Железо-марганцевые ортштейны почв природных ландшафтов юга Дальнего Востока России

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

На основе использования комплекса современных аналитических методов и неинвазивных методик изучено строение, состав и специфика накопления микроэлементов округлыми ортштейнами дерново-буро-подзолистых глееватых почв (Gleyic Luvisol (Manganiferric)) заповедников и национального парка юга Дальнего Востока. Ортштейны характеризуется выраженной дифференциацией на внешнюю (бурая и охристо-бурая, насыщенная Fe, плотная) и внутреннюю (темно-бурая, насыщенная Mn, рыхлая) зоны. По характеру распределения соединений Mn во внутренней зоне выделено два типа ортштейнов: с недифференцированной внутренней зоной и имеющие ядро(а). Ядра содержат С-обогащенные микрозоны, которые являются центрами осаждения Fe и Mn. В ортштейнах идентифицированы стадии совместного осаждения Fe и Mn и стадии с преобладанием осаждения одного из элементов. Ортштейны состоят из комплекса минералов, унаследованных из почв, а также ортштейно-специфичных минералов (гетит, фероксигит, бернессит). Содержание Fe в ортштейнах в среднем превышало содержание в почве в 4 раза, содержание Mn в 21.9, содержание С в 3.6 раза. В ортштейнах наиболее интенсивно накапливается Pb (EF 5.53–12.14), его аккумуляция определяется совместным участием С- и Mn-содержащих соединений. Менее активно накапливаются Ni (EF 0.89–5.81) и Cr (EF 1.22–2.60), слабо накапливаются V (EF 0.85–1.88) и Sr (EF 0.58–1.43). Фазами, накапливающими Ni, Сr, V и Sr, являются соединения ортштейнов, содержащие Fe и С. Цинк в ортштейнах не накапливается. Сравнение концентраций водорастворимых форм микроэлементов указывает на снижение подвижности Cr, Pb, Ni, V и Sr в ортштейнах по сравнению с почвами.

Об авторах

Я. О. Тимофеева

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: timofeeva@biosoil.ru
ORCID iD: 0000-0002-0829-7107
Россия, пр-т 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022

А. А. Карабцов

Дальневосточный геологический институт ДВО РАН

Email: timofeeva@biosoil.ru
Россия, пр-т 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022

M. Л. Бурдуковский

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Email: timofeeva@biosoil.ru
ORCID iD: 0000-0003-1806-6721
Россия, пр-т 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022

Л. Н. Пуртова

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Email: timofeeva@biosoil.ru
ORCID iD: 0000-0001-7776-7419
Россия, пр-т 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022

Е. С. Мартыненко

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Email: timofeeva@biosoil.ru
Россия, пр-т 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022

