Глубина: 4-18 см Мощность: 14 см t °C: 4,8 °C Цвет: Цвет (по примазке / шкале Манселла): коричневый / 10YR 3/1 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: рыхлый Сложение: слаболипкий, непластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: частые корни трав D = 1-2 мм, частые корни деревьев D = 0,3-2,0 см Новообразования: отсутствуют Переход: чёткий Граница: слабоволнистая B Глубина: 18-40 см Мощность: 22 см t °C: 5,0 °C Цвет: Цвет (по примазке / шкале Манселла): охристо-коричневый / 2.5Y 5/4 Влажность: влажный Окраска: однородная Механический состав: песок Плотность: рыхлый Сложение: слаболипкий, непластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: редкие корни деревьев D = 0,1-0,6 см Новообразования: отсутствуют Переход: чёткий Граница: слабоволнистая Окончание табл. 5 Общий вид биотопа и разреза Горизо нт Описание горизонта C Глубина: 40-49 см Видимая м ность: 9 см t °C: 5,0 °C Цвет: ощ- Цвет (по примазке / шкале Манселла): светло-коричневый / 2.5Y 4/4 Влажность: влажный Окраска: неоднородная Механический состав: песок Плотность: рыхлый Сложение: слаболипкий, непластичный Включения: отсутствуют Живая фаза: единичные мелкие корни деревьев D = 0,2-0,5 см Новообразования: единичные сизо- охристые пятна и примазки Источник: фото выполнено Я.О. Лебедевым. Почва песчаная с маломощным органогенным горизонтом, до глубины в 18-19 см отмечается гумусное иллювиирование, по корням растений - до 28 см. Корни растений встречаются до глубины 38 см. Отмечено слабое оподзоливание на глубине 15-18 см. Влажность профиля соответствует атмосферному увлажнению и промывному режиму почвы. Плотность горизонтов с глубиной не меняется, что указывает на особенности седиментационного процесса песчаной фракции. Ситовой анализ образцов почвенного разреза КЭП-4 позволил уточнить особенности распределения фракций исследованных горизонтов (рис. 11). Рис. 11. График распределения фракций слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-4 Источник: составлено А.Я. Лебедевой-Георгиевской. Из графика видно, что распределение фракций твердой фазы во всех исследованных почвенных (органо-минеральных и минеральных) горизонтах идентичное, что может указывать на естественное и постепенное накопление твердой фазы почвы в процессе ее формирования в непосредственной близости от авандюны. Свыше 80 % от проб из трех исследованных горизонтов приходится на фракцию 0,25 мм - среднего песка. Преобладающая в исследованных горизонтах фракция и содержание глинистых, пылеватых частиц позволяют отнести данную почву по ее гранулометрическому (механическому) составу к песчаной - песку связному [3]. Анализ результатов определения химического состава указывает на свободную миграцию макробиогенных элементов (K, Ca, Mg) вниз по почвенному профилю. Для Na отмечено повышение значений содержания к минеральным горизонтам (рис. 12). Рис. 12. График распределения макробиогенных элементов в горизонтах слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-4 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Анализ результатов определения содержания тяжелых металлов позволил выявить для Cr в органо-минеральном горизонте А1/А2 незначительное превышение ПДК (> 6,0 мг/кг)[24]. Вместе с тем это значение является самым высоким среди всех опробованных почвенных горизонтов (7,4 ± 1,5 мг/кг). Для Pb (2,25 ± 0,56 мг/кг) и Mn = (81,0 ± 24,0 мг/кг) отмечен пик концентрации в органо-минеральном горизонте A1/А2, для Cu (3,44 ± 0,69 мг/кг) - в горизонте В. Свободная (гравитационная) миграция характерна для Zn, Cr, Pb, Co, а также Cd и Mn, равномерно распределяется по горизонтам As. Увеличение концентрации к минеральному горизонту отмечено для Cu и Ni, что может указывать на наличие физико-химического барьера окислительно-восстановительного типа. Далее приводим распределение концентрации исследованных элементов по горизонтам (рис. 13). Рис. 13. Распределение содержания элементов отдельных металлов в горизонтах слабоподзолистой песчаной почвы, точка КЭП-4 Источник: составлено Я.О. Лебедевым, А.А. Карпиченко, А.А. Юрмановым, Н.С. Кокориной, М.Н. Лец, В.Л. Гаазовым, А.Я. Лебедевой-Георгиевской, К.В. Молодых, А.А. Рогачевым, М.Р. Махмудовым, Н.Р. Соболевой, А.Г. Гиголовым, В.М. Некрасовым, З.А. Василенко. Несмотря на установленное незначительное единичное превышение для Сr в горизонте А1/А2, эколого-геохимическое состояние слабоподзолистой песчаной почвы (точка КЭП-4) может быть оценено как благоприятное. Представленный анализ результатов физико-химических исследований образцов почв позволяет предположить наличие особенностей распределения песчаных фракций в слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной и дерново-подзолистой песчаной почвах (точки КЭП-2 и КЭП-3 соответственно), что может быть связано с хозяйственной деятельностью здесь в прошлом или с активным агрегированием частиц при высоком содержании Сa и Mg (коагулирующих катионов). Было установлено превышение ПДК и ОДК по As в двух образцах - в дерново-подзолистой песчаной почве (точка КЭП-3) и в дерновой слабоподзолистой песчаной почве (точка КЭП-1) и превышение ПДК по Cr в 5 образцах - во всех исследованных почвах (точки КЭП-1 - КЭП-4). Причины выявленных физико-химических особенностей мы рассмотрим ниже. Обсуждение и результаты Почвенные разрезы заложенной катены располагались в типичных для территории Куршской косы биотопах [4; 5] на выдержанном друг от друга расстоянии и позволили оценить особенности химического состава почв, влияние на него растительных сообществ, прошлой антропогенной деятельности и импульверизации морских аэрозолей, а геохимические особенности и характер почвенного увлажнения способствовали формированию физико-химических барьеров (точка КЭП-1) [6]. Вскрытые и описанные в ходе исследований почвенные разрезы соответствуют распространенным на территории Куршской косы типам почв, формирующихся на эоловых отложениях в различных условиях водного режима и гумусонакопления[25]. В точке КЭП-4 частично обводненные и обводненные горизонты В и С обводнены посредством капиллярного подъема атмосферной влаги (а также, возможно, водой из морской акватории, расположенной на одной высоте с точкой КЭП-4 за авандюной в 30 м) с растворенными из почвы солями. Так, в период пробоподготовки доведение до постоянной массы отобранных образцов потребовало значительного времени в связи с тем, что растворенная в воде соль активно задерживала влагу на контакте с твердой фазой почвы [7]. Близкое залегание грунтовых вод в целом, а также наличие слабоподсоленных грунтовых вод (в результате импульверизации и последующей миграции талассофильных элементов с морскими аэрозолями) может являться геохимическим биоингибитором для развития корневой системы древесной растительности в глубину, а не столько легкий (слабосвязный, связный песок) гранулометрический состав почв (напротив, способствующий развитию корневой системы растений) и усугублять последствия разрушительных для экосистемы ветровалов [8]. Кроме того, выявленное подсоление грунтовых вод и минеральных горизонтов почв не может являться следствием сельскохозяйственной деятельности, о чем свидетельствуют данные исследования воды оз. Чайка и акватории Куршского залива на предмет содержания растворенных солей посредством экспресс-лаборатории EcoLabox, - для проб воды была отмечена средняя жесткость, содержание нитратов менее 1 мг/л, нитритов - менее 0,05 мг/л, аммония - менее 0,2 мг/л, фосфаты - не обнаружены [4; 5]. Для почвенных горизонтов точки КЭП-4 характерно (кроме описанных выше) высокое содержание Na, Mg, P, Mn, а также Fe, Li, Ti, Cr, - по сравнению с остальными горизонтами исследованных почв. Фракции песка, преобладающие в гранулометрическом составе почв, имеющих эоловое происхождение [9], соответствуют своему генезису, в то время как органогенные горизонты почвенных разрезов, расположенных в центральной части катены, носят следы антропогенной трансформации (турбирования) [10]. Распределение фракций песка в точке КЭП-2 и КЭП-3 может указывать на ее антропогенно-нарушенное состояние, на что указывает значительное содержание фракции крупного песка и небольшое содержание гравия в органогенном горизонте, что не согласуется с фракционным распределением в органогенных горизонтах других исследованных почвенных разрезов. Вместе с тем в настоящее время на этих территориях никакой хозяйственной деятельности не ведется, дорожная инфраструктура расположена на значительном отдалении, вследствие чего можно сделать предположение о нарушении почвенного покрова или эолового переноса отдельных песчаных фракций на эти участки в прошлом. Привнос фракций размера 0,5-3 мм, предположительно, может быть связан с организацией в прошлом дорожной сети в центральной части Куршской косы, так как соответствует по диапазону фракций прежним и текущим государственным стандартам на строительный песок[26]. Специального минералогического исследования, способного подтвердить или опровергнуть данное предположение, не проводилось. Проведенный нами анализ содержания в валовой форме макробиогенных элементов (Ca, K, Mg, Na), тяжелых металлов и токсических элементов, относимых к 1, 2 и 3-й группам токсикологической опасности (Zn, Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Co, Mn, As)[27], показал, что отдельные геохимические особенности исследованных почв могут быть связаны с атмосферной циркуляцией и близостью к акватории Балтийского моря. В частности, было отмечено, что содержание Na увеличивается в органо-минеральных и минеральных