Список литературы

  1. Водяницкий Ю.Н. Оксиды марганца в почвах. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2005. 96 с.
  2. Водяницкий Ю.Н. Соединения железа и их роль в охране почв. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2010. 282 с.
  3. Водяницкий Ю.Н. Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлоиды в загрязненных почвах. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2009. 184 с.
  4. Водяницкий Ю.Н., Лесовая С.Н., Сивцов А.В. Гидроксидогенез железа в лесных и степных почвах Русской равнины // Почвоведение. 2003. № 4. С. 465–475.
  5. Водяницкий Ю.Н., Савичев А.Т., Васильев А.А., Лобанова Е.С., Чащин А.Н., Прокопович Е.В. Содержание тяжелых щелочноземельных (Sr, Ba) и редкоземельных (Y, La, Ce) металлов в техногенно-загрязненных почвах // Почвоведение. 2010. № 7. С. 879–890.
  6. Водяницкий Ю.Н., Сивцов А.В. Образование ферригидрита, фероксигита и вернадита в почвах // Почвоведение. 2004. № 8. С. 986–999.
  7. Голов В.И. Круговорот серы и микроэлементов в основных агроэкосистемах Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 2004. 315 с.
  8. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Либроком, 2009. 328 с.
  9. Зайдельман Ф.Р., Никифорова А.С. Ортштейны – марганцево-железистые конкреционные новообразования (итоги исследований) // Почвоведение. 2010. № 3. С. 270–281.
  10. Зайдельман Ф.Р., Никифорова А.С. Генезис и диагностическое значение новообразований почв лесной и лесостепной зон. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 216 с.
  11. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  12. Ковалев И.В., Ковалева Н.О., Столпникова Е.М., Федотов А.Б. Возраст и генезис Fe-Mn конкреций серых лесных почв южной тайги, по результатам изотопных и метагеномных исследований // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2022. № 4. С. 97–105.
  13. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительные режимы в почвах периодического увлажнения. М.: Наука, 1987. 192 с.
  14. Пуртова Л.Н., Тимофеева Я.О. Изучение некоторых свойств и активности каталазы агротемногумусовых подбелов при различных видах агротехнического воздействия // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1277–1289.
  15. Росликова В.И. Марганцево-железистые новообразования в почвах равнинных ландшафтов гумидной зоны. Владивосток: Дальнаука, 1996. 291 с.
  16. Тимофеева Я.О. Накопление и фракционирование микроэлементов в почвенных железо-марганцевых конкрециях различного размера // Геохимия. 2008. № 13. С. 293–301.
  17. Тимофеева Я.О., Голов В.И. Аккумуляция микроэлементов в ортштейнах почв (обзор литературы) // Почвоведение. 2010. № 4. С. 434–440.
  18. Тимофеева Я.О., Пуртова Л.Н. Влияние органических соединений на накопление Ni, Co, Cu, Cr и Pb в ортштейнах агротемногумусовых подбелов юга Приморского края // Почвоведение. 2024. № 4. С. 537–555.
  19. Cornu S., Deschatrettes V., Salvador-Blanes S., Clozul B., Hardy M., Branchut S., Le Forestier L. Trace element accumulation in Mn-Fe-oxide nodules of a planasolic horizon // Geoderma. 2005. V. 125. P. 11–24. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2004.06.009
  20. Ettler V., Chren M., Mihaljevic M., Drahota P., Kribek B., Veselovsky F., Sracek O., Vanek A., Penizek V., Komarek M., Mapani B., Kamona F. Characterization of Fe–Mn concentric nodules from Luvisol irrigated by mine water in a semi-arid agricultural area // Geoderma. 2017. V. 299. P. 32–42. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.03.022
  21. Feng J-L. Trace elements in ferromanganese concretions, gibbsite spots, and the surrounding terra rossa overlying dolomite: Their mobilization, redistribution and fractionation // J. Geochem. Explor. 2011. V. 108. P. 99–111. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2010.10.010
  22. Gasparatos D. Sequestration of heavy metals from soil with Fe–Mn concretions and nodules // Environ. Chem. Lett. 2013. V. 11. P. 1–9. https://doi.org/10.1007/s10311-012-0386-y
  23. Gasparatos D., Massas I., Godelitsas A. Fe–Mn concretions and nodules formation in redoximorphic soils and their role on soil phosphorus dynamics: Current knowledge and gaps // Catena. 2019. V. 182. P. 104106. https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104106
  24. Huang J-H., Huang F., Evans L., Glasauer S. Vanadium: Global (bio)geochemistry // Chem. Geology. 2015. V. 417. P. 68–894. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2015.09.019