горизонтах почвенных разрезов, обращенных к Куршскому заливу (КЭП-1, КЭП-2), в то время как в почвенных разрезах, обращенных к акватории Балтийского моря (КЭП-4, КЭП-3), наоборот, содержание Na увеличивается к минеральным горизонтам. Отмечена возможная импульверизация Ca, Mg (а также Sr, P и ряда других элементов) с морскими аэрозолями, выражающаяся в постепенном снижении значений содержания Ca в органо-минеральных горизонтах (в среднем 2449 мг/кг), Mg - в органогенных горизонтах почв (в среднем 450 мг/кг) - при движении от побережья Балтийского моря к Куршскому заливу. Тем не менее для К и Na подобной закономерности выявлено не было. В образцах из двух обследованных горизонтов было установлено превышение ПДК и ОДК по As (max = 2,7 ± 1,2 мг/кг). Отмеченные в почвенных горизонтах превышения содержания As могут объясняться процессами импульверизации с морскими аэрозолями, что является типичным способом его переноса [11]. В образцах из пяти обследованных горизонтов было установлено превышение ПДК по Cr (max = 7,4 ± 1,4 мг/кг). Для отдельных случаев его повышенная концентрация в почвенных горизонтах преобладающих здесь песчаных почв может быть связана с геохимическими барьерами (окислительно-восстановительными условиями) [6]. Присутствие хрома во всех исследованных нами песчаных по своему гранулометрическому составу почвах - вне зависимости от их антропогенной нарушенности - указывает на особенности минералогического состава самих песков, что согласуется с литературными данными [12]. Таким образом, установленные нами превышения валового содержания в отдельных горизонтах почв As и Cr имеют естественное происхождение и не связаны с антропогенным загрязнением. На основании проведенного исследования эколого-геохимическое состояние почв Куршской косы в рамках заложенной катены может быть оценено как благоприятное с незначительными единичными превышениями ПДК и ОДК по Сr и As, связанными с естественными особенностями геологии и приморского положения. Заключение Проведенное исследование эколого-геохимического состояния почв центральной части полуострова Куршская коса позволило актуализировать данные о физико-химических характеристиках, включая значения содержания широкого ряда токсикологических элементов. Было установлено, что в двух обследованных почвенных горизонтах содержание As превышает ОДК; максимальное содержание As составило 2,7 ± 1,3 мг/кг (горизонт А1/А2, КЭП-3). Для пяти из обследованных почвенных горизонтов было установлено превышение ПДК по Сr; максимальное содержание Сr составило 7,4 ± 1,5 мг/кг (горизонт А1/А2, КЭП-4). Исследование гранулометрического состава почв показало, что органогенные горизонты почв в точках КЭП-2 и КЭП-3 имеют признаки антропогенного вмешательства в прошлом (предположительно в связи со строительством дороги), в то время как остальные почвы развивались естественным образом. Уточнение причин повышенного содержания Сr (7,4 ± 1,5 мг/кг) в точке КЭП-4 не позволяет сделать вывод об антропогенном загрязнении по ряду причин. Так, повышенное содержание Сr объясняется геологическими особенностями территории и наличием геохимических барьеров: окислительные условия способствуют повышенному содержанию Сr, в то время как в восстановительных условиях его содержание снижается вследствие активной миграции. Повышенное содержание As в органогенных и органо-минеральных горизонтах объясняется его активной импульверизацией с акватории Балтийского моря (а также, возможно, с акватории Куршского залива). Точка КЭП-4 при этом защищена авандюной, что препятствует его аккумуляции. Вместе с тем отсутствует возможность исключать антропогенное воздействие, так как его высокое содержание отмечено в нарушенных горизонтах точек КЭП-2 и КЭП-3. Кроме того, ряд исследованных тяжелых металлов (Zn, Pb, Cu, Ni) имеют значительный пик концентрации в органогенных горизонтах именно этих точек, что также может указывать на наличие современного источника антропогенного загрязнения. Эколого-геохимическое состояние обследованных почв: дерновой слабоподзолистой песчаной почвы (точка КЭП-1 и КЭП-4), слабоподзолистой торфянисто-глееватой песчаной почвы (точка КЭП-2) и дерново-подзолистой песчаной почвы (точка КЭП-3) - может быть оценено как в целом благоприятное с незначительными единичными превышениями значений ПДК и ОДК по Сr и As соответственно. Проведенные исследования могут стать базисом для организации геохимического мониторинга почв природно-антропогенной территории Национального парка «Куршская коса». Исследования могут быть масштабированы за счет увеличения количества точек исследований, заложения дополнительных поперечных и продольных катен. Полученные данные были направлены в Национальный парк «Куршская коса» для включения в материалы летописи природы.

Об авторах

Ярослав Олегович Лебедев

Российский университет дружбы народов; Федеральный исследовательский центр Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН; Научно-исследовательский институт Центр экологической промышленной политики; МИРЭА - Российский технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ya.o.lebedev@ya.ru
ORCID iD: 0000-0001-5792-1466
SPIN-код: 6121-5978

научный сотрудник Отдела стандартизации, методологии НДТ ФГАУ «НИИ «ЦЭПП»; старший преподаватель департамента рационального природопользования, Институт экологии, Российский университет дружбы народов; старший преподаватель кафедры НДТ и регуляторных практик, РТУ МИРЭА; научный сотрудник НИЦ Геоматики ФИЦ ИнБЮМ им. А.О. Ковалевского РАН

Российская Федерация, 115054, г. Москва, Стремянный переулок, д. 38; Российская Федерация, 115093, г. Москва, Подольское шоссе, д. 8; Российская Федерация, 119454, г. Москва, проспект Вернадского, д. 78; Российская Федерация, 299011, г. Севастополь, проспект Нахимова, д. 2

Александр Александрович Карпиченко

Белорусский государственный университет

Email: karpichenka@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7463-4685
SPIN-код: 5608-1248

кандидат географических наук, доцент, заведующий кафедрой (заместитель декана на общественных началах по научной работе и международному сотрудничеству)

Республика Беларусь, 220030, г. Минск, ул. Ленинградская, д. 16

Антон Алексеевич Юрманов

Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН; Мурманский арктический государственный университет

Email: yurmanovanton.ya.ru@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0270-8737
SPIN-код: 1337-5656
Scopus Author ID: 57200179180
ResearcherId: AAO-4528-2021

кандидат биологических наук, проректор по научной и инновационной деятельности

Российская Федерация, 183038, г. Мурманск, ул. Капитана Егорова, д. 15

Надежда Сергеевна Кокорина

Общероссийское общественно-государственное движение детей и молодежи «Движение первых»

Email: nadiapro555@gmail.com
куратор проекта «Безграничные экспедиции», специалист Дирекции «Движение Первых» Российская Федерация, 109028, г. Москва, ул. Земляной Вал, д. 50А, стр. 2

Марина Николаевна Лец

ЭКО-центр «Человек» им. В.Г. Гниловского

Email: marina-lec@yandex.ru
руководитель «ЭКО-центр человека им. В.Г. Гниловского»; куратор группы проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 355017, Ставропольский край, г. Ставрополь, Зоотехнический пер, д. 6

Василий Леонидович Гаазов

ЭКО-центр «Человек» им. В.Г. Гниловского

Email: gaazov57@yandex.ru
заместитель руководителя «ЭКО-центр человека им. В.Г. Гниловского»; куратор группы проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 355017, Ставропольский край, г. Ставрополь, Зоотехнический пер, д. 6

Алёна Ярославна Лебедева-Георгиевская

ЧОУ «Аметист»

Email: a.ya.lebe-geo@ya.ru
обучающийся; помощник участников проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 141401, Московская область, г. Химки, ул. Первомайская, д. 6

Кирилл Владимирович Молодых

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: molodix.kirill@yandex.ru
бакалавр; участник проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7-9

Артём Александрович Рогачев

Agora Andorra International School

Email: vehcagor@yandex.ru
бакалавр; участник проекта «Движение Первых» Княжество Андорра, Ла Массана, Carrer del Serrat del Camp, 14, AD400

Марат Ракимович Махмудов

Общероссийское общественно-государственное движение детей и молодежи «Движение первых»

Email: maratmah08@gmail.com
обучающийся; участник проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 109028, г. Москва, ул. Земляной Вал, д. 50А, стр. 2

Никита Романович Соболев

Общероссийское общественно-государственное движение детей и молодежи «Движение первых»

Email: sobolevnikita564@gmail.com
обучающийся; участник проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 109028, г. Москва, ул. Земляной Вал, д. 50А, стр. 2

Автандил Георгиевич Гиголов

Общероссийское общественно-государственное движение детей и молодежи «Движение первых»

Email: narusheprikyan@yandex.ru
обучающийся; участник проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 109028, г. Москва, ул. Земляной Вал, д. 50А, стр. 2

Владимир Максимович Некрасов

Общероссийское общественно-государственное движение детей и молодежи «Движение первых»

Email: svetavv2516@yandex.ru
обучающийся; участник проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 109028, г. Москва, ул. Земляной Вал, д. 50А, стр. 2

Злата Андреевна Василенко

Общероссийское общественно-государственное движение детей и молодежи «Движение первых»

Email: zlatavas@gmail.com
обучающийся; участник проекта «Движение Первых» Российская Федерация, 109028, г. Москва, ул. Земляной Вал, д. 50А, стр. 2

Список литературы

Дополнительные файлы