  25. Huang L. Pedogenic ferromanganese nodules and their impacts on nutrient cycles and heavy metal sequestration // Earth-Sci. Rev. 2022. V. 232. P. 104147. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104147
  26. Jien S-H., Hseu Z-Ye., Chen Z-S. Hydropedological implications of ferromanganiferous nodules in rice-growing plinthitic Ultisols under different moisture regimes // Soil Sci. Soc. Am. J. 2010. V. 74. P. 880–891. https://doi.org/10.2136/sssaj2009.0020
  27. Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. N.Y.: CRC Press, 2011.
  28. Palumbo B., Bellanca A., Neri R., Roe M.J. Trace metal partitioning in Fe–Mn nodules from Sicilian soils, Italy // Chem. Geol. 2001. V. 173. P. 257–269. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(00)00284-9
  29. Pansu M., Gautheyrou J. Handbook of soil analysis mineralogical, organic and inorganic methods. Berlin: Springer-Verlag, 2006.
  30. Rennerta T., Handelb M., Hoschenc C., Lugmeierc J., Steffensc M., Totscheb K.U. A NanoSIMS study on the distribution of soil organic matter, iron and manganese in a nodule from a Stagnosol // Eur. J. Soil Sci. 2014. V. 65. P. 684–692. https://doi.org/10.1111/ejss.12157
  31. Seguin V., Gagnon C., Courchesne F. Changes in water extractable metals, pH and organic carbon concentrations at the soil-root interface of forested soils // Plant Soil. 2004. V. 260. P. 1–17. https://doi.org/10.1023/B:PLSO.0000030170.49493.5f
  32. Timofeeva Y., Karabtsov A., Burdukovskii M., Vzorova D. Strontium and vanadium sorption by iron-manganese nodules from natural and remediated Dystric Cambisols // J. Soil Sedim. 2024. V. 24. P. 1220–1236. https://doi.org/10.1007/s11368-024-03714-z
  33. Timofeeva Y., Karabtsov A., Ushkova M., Burdukovskii M., Semal V. Variation of trace elements accumulation by iron-manganese nodules from Dystric Cambisols with and without contamination // J. Soil Sedim. 2021. V. 21. P. 1064–1078. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02814-w
  34. Timofeeva Ya., Kosheleva Yu., Semal V., Burdukovskii M. Origin, baseline contents, and vertical distribution of selected trace lithophile elements in soils from nature reserves, Russian Far East // J. Soil Sedim. 2018. V. 18. P. 968–982. https://doi.org/10.1007/s11368-017-1847-5
  35. World Reference Base for Soil Resources 2014, Update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Rome: FAO, 2015.
  36. Yang J., Tang Y., Yang K., Rouff A.A., Elzinga E., Huang J-H. Leaching characteristics of vanadium in mine tailings and soils near a vanadium titanomagnetite mining site // J. Hazard. Mater. 2014. V. 264. P. 498–504. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.09.063
  37. Yu X., Wang Y., Zhou G., Peng G., Brookes P.C., Lu S. Paleoclimatic fingerprints of ferromanganese nodules in subtropical Chinese soils identified by synchrotron radiation-based microprobes // Chem. Geology. 2020. V. 531. P. 119357. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.119357

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Приложение
Скачать (875KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Железо-марганцевые ортштейны: (a) – ортштейны разного размера, (b) – внутрипрофильное изменение содержания ортштейнов.

Скачать (227KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Распределение элементов в ортштейнах: (а) – распределение Fe и Mn во внешней и внутренней зонах, (b) – распределение Mn во внутренней зоне типичных, моно- и полиядерных ортштейнов, (c) – распределение Si, Al и C.

Скачать (598KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Микрофотографии структур в ядрах ортштейнов: (а) – Si-обогащеннная структура удлиненной формы, (b), (с) – панцири диатомовых водорослей, (d), (е) – сфероидальные структуры.

Скачать (870KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Изменение концентрации Fe и Mn при осаждении в ортштейнах: (а) – ортштейны, сформированные в верхней и средней частях профиля, (b) – ортштейны, сформированные в нижней части профиля.

Скачать (544KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Псевдокристаллические структуры в ортштейнах: (а) – участки с высокой оптической плотностью, (b) – микроморфология Fe–Mn соединений, (с) – сотовые структуры псевдокристаллов соединений Mn.

Скачать (513KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025